公路工程預(yù)制梁場生產(chǎn)信息化平臺探究

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摘要:本文以莞番十一標(biāo)預(yù)制梁場為例，從其生產(chǎn)過程的實際需求出發(fā)，設(shè)計并實現(xiàn)了公路工程預(yù)制梁場生產(chǎn)信息化平臺，匯聚了現(xiàn)有多個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的綜合呈現(xiàn)，并創(chuàng)新性引入視頻AI分析等前沿技術(shù)，提高了預(yù)制梁場生產(chǎn)信息化水平。

關(guān)鍵詞:公路工程；預(yù)制梁場；生產(chǎn)信息化

隨著我們經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和城市化建設(shè)進(jìn)程的快速推進(jìn)，交通運輸行業(yè)也得到了快速發(fā)展。其中，公路作為傳統(tǒng)的交通運輸基礎(chǔ)設(shè)施，公路總里程和公路密度也在不斷增加。根據(jù)國家交通運輸部的《2020年交通運輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報》，截至2020年年底，公路總里程519.81萬公里，公路密度54.15公里/百平方公里[1]。目前，我國公路工程的路橋普遍采用預(yù)制梁，與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆法相比，采用預(yù)制梁具有諸多優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在：場內(nèi)預(yù)制，質(zhì)量控制容易；施工過程對既有交通和環(huán)境影響小；節(jié)省大量的模板和支架，縮短工期，節(jié)約施工成本。因此，預(yù)制梁生產(chǎn)過程的重要性更為凸顯，一定程度上可能直接影響整個公路工程的質(zhì)量和進(jìn)度。信息化技術(shù)在預(yù)制梁場的創(chuàng)新應(yīng)用已經(jīng)有了一些實踐，并取得了很好的效果，比較典型的有：預(yù)應(yīng)力自動張拉系統(tǒng)、靜載試驗自動控制系統(tǒng)、自動噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)、太陽能智慧照明信息系統(tǒng)、基于BIM的預(yù)制梁信息管理平臺、基于二維碼的預(yù)制梁生產(chǎn)信息采集與質(zhì)量監(jiān)控方案、基于百度地圖的預(yù)制梁施工位置管理方案、預(yù)制箱梁施工BIDE流程化技術(shù)體系等[2-6]。但這些應(yīng)用基本上聚焦于某個特定生產(chǎn)環(huán)節(jié)，或利用某種技術(shù)解決特定的生產(chǎn)問題，管理者需要借助多個系統(tǒng)來了解生產(chǎn)情況，不能從預(yù)制梁場自身的角度全方位獲取整個生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)和信息。當(dāng)多個信息化子系統(tǒng)存在且數(shù)據(jù)無法共享時，項目就會存在“數(shù)據(jù)孤島”[7]現(xiàn)象，不僅效率低，還會增加管理和維護(hù)成本，對后續(xù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和追溯帶來了不便。市面上已經(jīng)有一些成熟的管理系統(tǒng)，如制造執(zhí)行系統(tǒng)（ManufacturingExecutionSystem，MES）[8]、企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（EnterpriseResourcePlanning，ERP）[9]等，這些系統(tǒng)雖然功能非常強(qiáng)大，但預(yù)制梁場的生產(chǎn)過程有其特殊性和專業(yè)性，通用的管理系統(tǒng)不能完全符合預(yù)制梁場的生產(chǎn)管理過程。本研究基于Delphi、IntelliJIDEA、AndroidSDK及Oracle數(shù)據(jù)庫等工具，以莞番11標(biāo)預(yù)制梁場生產(chǎn)管理的實際需求為基礎(chǔ)，設(shè)計并實現(xiàn)了公路工程預(yù)制梁場生產(chǎn)信息化平臺。

