高速铁路装配式构件信息化系统技术研究

张 赫, 张 超

(1. 中铁四局集团第四工程有限公司, 安徽合肥 230012 2. 中国铁路上海局集团有限公司徐州铁路枢纽工程建设指挥部, 江苏徐州 221000)

随着信息时代的到来，工程项目管理必将走向信息化，只有充分利用信息技术，推进工程项目管理信息化，才能增强项目管理能力和技术手段，提升竞争力，实现跨越式发展，与国际建筑业接轨。近年，信息技术推广应用正从单项应用向集成化、综合化、网络化应用发展，向节能、降耗、减少污染、提高生产效率和产品质量方面发展。我国高速铁路建设技术正处于飞速发展中，而与信息化技术的结合能使高速铁路建设技术得到提升，达到更高的标准、满足更高的要求。在铁路预制构件厂的建设中，采用工厂化生产、标准化作业和信息化管理相结合的手段进行建设。但由于构件类型多、数量大、生产规模大，导致生产组织和管理较为困难，人为因素的影响也使得预制构件质量波动较大，因此借助信息化系统加强管理就显得尤为必要。

结合信息化技术，使施工建设展现在数据管理中：获取信息、传递信息、处理信息、再生信息、利用信息，再将工期计划、施工组织、任务衔接、现场管理等与信息化管理合理统筹，通过信息管理系统把工程管理中的施工管理、材料管理、安全质量管理、物流管理等各个环节衔接起来，实现信息交互、资源共享、数据分析和预测判断，从而达到降低管理成本，提高生产效率和质量、增强项目效益的目的。

构件厂信息化系统的建设，是以信息化管理平台为主体，对生产管理、物流管理、材料管理、人员管理、设备管理等系统进行研究，并对智能调度系统和温湿度控制系统进行分析，开展调度运输以及构件养护过程的信息化研究。

1 装配式构件厂的信息化系统

1.1 信息化系统内容

信息化是指利用信息网络作为项目信息交流的载体从而大大加快信息交流速度。信息化可以加快项目管理系统中信息反馈速度和系统反应速度，使项目参与者能够及时查询项目进展情况，从而及时发现问题、作出决策，提高工作效率，减轻项目参与者日常管理工作的负担，进而促进工程建设项目管理水平不断提高。

工程项目信息化系统通常包含：

(1)文档与数据管理信息化：以工程项目的全生命周期为对象，实现信息无纸化，建立存储所有工程信息的数据库和与工程紧密相关的知识库，便于共享和使用。

(2)信息沟通信息化：建立基于互联网的信息管理系统，使项目的参建各方可以进行远程交流，及时解决问题；建立建筑业电子商务网站，设立材料和设备数据库，通过网上询价、招标、订货，降低采购成本和管理成本，提供材料、设备优化选择的新空间。

(3)过程控制信息化：建立实时监控系统，实现远程专家咨询、遥控指挥工程现场；建立科学的预控系统，在工程管理过程中，根据现状、经验进行推算，预测下一步可能出现的问题，使参建各方及时调整计划，避免造成损失。

1.2 信息化系统设计思路

在构件厂信息化系统建设中，采用信息技术构建一个综合数字化平台，通过信息集成化、自动化、智能化和多元化技术应用，综合信息化系统平台实现多专业、多系统的数据采集、信息集成和信息共享，对相关设施设备生产过程安全状态进行自动监测、预控和应急处置，以实现安全生产智能监控与预控、各子系统资源共享以及设备集中管理和维护，最终达到安全生产、节能环保、降低管理及施工成本投入的目的。

局域网与平台之间关联，可以实现系统与各个设备的信息交互和互联互通，实现资源在不同车间及生产线共享和动态调整；信息化系统具有信息化、精细化、人性化、移动化特征，在大数据共享的基础下，可以实现实时监控、运维管理、运储组织、最优组织、移动服务等快速高效调度控制功能。

利用信息化管理平台，实现对生产管理、物流管理、材料管理、人员管理、设备管理等系统的实时控制反馈，及时掌握生产现状与库存物流情况，保障构件及时供应，提高生产效率。智能调度中心通过对生产数据进行分析处理，进行智能化调度控制，利用自动导航小车，进行构件转运工作，智能地实现程序性流程运转，减少人员操作失误，提高构件转运效率。温度、湿度控制系统，可实现对关键节点温度、湿度等与生产密切相关参数的实时监控与自动报警，以确保构件生产现场处于适宜环境。

