預制 T 梁智慧生產管理控制系統及工程應用研究

作者簡介：

韋 奔（1990—），碩士，高級工程師，主要從事公路工程項目管理工作。

摘要：文章以某高速公路橋梁工程為例，設計了由智能制造生產管理平臺系統、移動臺座自動行走控制系統、智能脫?？刂葡到y、智能蒸養控制系統、預應力智能張拉控制系統、智能循環壓漿控制系統組成的智慧梁場，以縱列式梁場布置方式，集控制區、生產區、輔助生產區為一體，形成預制T梁施工工藝。經工程應用表明：相比于傳統梁場，智慧梁場更加自動化、智能化，用機械代替人工，流水線生產、工廠化作業，大幅提高了混凝土預制T梁的生產效率和生產質量。

關鍵詞：橋梁工程；智慧梁場；預制梁；智能化；應用研究

中圖分類號：U445.47文獻標識碼：A 40 136 3

0 引言

當前我國的高速公路橋梁工程建設正在迅速發展，對施工效率和工程質量的追求也越來越高，傳統的施工方式和管理模式已經難以滿足現代工程的需求，尤其是在橋梁預制梁的生產和架設過程中，存在著諸多問題［1］，例如預制梁生產效率低下、質量不穩定、安全隱患多等，不僅影響了工程進度和成本，更嚴重的可能對橋梁的安全性和耐久性產生不良影響［2］。隨著科技的快速發展和智能化時代的來臨，智慧梁場系統作為一種新興的工程技術和管理手段，正在逐步改變著橋梁工程的施工方式和管理模式［3］。

智慧梁場利用物聯網、大數據和人工智能等先進技術，實現了預制梁生產過程的全面智能化和信息化［4］。通過預制梁的智能化生產和架設，實現了施工過程的精準控制和高效管理，為我國的交通基礎設施建設作出了重要貢獻［5］。然而，智慧梁場的發展和應用仍面臨著一些挑戰。

在高速公路項目施工的過程中，預制梁的生產施工十分重要和關鍵，智慧梁場的生產管理與預制梁場的建設對于預制梁生產質量控制具有決定性作用。本文以某高速公路智慧梁場為例，結合多項前沿技術，搭建了智能生產管理系統和配套運用多個精密的智能控制系統，實現對預制梁全生產流程的有效管理。

1 預制T梁智慧生產管理控制系統

本文以廣西巴馬—憑祥公路田東段智慧梁場為工程背景，結合T梁預制整體工藝，具體分析智慧生產管理控制系統的系統架構及系統功能。智慧生產管理控制系統由智能制造生產管理平臺系統、移動臺座自動行走控制系統、智能脫?？刂葡到y、智能蒸養控制系統、預應力智能張拉控制系統、智能循環壓漿控制系統組成。該智慧梁場能夠協調指揮各智能控制系統，從而完成預制梁制備全流程。系統的基本框架如圖1所示。

1.1 智慧梁場智能制造生產管理平臺系統

依托物聯網、工業互聯網和云上計算等智能技術，智慧梁場構建了一套現代化梁場智能制造生產管理平臺。該平臺通過集成作業計劃、工作調度以及流水監控和統計等功能模塊，形成融合式的MES系統（Manufacturing Execution System），可以實現制造執行層面的高度集成。同時，移動端APP系統支持在現場進行作業調度、工作消息匯總等操作；現場流水線設備數據能通過智能化物聯網平臺實時采集和控制，確保智慧梁場自動化生產的高質、高效、可控，實現生產精細化管理。

1.2 移動臺座自動行走控制系統

移動臺座自動行走控制系統利用變頻技術進行臺座移動自走控制，依靠臺座設備智能定位和自動避障能力，實現多生產線的工作調度，具有速度連續可調、微調、柔性啟停等優越性能。此外，臺座使用專有的設備滑線進行連接，確保了空間布局的整潔性和有序性，從而簡化了管理和維護工作。

1.3 智能脫?？刂葡到y

該系統通過智能控制器、位移傳感器、電動執行器實現精準的橫向移動同步控制。在脫模過程中，操作者可以直接觀察到脫模的量化數據，支持特定的脫模需求或一鍵式操作。系統還能與遠程監控系統進行數據交換，同時對多個模板脫/合模動作集中控制。