1預(yù)制梁場概況及需求分析

1.1預(yù)制梁場概況

莞番十一標(biāo)預(yù)制梁場位于廣東省東莞市橋頭鎮(zhèn)莞番高速橋頭西互通K6+600左側(cè)位置，占地面積93畝，2020年3月開始投產(chǎn)。該預(yù)制場主要負(fù)責(zé)K0+000～K15+795.000范圍內(nèi)預(yù)應(yīng)力小箱梁制作，共5103片。據(jù)現(xiàn)場施工需要，預(yù)制場內(nèi)規(guī)劃有鋼筋加工場、鋼筋胎架制作區(qū)、制梁區(qū)、存梁區(qū)、拌合站和工地試驗室。其中設(shè)有：鋼筋加工場2個，制梁臺座100個。預(yù)制場內(nèi)設(shè)置了3條生產(chǎn)線，生產(chǎn)線1區(qū)安裝4臺10T和2臺80T龍門吊，生產(chǎn)線2區(qū)安裝4臺10T和2臺80T龍門吊，生產(chǎn)線3區(qū)安裝2臺10T和2臺100T龍門吊。生產(chǎn)期間，投入20m箱梁模板共2套，其中1套中梁模板，1套邊梁模板，25m箱梁模板共10套，其中8套中梁，2套邊梁模板，30m箱梁模板共2套，其中1套中梁，1套邊梁模板，40m箱梁模板共2套，其中1套中梁，1套邊梁模板。達(dá)到12片/天的生產(chǎn)能力。

1.2項目需求分析

公路工程預(yù)制梁場生產(chǎn)信息化平臺在預(yù)制梁生產(chǎn)過程中具有重要作用，為預(yù)制梁場管理人員和生產(chǎn)過程的從業(yè)人員提供了方便、高效的管理平臺，對生產(chǎn)過程、質(zhì)量安全、文明施工等環(huán)節(jié)起到很好的監(jiān)管作用，促進(jìn)管理效率的提升。從宏觀和微觀兩個層面對需求進(jìn)行分析。1.2.1宏觀層面。莞番十一標(biāo)預(yù)制梁場服務(wù)的城市公路路橋工程有26個，預(yù)制梁又分為8種類型，分別是20m預(yù)制小箱梁中梁、20m預(yù)制小箱梁邊梁、25m預(yù)制小箱梁中梁、25m預(yù)制小箱梁邊梁、30m預(yù)制小箱梁中梁、30m預(yù)制小箱梁邊梁、40m預(yù)制小箱梁中梁、40m預(yù)制小箱梁邊梁。預(yù)制梁類型多，工序繁雜，如果依靠傳統(tǒng)人工監(jiān)管的方式或僅依靠多個且分散的信息化子系統(tǒng)，不僅耗時耗力，而且還會造成數(shù)據(jù)管理的復(fù)雜度和難度，難以保障施工質(zhì)量和工程進(jìn)度。因此，搭建預(yù)制梁場生產(chǎn)信息化平臺，將所有的預(yù)制梁的生產(chǎn)過程納入統(tǒng)一管理和監(jiān)控，既可以全面了解整個預(yù)制梁場的生產(chǎn)情況，又可以縮短工期，加快工程進(jìn)度。1.2.2微觀層面。①生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)管理：信息化平臺可下達(dá)生產(chǎn)計劃，并對生產(chǎn)進(jìn)度和生產(chǎn)工序進(jìn)行全過程跟蹤和檢查，實時呈現(xiàn)預(yù)制梁的生產(chǎn)進(jìn)度情況、臺座狀態(tài)，根據(jù)生產(chǎn)進(jìn)度計算產(chǎn)值。②質(zhì)量管理：采集檢驗與試驗的數(shù)據(jù)，對異常情況發(fā)出告警。③安全管理：統(tǒng)一管理各種生產(chǎn)設(shè)備的檢修計劃和檢查維護(hù)保養(yǎng)情況，管理安全例會的組織情況和各項安全檢查記錄。④班組管理：管理班組人員的排班和考勤情況，并記錄違規(guī)作業(yè)情況。⑤文明施工：通過視頻AI分析現(xiàn)場施工人員是否正確佩戴安全帽、施工區(qū)域有無意外闖入等情況，保障文明施工。

