高速公路工程智慧梁厂的规划及应用创新

董玉胜、陈青荣

（赣州诚正公路工程监理有限公司，江西赣州341700）

0 引言

供给侧结构性改革是交通运输实现高质量发展、加快建设交通强国的必由之路。改革的核心在于利用“互联网+”交通，推进智慧交通建设，实现交通建设降本、增效、提质的目标。所谓智慧交通建设，即在交通运输行业中加强信息技术的应用资源的整合，并在此基础上推动交通运输产业生产经营向数字化转型，从源动力推动供给侧改革，优化交通运输行业结构，实现高质、高效、降本的交通发展目标。智慧梁厂是基于高速公路建设生产中BIM 技术应用于智能制造下的产物。智慧梁厂是交通运输生产建设企业向工业化、数字化转型的发展的必经之路。研究高速公路工程指挥梁厂的规划及应用创新对推动我国交通运输行业提升供给质量及效率有着重要的意义。

1 智慧梁厂的规划

智慧梁厂的整体规划应立足实际需求和交通运输供给侧改革的核心。梁厂规模大小、场地位置、厂内规划等，都要与高速公路项目建设需求保持一致。一般将智慧梁厂的规划分为场地、平面布置、设施设备三大部分。

1.1 场地规划

场地规划包括选址规划和运输通道规划两部分。在厂址选择上，应考虑交通运输的便利性，遵循少征地、少平场地的基本原则。同时，梁厂需要建设在地基稳定、方便交叉施工、方便进出场、便于排水的位置。建址要避开滑坡、泥石流等区域。厂址必须建设在路基填方之上，来保证预制构件生产基础环境的稳定性。运输通道需要考虑到运输材料、预制构件及设备的实际需求。通道建设的宽度应以最大设备运输车辆通过宽度为准，通道路基承受荷载应以最重设备或预制构件加运输车辆的最大荷载为准。运输道路需要满足大型设计及运输车辆的通行[1]。

1.2 平面布置规划

梁厂平面规划包括钢梁房、制梁区、办公区三部分。厂房大小根据实际情况而定。钢筋房的结构设计需要考虑抗震、抗风等级，选择强度高、耐久性好的材料作为钢筋房的内外结构。钢筋房功能分区应根据原材料及成本的存放及制作生产场地等，划分为存放区、钢筋制作区、成品存放处、半成品存放区、废旧料堆放区、钢筋绑扎区、运输通道、办公区、生活区等。各部分功能分区的面积根据情况而定。制梁区可通过建设多功能梁板共用平台来提高对场地的利用率。办公区与生活区应设置在钢筋房的外侧，且办公生活区与生产区有明确的分区接线，以便实施分区管理[2]。

1.3 设备规划

根据智慧梁厂的标准化、信息化、智能化、数字化建设需求，在设备规划方面应侧重选择自动化设备、智能设备，便于构建工业互联网智慧梁厂信息化管理平台。高速公路预制构件加工需要应用到钢筋自动化加工设备、自动化张拉及压浆设备、起重设备、自动喷淋养护设备等。各类设备选择中，应选择应用无线传染技术及自动化水平较高的设备，便于利用工业互联网及BIM 信息管理平台实施统一的标准化管理[3]。

2 智慧梁厂的创新应用

2.1 信息化、智慧化管理平台

智慧梁厂的规划是建立在信息整合的基础上实施的智慧管理。在高速公路工程智慧梁厂规划前，应构建信息化、智慧化管理平台。信息化、智慧化管理平台相对于传统的梁厂管理而言，实现了工业企业从设计落地到智能制造的一体化，充分应用了信息化、自动化、数字化、智能化技术，帮助高速公路制造企业实现数字化转型。在制定智慧梁厂生产工艺及生产方法时，可以通过信息化、智慧化管理平台的终端联网管理，及时上传施工端的信息，由管理平台通过综合分析来评估施工可能存在的薄弱环节，再针对薄弱环节制定科学的、实用的细化方案，加强对薄弱环节的针对性质量控制。针对预制梁加工生产及施工过程中的精度控制，也可以采取在线监测和综合管理相结合的方式，预防生产及安装过程中的精度偏差[4]。