1.4 智能蒸養控制系統

智能蒸養控制系統由智能控制單元、蒸汽電動執行器、電動水閥以及溫、濕度感應器組成。實時采集的溫濕度數據與遠端監控系統實時傳輸，控制系統能按照預先設置的溫濕度曲線，自動計算并精準調節蒸汽和噴水量。

1.5 預應力智能張拉控制系統

預應力智能張拉控制系統由控制主機、油壓泵和千斤頂這三大部件構成。系統以張拉力作為控制目標，以伸長量作為校核指標，通過傳感器實時監測并分析相關參數，根據結果對張拉設備發出控制指令，實時調整電機和油泵的工作參數，從而精確控制張拉力和加載速度，自動完成整個智能張拉過程。

1.6 智能循環壓漿控制系統

智能循環壓漿控制系統由主控電腦、智能壓漿臺車以及循環管路組成，臺車集成了制漿、壓漿和進出漿口測控等功能。智能循環壓漿設備能自動檢測漿液水膠比，持續排出循環管道內空氣，精確調節和保持壓漿壓力，確保管道壓漿充盈度，實現了連續穩定的自動壓漿。操作全程智能化，保障了壓漿質量和計量精度。

2 智慧生產管理控制系統的工程實際應用

智慧梁場自動化生產管理控制系統應用選取巴馬—憑祥公路田東段項目作為應用工程實例。

廣西巴馬—憑祥公路田東段為新建工程，預制梁的規模大、工期緊張，通過智慧生產管理控制系統的建設，可有效解決工期緊、預制T梁模板周轉慢等問題，降低人工及材料消耗，使整個工程在速度與質量上能夠得到保證。為了說明智慧生產管理控制系統在實際工程的具體應用，分別從梁場建設、生產工藝兩個方面進行詳細分析。

2.1 基于智慧生產管理控制系統的梁場建設

該智慧梁場采用縱列式梁場布置方式，施工方便、占地面積小，設備投入及地基加固處理綜合成本較低。根據不同職能，智慧梁場被劃分為控制區、生產區和輔助生產區三大部分，并配備有場內便道等配套設施。本研究中智慧梁場平面布設詳情如圖2所示。

2.1.1 智慧梁場控制區

該區由辦公區、智能控制中心組成。辦公區占地面積為55.5 m2，配備項目值班室、工人學習會議室及洗手間；智能控制中心占地面積為111.1 m2，室內配備一個3 m×4 m的大屏，時刻監控移動臺座流水線作業情況，并對各個施工場區下達施工指令，是全場區的控制中心。

2.1.2 智慧梁場生產區

梁場采用先進的橋梁自動化生產線，共布設5條生產線，按“3+2”品字形進行布置，由鋼筋區、預制區、蒸養區、張拉壓漿區、存梁區5個功能區組成。其中，預制區、蒸養區、張拉壓漿區采用移動臺座進行串聯，流水線作業實時監控及各廠區工作任務由中控智能制造生產管理平臺統一管理。

蒸養區設有5條長65 m、高3.5 m、寬3 m的獨立隔熱全封閉棚，10根預制梁能同時在蒸養棚進行養護作業。養護室內設有蒸汽發生器、梁溫度檢測儀、壓力計、液壓門，利用智能養護系統，對預制梁的蒸汽養護過程進行精細化管理，確保蒸汽產生溫度精確可控，精準管理預制梁的蒸汽養護過程，實現有針對性的養護。

移動臺座串聯澆筑區、蒸養區及張拉壓漿區三大主要功能區。因整個過程中預制T梁生產為移動流水線施工，為避免預制T梁在移動過程中表面微裂等質量通病，且根據軌道平整度要求（軌道8 m范圍內應lt;2 mm，30 m范圍內應lt;3 mm），故臺座基礎穩定就顯得尤其重要。結合現場整體布局，現場臺座采用下沉式混凝土基礎，降低模板及混凝土施工作業高度，確保預制T梁安全施工?；A采用C30混凝土擴大基礎。