2平臺設(shè)計

2.1軟件架構(gòu)設(shè)計

分層模式是軟件架構(gòu)設(shè)計中最常見的一種結(jié)構(gòu)，每一層都有其特定的角色和職能，為了實現(xiàn)某種特定的業(yè)務(wù)請求，是具體工作的高度抽象，層與層之間通過接口通信，體現(xiàn)了“高內(nèi)聚，低耦合”的軟件設(shè)計思想。公路工程預(yù)制梁場生產(chǎn)信息化平臺的軟件架構(gòu)設(shè)計采用分層模式，自上而下分別為：表示層（UI）、業(yè)務(wù)邏輯層（BLL）、數(shù)據(jù)訪問層（DAL），如圖1所示。表示層位于軟件架構(gòu)的最上層，即用戶界面，負(fù)責(zé)視覺顯示和人機(jī)互動。通過一些前端顯示開發(fā)技術(shù)，在PC桌面、瀏覽器、APP進(jìn)行頁面呈現(xiàn)。業(yè)務(wù)邏輯層位于表示層和數(shù)據(jù)訪問層之間，具有承上啟下的作用。業(yè)務(wù)邏輯層負(fù)責(zé)將用戶在表示層發(fā)出的請求通過業(yè)務(wù)邏輯處理接口建立通信連接，經(jīng)過業(yè)務(wù)邏輯處理之后再通過數(shù)據(jù)訪問層與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)訪問層位于軟件架構(gòu)的最底層，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)軟件與數(shù)據(jù)庫的交互，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的新增、刪除、修改、查詢等功能。同時，通過外部數(shù)據(jù)接口與外部應(yīng)用系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)對接，如預(yù)應(yīng)力自動張拉數(shù)據(jù)、自動噴淋養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)、各種試驗數(shù)據(jù)等。

2.2平臺功能模塊設(shè)計

公路工程預(yù)制梁場生產(chǎn)信息化平臺分為三個部分，分別是預(yù)制梁場生產(chǎn)協(xié)調(diào)系統(tǒng)、預(yù)制場生產(chǎn)指揮中心Web系統(tǒng)、預(yù)制梁場生產(chǎn)協(xié)調(diào)APP。預(yù)制梁場生產(chǎn)協(xié)調(diào)系統(tǒng)是C/S（Client/Server）結(jié)構(gòu)，側(cè)重于預(yù)制梁生產(chǎn)過程的管理和監(jiān)控。主要包括生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理、安全管理、班組管理、視頻管理、路況顯示、三維BIM、統(tǒng)計分析、基礎(chǔ)信息、后臺管理這11個模塊，功能拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。預(yù)制梁場生產(chǎn)指揮中心Web系統(tǒng)是B/S（Browser/Server）結(jié)構(gòu)，以大屏的形式呈現(xiàn)，為預(yù)制梁場管理人員提供“駕駛艙”可視化綜合視圖，可全方位了解預(yù)制梁場的生產(chǎn)情況。主要包括生產(chǎn)管理、質(zhì)安管理、智能監(jiān)測、拌合站、形象進(jìn)度、臺座狀態(tài)、設(shè)備動態(tài)這7個模塊，功能拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。預(yù)制梁場生產(chǎn)協(xié)調(diào)APP主要包括生產(chǎn)管理、生產(chǎn)看板、個人中心這3個模塊。其中生產(chǎn)管理是重點，又細(xì)分為生產(chǎn)任務(wù)、工序掃碼、工序檢查、現(xiàn)場問題、移梁、安裝、成品檢查、消息提醒、梁信息、梁報廢、梁孔信息、臺座狀態(tài)這12個功能點。預(yù)制梁場生產(chǎn)協(xié)調(diào)APP功能拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示。

2.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計

本平臺數(shù)據(jù)庫設(shè)計遵循“一致性、完整性、安全性、可擴(kuò)展性、規(guī)范化”的原則，包括10個方面的內(nèi)容：基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)、生產(chǎn)計劃數(shù)據(jù)、生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)、質(zhì)量管理數(shù)據(jù)、三維BIM數(shù)據(jù)、智能監(jiān)測數(shù)據(jù)、拌合站數(shù)據(jù)、形象進(jìn)度數(shù)據(jù)、臺座狀態(tài)數(shù)據(jù)和設(shè)備動態(tài)數(shù)據(jù)等。限于論文篇幅，這里以預(yù)制梁場臺座的信息表為例，如表1所示。臺座信息表用來存儲臺座的信息和狀態(tài)，表名為Pedestal_Info，主鍵為Pedestal_Num（臺座編號）。

3平臺開發(fā)實現(xiàn)

3.1開發(fā)和運行環(huán)境

公路工程預(yù)制梁場生產(chǎn)信息化平臺的實現(xiàn)需要配套的開發(fā)環(huán)境，具體配置要求如表2所示。公路工程預(yù)制梁場生產(chǎn)信息化平臺所需要的服務(wù)器分為業(yè)務(wù)服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，業(yè)務(wù)服務(wù)器負(fù)責(zé)事務(wù)邏輯的處理，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)邏輯的處理，兩個類型的服務(wù)器均需要較好的配置，其配置如表3所示。為了使客戶端有較好的使用體驗，客戶端的環(huán)境配置如表4所示。

