基于物联网的梁场施工过程智能管理方法

刘秀珍，王文强，杨 立

(中国建筑土木建设有限公司，北京 100071)

0 引 言

梁场为生产前两种预制混凝土的简质场地，生产完成简质后，由运梁机将简质运到桥墩上，起到整个建筑结构的支撑作用。但由于梁场施工过程中出现的安全隐患较多，客观上会对广大从业人员的生命健康和财产安全产生重大影响，因此，梁场施工管理工作在梁场施工中一直占有极其重要的地位。为实现梁场施工过程的智能化管理，在确保施工安全的同时，最大限度地提高施工质量和施工进度，采用物联网技术优化设计管理方法。

1 梁场施工过程智能管理方法

对于梁场施工过程智能管理方法的设计，是在传统管理方法的基础上，利用物联网技术进行实时施工数据的采集，并根据数据的采集结果采取相应的管理措施。

1.1 分析梁场施工工艺

对生产预制梁的场地进行预制梁钢筋骨架预制，机械化加工生产预制梁所需的各类钢筋构件，并对构件进行分类堆放。在制作梁体内骨架时，应采用定型制作带膜钢筋定位绑扎，再采用扎丝与点焊结合的形式，保证每根钢筋间距准确，骨架牢固。预应力管道应严格按设计要求的位置安装，直线段波纹管应每隔80 cm安装1根定位钢筋，曲线段应每隔40 cm安装1根定位钢筋，最后得出钢筋的加工安装效果[1]。

1.2 利用物联网技术收集梁场施工数据

物联网是一个应用架构，它通过感应装置、控制装置，按照约定的协议，将物体信息或物体之间的交互信息与因特网相连，进行信息交换和通信，实现智能识别、定位、跟踪、监测和管理等功能。用于采集梁场结构数据的物联网体系如图1所示。

图1 物联网结构框图

依据梁场建设过程中所需的资料，采用5W1H原则，在不同的采集地点采集资料。下梁场采用物联网技术施工所需的具体资料见表1。

表1 梁场施工过程采集信息表

梁场施工环境中安装 RFID标签及读卡器设备，考虑到低频标签读卡器间距过小，采用无钢筋笼混凝土试块埋设高频和超高频芯片两组芯片标签，并配有钢筋笼混凝土试块[2]。依据梁场建设的不同阶段，选择阅读器设备和采集位置，保证实时采集数据的稳定传输。有关的物联网设备安装完毕后，管理人员在梁场运输阶段通过手持移动终端，读取梁场构件RFID出入库信息，允许符合装运计划的梁场构件通过，并将相关信息上传。通过安装读写器获取梁场施工各阶段的实时运行数据，并将其存储在同一分组内。

1.3 实现梁场施工过程智能管理

1.3.1 施工质量管理

预制梁施工工程是按照一个工序、一个子项和一个标段施工的工程，因此预制梁施工的质量控制也是以工序质量控制、分项施工质量控制、分段施工质量控制为基础的。最后，对预制梁单元进行质量控制，形成完整的质量控制体系，如图2所示。

图2 施工质量管理流程图

采用物联网技术，能够收集梁场主体结构局部的荷载和状态，并对突发情况做出应急响应。FBG传感器可贴附于结构表面或预埋于结构内，对结构进行冲击检测、形变控制和减振检测，实现对结构缺陷的监控。如果在梁场发现载荷异常或缺陷数据，应立即启动报警装置，用质量较好的构件代替有缺陷的构件。

1.3.2 安全风险管理

主要从安全检查和环境监测两方面进行安全风险管理的应用。每日安全检查期间，需对梁场办公生活区、制梁区、拌和站、提梁站等区域进行每日巡查，如在巡查中发现问题，可根据问题性质选择是否将问题纳入问题库进行封闭处理。在施工现场，安全风险管理应用应与扬尘在线监测系统数据相结合，将物联网采集的环境数据实时传送，实现管理措施的实施。如风力大于6级时发出警报，现场禁止露天吊装作业，禁止高处作业；PM2.5大于75 μg/m3时发出警报，提醒现场人员做好防护，施工作业实行人性化管理。

1.3.3 施工进度管理

对项目范围内的活动及其相互关系进行分析，估算各项活动所需的时间，合理安排和控制建设项目范围内的活动的开始时间和结束时间。根据梁场进度管理的要求，在任意时间段内，都可以对计划进度和实际进度进行统计分析[3]。当梁场在某一时间段内生产进度与计划偏差较大时，可通过对该时间段生产各片梁的进度曲线进行分析，找出影响梁场施工和生产的工序和原因。综合影响因素分析结果，应用预制梁场管理平台调整施工计划，生成施工资源配置数据，以提高进度管理的准确性和效率。

2 管理效果测试实验分析

为了检验所设计的基于物联网的梁场施工过程智能管理方法的管理效果，设计了管理效果测试实验，所选梁场施工样本为某高速铁路TJ-4标段梁场，该梁场承担工程 K段DK306+817.22-DK326+193范围内505孔箱梁预制工作，其中31 m箱梁502孔，25 m箱梁41孔，非标梁1孔。本试验选择的制梁场的施工环境如图3所示。

图3 梁场施工样本

在该实验环境下，分别从施工质量、安全风险和施工进度三个方面进行管理效果的测试。为了形成实验对比，设置传统的施工管理方法和文献[1]中提出的基于BIM技术的预制梁场管理方法作为实验的两种对比方法。按照梁场中的预制梁对实验次数进行划分，在不同的管理方法下统计施工质量、安全事故次数以及施工周期的统计结果，并由此来体现设计管理方法的管理优势。经过相关数据的统计与对比，得出的实验结果见表2。

表2 管理效果测试对比结果

从表2中可以看出，三种管理方法下梁场施工的平均质量评分分别为8.44分、8.98分和9.54分，三种管理方法下发生的安全事故分别有24起、14起和3起，而三种管理方法下的平均施工周期分别为14 d、7.6 d和5.6 d。综上所述，相比于其他两种管理方法，本文所设计的智能管理方法在梁场施工质量、安全事故发生数量和施工进度等方面均更加具有优势，即管理效果更优。

3 结束语

近年来建筑施工安全事故频发，事故总量偶有上升，其根本原因在于现有的安全控制系统已经达到了管理瓶颈。在可预期的瓶颈突破中，由于从业人员流动性大，安全意识提高缓慢，对不安全行为的控制很难迅速取得成效；由于成本、进度等项目管理指标限制，安全评估、检查和预警很难实现全过程无死角覆盖。煤建企业可以借鉴煤炭、建筑两大行业信息化建设的丰富经验，进行基于物联网感知的安全控制系统的研究与实践，以确保多维信息预警和安全风险控制下的各个施工项目顺利实施。