2.1.3 智慧梁場輔助生產區

為確保梁場制梁作業的順利進行，智慧梁場設有輔助生產區。該區域主要布置了輔助配套設施，包括混凝土攪拌站、砂石存放區、試驗室、鍋爐房、變壓站、鋼構件存放區、材料場和庫房等。

2.2 基于智慧生產管理控制系統的工藝流程

針對實際應用工程中的預制T梁，該智慧梁場采用全自動液壓模板制梁、全自動溫控蒸養技術、智能移動臺座轉移技術、鋼筋現場綁扎、合模澆筑混凝土等，由中控室統一監控及下發工作指令。預制T梁施工工藝流程如下。

（1）鋼筋綁扎區：綁扎結束APP報工→龍門吊吊裝在臺車送至預制區。

（2）預制區：臺車到位識別→臺車、梁體身份識別→合膜→混凝土澆筑、振搗→預養護→開模→APP報工→臺車移至蒸養區1#。

（3）蒸養區：蒸養棚入門開→臺車進入→臺車到位識別→蒸養棚入門關→蒸養棚內溫濕度檢測及控制→蒸養24 h→二次蒸養24 h→蒸養結束→蒸養棚出門開→臺車移至張拉區。

（4）張拉區：臺車到位識別→APP報工張拉壓漿開始→一鍵智能張拉、壓漿→APP報工張拉壓漿結束→龍門吊移梁至存梁區→臺車回至預制區。

3 智慧生產管理控制系統預制T梁的優勢分析

相較于傳統的預制梁場，基于自動化生產管理控制系統的智慧梁場創新改進涵蓋了硬件和軟件兩大部分。硬件方面包括網絡部署、物聯網通信、生產線改造以及智能化設備的應用等；軟件方面則構建了具有生產統籌調度能力的MES平臺以及便利現場作業應用的APP系統。這些改進帶來了以下幾個主要優勢：

3.1 產線化作業

流水線的工廠生產模式，具有固定作業時間、地點和人員編制，能降低勞動強度，使環節作業有條不紊，有序高效，大幅提升預制梁制造效能；采用革新自動化升級制梁，可移動臺車作為澆筑工位，實現鋼筋綁扎、混凝土澆注、蒸汽養護、張拉壓漿等關鍵工序自動化流轉，為梁場生產的現代化和智能化奠定堅實基礎。

3.2 提高混凝土質量

在施工過程中使用液壓整體拆裝模板，簡化施工流程，避免了重復拆裝，同時降低了模板安裝錯誤的風險，有效提升了預制梁的外觀品質；引入固定式智能蒸養室，熱量損失少，養護成本可控，同時智能控制系統精準管控預制梁溫濕度和時間，確?；炷琉B護內在質量達標。

3.3 提升效率

生產線全部位于廠房內部，封閉式作業環境，冬日或雨淋、白天或黑夜均不影響施工，為施工進度長期保持高效快速提供保障；集成了先進的T梁預制生產管理系統平臺，涵蓋生產任務高效分派、制造過程實時監控和智能化作業監管等功能，實現軟硬件協同。

3.4 降低風險

通過減少模板的拆卸和搬運作業，降低了脫模過程中的安全風險，同時減少了人工和龍門吊的使用，避免了操作時的相互干擾；對預制梁的每個施工階段進行數據采集，做到了整個施工周期內過程數據的完整貫通和可追溯性。

4 結語

本文通過在某高速公路工程橋梁建設項目中建設智慧梁場，利用MES生產管理系統聯系各項工藝的智能控制操作系統，有效解決了傳統施工方式中的諸多問題。與傳統預制梁場對比分析，智慧梁場更加自動化、智能化與信息化，預制梁的生產效率得到全面提升。

智慧梁場系統在高速公路橋梁工程中具有廣闊的應用前景和發展潛力。通過不斷的研究和創新，智慧梁場系統將在高速公路橋梁工程建設中發揮更大的作用，流水線生產、工廠化作業，為我國的交通基礎設施建設和經濟發展作出更大的貢獻。

參考文獻

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