3.2平臺實現(xiàn)

3.2.1預(yù)制梁場生產(chǎn)協(xié)調(diào)系統(tǒng)。預(yù)制梁場生產(chǎn)協(xié)調(diào)系統(tǒng)主界面左側(cè)是預(yù)制梁場生產(chǎn)協(xié)調(diào)系統(tǒng)的菜單，分別是生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理、安全管理、班組管理、視頻管理、路況顯示、三維BIM、統(tǒng)計分析、基礎(chǔ)信息和后臺管理。首頁呈現(xiàn)了制梁進(jìn)度、生產(chǎn)情況、計劃于實際對比、臺座狀態(tài)統(tǒng)計、各橋安裝情況。生產(chǎn)計劃模塊中包括總體計劃、月度計劃、計劃與實際對比、物料需求計劃、物料實際用量、物料偏差（損耗）分析。按工區(qū)/橋梁的“跨/孔”細(xì)度建立WBS工作分解結(jié)構(gòu)，綜合下部結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)，編制梁安裝生產(chǎn)的總體計劃。根據(jù)總體計劃，對生產(chǎn)構(gòu)件進(jìn)行計劃排期，以月度計劃為主、季度計劃和年度計劃為輔建立生產(chǎn)計劃，并自動換算并生成預(yù)制場材料需求計劃清單。生產(chǎn)管理模塊按照月度計劃向臺座自動排期并下達(dá)生產(chǎn)任務(wù)，之后現(xiàn)場施工人員開始執(zhí)行工序生產(chǎn)、工序檢查、移梁出廠安裝、成品檢查等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)。當(dāng)遇到特殊或緊急情況時，系統(tǒng)可調(diào)整某片預(yù)制梁生產(chǎn)任務(wù)時間，直接排隊生產(chǎn)。質(zhì)量管理模塊通過接口對接實現(xiàn)系統(tǒng)集成和數(shù)據(jù)共享，自動采集預(yù)制梁生產(chǎn)中涉及的原材料檢驗、試塊抗壓強(qiáng)度、智能張拉、孔道壓漿等試驗數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控預(yù)制梁質(zhì)量情況。系統(tǒng)將采集到的試驗數(shù)據(jù)自動生成質(zhì)檢報表，形成電子檔案，實現(xiàn)智能歸檔。安全管理模塊供預(yù)制梁場管理人員將發(fā)現(xiàn)的安全隱患提出整改，下發(fā)整改通知書，落實相關(guān)責(zé)任人整改并回復(fù)，做到問題閉環(huán)，消除隱患。班組管理模塊通過視頻AI人臉識別智能判斷班組人員進(jìn)場和離場情況，根據(jù)管理人員和勞務(wù)人員的出勤情況統(tǒng)計實際用工量。視頻管理模塊可調(diào)取攝像機(jī)實時查看現(xiàn)場生產(chǎn)情況，視頻AI還可智能識別現(xiàn)場施工人員是否正確佩戴安全帽（如圖5所示，系統(tǒng)在1#存梁區(qū)自動抓拍到某位工人未佩戴安全帽）、施工區(qū)域有無意外闖入等安全隱患，自動抓拍，保留截圖，并自動下發(fā)問題整改，向相關(guān)責(zé)任人推送信息。路況顯示模塊可為運梁車輛智能規(guī)劃最優(yōu)運輸路線，并根據(jù)實際路況靈活調(diào)整線路，保障預(yù)制梁及時運抵安裝現(xiàn)場。三維BIM模塊通過數(shù)字孿生技術(shù)，建立預(yù)制梁場三維實景，三維臺座可實時顯示當(dāng)前生產(chǎn)工序的實時數(shù)據(jù)，預(yù)制梁場管理人員可遠(yuǎn)程直觀且形象的了解生產(chǎn)實況。統(tǒng)計分析模塊匯聚和集成了大量的制梁生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，按預(yù)制梁場管理要求提供不同維度的統(tǒng)計數(shù)據(jù)展示，如工序耗時、月度產(chǎn)量、平均工時、工序問題、混凝土用量、問題處理、工序補(bǔ)錄、月度產(chǎn)值和橋梁進(jìn)度。基礎(chǔ)信息模塊主要負(fù)責(zé)管理和維護(hù)預(yù)制梁場的基本信息，如梁場信息、臺座信息、工序管理、梁類型、物料編碼、梁信息、物料清單、車輛資料等。