2.2 智慧梁厂的创新应用

2.2.1 钢筋自动化加工

在钢筋加工方面，智慧梁厂引进SGW12D 全自动数控钢筋弯箍机、LSW32 立式弯曲智能数控设备、SGS100 数控钢筋剪切机等，组建是能数控钢筋剪切生产线、弯箍生产线等。同时，还创新钢筋定位胎架法绑扎钢筋的方法，有效的提升了钢筋生产管理的自动化水平及钢筋产品生产的标准化程度。相对传统的生产设备、生产线及人工生产工艺，智能数控设备的引入简化了钢筋加工的流程，提高了钢筋加工的标准化程度。骨架定位胎架绑扎放进的工艺同业提升了绑扎环节质量的标准化。整体而言，缩短了钢筋加工的工期，提升了钢架加工的整体质量和生产效率[5]。

2.2.2 桥梁预应力张拉

高速公路梁体预应力张拉是延长梁板寿命的关键。在梁体预应力张拉环节，引入自动化张拉系统及设备，可以加强对梁体预应力张拉指标的精细化管控，从而提升了对预应力张拉的质量控制。这种基于信息化在线监控的管理方式在梁体质量管理上实现了溯源追踪，有利于产品质量管控和责任追踪，同时还了生产效率，缩短了工期，相对于人工张拉极大的降低了梁体张拉环节的成本。

2.2.3 梁体自动养护

智慧梁厂预制梁养护采用了自动喷淋养护装置及系统。相对于传统的人工养护，自动喷淋养护装置及系统的应用可以保障预制梁成品养护指标的精细化管控。在梁体养护专区，智能传感器的设置可以自动采集梁体养护过程中温度、湿度等各项指标数据，并通过工业互联网传输给一体化信息管理平台，管理人员可实时追踪梁体养护的动态。在养护装置方面，采用了自动伸缩式可埋置喷头。该喷头具有180 度自动旋转喷淋的功能。自动化喷头与传感装置均接入一体化管理平台。在管理员管理端口，还可以通过安装相应的管理软件，利用收集来实现对自动喷淋养护装置的开关和参数的调控，随时拿出手机监测梁体养护的情况。智慧梁厂自动养护的应用实现了对梁体养护的全方位、全天候、系统化、精细化、智慧化管理，提升了梁体养护的标准化水平、养护质量和养护效率。养护区的集中养护管理相对于人工养护，不仅减轻了养护工作量，还降低了梁体养护的综合成本。此外，梁体养护采用了智能喷淋+蓄水循环回收利用的设计，箱梁养护应用了自动化控制与无线传染技术。自来水、雨水均可循环用于梁体养护。自动化控制保证了箱梁养护水始终处于恒温状态[6]。

2.2.4 模板系统自动化工艺

智慧梁厂模板系统采用了自动化工艺设计。通过工业互联网将振捣系统、调解支撑系统、液压系统、行走系统等接入液压模板，构建自行式液压模板系统，实现对模板工艺环节的智慧化管控。自行液压模板相对于传统的人工组建模板，不仅组装、拆卸、吊装模板标准化程度高、效率高，而且极大的减少了模板拼装拆借的错误，拼接的模板外观质量远高于人工施工。

2.2.5 混凝土浇筑及智能控制系统

混凝土智能控制系统是智慧梁场智能化管理的核心技术之一。智慧梁场管理平台接入混凝土智能控制系统、钢筋自动加工系统、监控监测系统。三大系统可同时运行，由平台协调BIM 模型应用、预制生产数字化管理、物流管理、设备管理、人员管理、场地动态管理等进行操作。在混凝土浇筑环节，引入自动化程度较高的龙门吊和泵送系统。自动化泵送系统的混凝土罐车可在场内自由移动，利用龙门吊吊装混凝土罐车到混凝土浇筑现场，有效的提升了混凝土浇筑作业的效率。监测监控系统可监测混凝土罐车、自动泵送系统等设备实现智控输送，远程自动化操作混凝土的浇筑。混凝土浇筑完成后实行远程养护。混凝土浇筑现场布设传感器，可通过智能协同管理平台查询操作记录、养护状态、湿度趋势、历史喷淋数据等。智能控制浇筑成的实体混凝土强度监测合格率可达100%。混凝土浇筑完成后自动潮湿养护时间应不少于15 天[7]。