后臺管理模塊供管理員進(jìn)行系統(tǒng)功能維護(hù)使用。3.2.2預(yù)制場生產(chǎn)指揮中心Web系統(tǒng)。預(yù)制場生產(chǎn)指揮中心Web系統(tǒng)在生產(chǎn)指揮大屏上呈現(xiàn)，匯總生產(chǎn)進(jìn)度、質(zhì)量安全、設(shè)備動態(tài)、拌合站等數(shù)據(jù)。首頁的上方是預(yù)制場生產(chǎn)指揮中心Web系統(tǒng)的菜單，分別是生產(chǎn)管理、質(zhì)安管理、智能監(jiān)測、拌合站、形象進(jìn)度、臺座狀態(tài)、設(shè)備動態(tài)。首頁呈現(xiàn)了梁場介紹、制梁進(jìn)度、臺座狀態(tài)統(tǒng)計、生產(chǎn)情況、計劃實際對比、梁澆筑生產(chǎn)情況、安裝情況、生產(chǎn)照片。生產(chǎn)管理模塊中展示了月度產(chǎn)值、累計產(chǎn)值、工序問題統(tǒng)計（本月）、工序檢查情況（本月）、工序處理情況、實際與設(shè)計工時對比、設(shè)計/實際工序耗時占比。質(zhì)安管理模塊中展示了原材料檢驗情況（本月）、試塊試驗情況（近半年）、成品質(zhì)量檢查、設(shè)備檢修保養(yǎng)情況（近半年）、安全檢查情況（近半年）、安全違規(guī)識別記錄、抓拍圖片顯示區(qū)。智能監(jiān)測模塊中展示了張拉情況、壓漿情況、張拉壓漿合格率、梁片張拉明細(xì)、養(yǎng)護(hù)記錄、噴淋實時數(shù)據(jù)。拌合站模塊中展示了生產(chǎn)信息、生產(chǎn)合格率、材料庫存、本月材料消耗、地磅進(jìn)場材料信息、產(chǎn)能統(tǒng)計、預(yù)警統(tǒng)計。形象進(jìn)度模塊中可以查看各個橋梁梁片安裝進(jìn)度一覽表。臺座狀態(tài)模塊展示了各個臺座的狀態(tài)。設(shè)備動態(tài)中可查看運梁車輛的實時位置，方便指揮調(diào)度。3.2.3預(yù)制梁場生產(chǎn)協(xié)調(diào)APP。預(yù)制梁場生產(chǎn)協(xié)調(diào)APP主界面如圖6所示。該APP由現(xiàn)場生產(chǎn)人員使用，便于現(xiàn)場數(shù)據(jù)的錄入和生產(chǎn)技術(shù)問題的處理，還具有消息提醒功能。當(dāng)模板安裝結(jié)束后，現(xiàn)場人員可通過APP通知拌合站做好打料準(zhǔn)備。在偶發(fā)情況下，現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)與智能監(jiān)測數(shù)據(jù)有出入時，可通過APP進(jìn)行修正。預(yù)制梁加工完成后，現(xiàn)場人員可通過APP記錄移梁和存梁情況。

4結(jié)論

本文以莞番十一標(biāo)預(yù)制梁場為依托，從實際需求出發(fā)構(gòu)建了公路工程預(yù)制梁場生產(chǎn)信息化平臺，設(shè)計和開發(fā)了預(yù)制梁場生產(chǎn)協(xié)調(diào)系統(tǒng)、預(yù)制場生產(chǎn)指揮中心Web系統(tǒng)和預(yù)制梁場生產(chǎn)協(xié)調(diào)APP，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的集成和共享，打破了多個孤立應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)壁壘，提高了管理效率，加快了工程進(jìn)度，促進(jìn)了預(yù)制梁生產(chǎn)信息化水平的提升，進(jìn)而保障了公路工程的建設(shè)。本平臺主要是基于公路工程預(yù)制梁設(shè)計和研發(fā)的，對鐵路等其他工程預(yù)制梁生產(chǎn)同樣具有一定的參考意義。雖然本平臺的建設(shè)實現(xiàn)了預(yù)制梁場生產(chǎn)信息化，但距離智慧化生產(chǎn)還有一定的距離，有待進(jìn)一步研究和創(chuàng)新。

作者:張富泉 羅云 單位:中國鐵建港航局集團(tuán)有限公司