2.2.6 监控监测系统

智慧梁场规划建设了协同管理平台，协同管理平台设计了九大管理功能，分别是BIM 模型应用、场地动态管理、人员管理、物料管理、设备管理、质量安全管理、档案管理、绿色施工、预制生产数字化管理。该平台为智慧梁场实行集中智能化管理的核心。高速公路工程预制梁标准化施工以BIM 技术为核心，依托云计算，监理新一代高速公路信息化平台及应用场景。该平台管理系统设计有以下子系统：工程调度指挥系统、电子施工日志系统、施工组织管理系统、试验室管理系统、混凝土拌和站信息系统、梁场信息管理系统、检验批管理系统、预制梁静载信息管理系统、自动张拉管理系统、征地拆迁、验工计价等多项信息管理系统。通过管理平台可以对子系统进行监测控制，对设计、施工、运维管理的技术、方法等采取一体化管理。为保证智慧梁场施工的安全，在箱梁预制工序区域、拌和站、实验室等需要监控的部位安装自动监控设备，可通过无线管、光纤对监控区域进行信息采集。自动监控设备将实时采集的录像通过无线或光纤传输给主机、主控中心或智慧中心，就可以及时观察或随时调取施工区域各时间段的监控录像。主机、主控中心、智慧中心利用联网状态可以对施工现场进行远程查看与控制，从而实现对施工现场的智能监测监控。

2.2.7 质量追溯

预制梁场智慧协同管理平台可对预制箱梁的生产资料以单元模块的形式进行收集和整理，并为每孔箱梁设计专有二维码身份证。在箱梁验收时，通过扫码就可查验到每孔箱梁从原材料到成本的每道生产工序及其他详细的资料集合，包括所有的质量验收资料。通过为每孔箱梁设计编码，实现智慧梁场规划中对产品质量的追溯管理。

2.2.8 安全管理

高速公路工程智慧梁场为确保安全，还针对施工人员采取安全教育培训及统一管理。安全管理的内容包括线下安全教育宣传和线上监控，以及设置VR安全体验管、员工休息室、吸烟室等。施工人员休息时必须进入员工休息室，吸烟时必须进入吸烟室，以防施工过程中的意外。线上监控指对施工人员安全防护状态进行监控。指挥中心通过协同管理平台可以看到施工区施工人员是否穿戴防护用品。监测监控系统对安全人员未佩戴安全帽及其他防护措施的情况会自动向指挥中心发出报警提示，并由管理者提醒并要求施工人员正确佩戴防护用品。通过采取多项安全管理措施，来提高施工人员的安全意识及对施工人员的安全管理，最大程度地保障施工人员人身安全。

3 结语

综上所述，高速公路智慧梁厂的规划及应用充分发挥“互联网+”优势，将互联网信息化平台与预制梁生产线、生产工艺及梁厂的标准化管理相结合，实现了工业梁厂的信息化、智慧化建设，提升了预制梁场数字化管理的水平。智慧梁厂规划与创新应用的核心在于将传统的预制梁生产推向了工业数字化生产与管理，应用工业互联网技术、大数据技术、BIM 技术、智能制造技术等，融合了预制梁生产的自动化和数字化，使预制梁生产管理体现出现代化、智慧化的特征。新一代信息技术在智慧梁厂中的高度融合实现了预制梁厂信息资源的高效整合和共享利用，便于实施预制梁的标准化生产与管理。最终实现了智慧梁厂大型预制梁整个生产过程高效、高质和降本的目标。