2 信息化管理平台

2.1 信息化管理平台工作原理

以构件特征表和生产台账为基础，物资材料追溯为主线，实现构件厂生产及内业资料的串联；利用信息化技术及相关软硬件设施，建立调度指挥体系与生产现场间的联动指挥体系，形成数据正确、传递畅通、响应及时的智能指挥体系；引入智能化、自动化生产装备及技术，实现智能化的生产监控、工艺监测、安全预警以及处置响应，实现智能化生产。

2.2 信息化平台管理系统

根据构件厂生产特点，为提高信息化管理程度，更好地衔接生产工序、固定内业资料对接方式，建立信息化系统管理框架，搭载数据采集、传输、汇总、分析、预警等功能，从源头掌握信息，提高过程控制能力，及时把握生产工序质量，建立信息化、智能化的控制体系。

信息化平台管理系统主要由以下部分组成：①生产管理；②物流管理；③材料管理；④人员管理；⑤设备管理；⑥会议管理；⑦基础信息，如图1所示。

图1 信息化平台管理系统功能

2.2.1 生产管理

生产管理主要包括预制构件厂的生产任务、验收管理、养护记录、模板管理和生产作业指导。生产任务通过提前录入构件特征表，根据生产计划发起施工任务，现场技术人员确认生产过程，作业班组接到指令后进行构件生产。同时管理平台上反映构件生产的相应时间，方便后台查阅和检查。构件生产所有工序完成后标注对应的二维码，反映构件的具体生产作业时间，方便管理。验收管理、养护记录模块可以反映出各生产任务的验收日期、养护日期、批次数量、验收结果和养护情况等，实现对各构件产品质量情况的把控。

2.2.2 物流管理

物流管理包括库存管理、出库记录和物流追踪三项功能。能够对各类型构件的产品规格、生产批次、库存位置、库存数量、出库记录以及物流跟踪等信息进行录入分析，实现对构件库存数量以及物流情况的实时监控。

2.2.3 材料管理

材料管理主要包括对材料的基础信息、库存、入库、材料消耗等相关信息的管理。对预制构件生产过程中所需的主材、辅材的基本信息进行录入，涵盖材料名称、规格型号、单位、生产厂家、材料类型、备注等信息。

材料消耗管理可实现对消耗清单预设置和物资预警。消耗清单预设置：消耗清单可根据工序预先设置需要的物资材料名称及数量。实际消耗数量及其它信息通过与设备连接后自动采集生成。物资预警管理能够对所有物资设置库存预警值，待达到预警线后，自动向管理人员发出警报，及时进行物资补充。物资库存管理根据消耗的物资数量，自动计算物资的储存数量。库存表中数据的记录变化由入库提交后和消耗量提交后触发计算。物资追溯根据物资消耗清单生成的数据库中记录，查找某一物资及其规格型号，可追溯到使用该物资的构件号，生成物资反向追溯统计信息。

2.2.4 人员管理

预制构件厂信息化管理平台的人员管理功能包括：人员信息维护、人员培训管理、人员考勤管理、人员定位。

由信息化管理员进行构件厂各级管理人员个人信息的维护，每位管理人员都有对应的岗位和角色，生成对应的二维码；每位管理人员需要在管理平台上进行管理工作，如：现场技术人员，对应完成生产过程中自检、报检等工序，且在管理平台上进行登录、响应、完成任务等，结合手机端APP进行操作和录入。人员培训管理系统可实现人员培训资料、考试试卷的上传，保证所有人员可下载查看培训资料。将考勤系统和人员管理系统进行匹配，通过对人脸进行识别，实现智能化考勤。人员定位系统能对现场人员实现定位管理，并在预制构件厂管理云平台展示人员实时位置信息。

2.2.5 设备管理

设备管理包括对预制构件厂的所有设备、重要部件、易损耗材等的管理。涉及设备的基础信息、种类、库存、状态、维保等，此外还包括与搅拌站系统的信息传输。

机械管理员提前录入设备信息、运转记录接口、设定设备维修保养时间，在互联网上进行接收、处理和分析数据，定期提醒管理人员进行保养维修，采集设备运转记录形成报表，方便后台检查和管理。

2.2.6 会议管理

日常项目管理采用信息化系统，将所有指令和通知转换成信息，实现上传下达的通畅，结合项目部的管理类型，做到标准化管理。

以上述模块数据为代表的信息化系统构建了后台管理基础数据库，管理人员实时上传更新数据，系统自动生成可视化图表并向管理人员发送相应提醒通知，及时进行排查消除，实现科学化及时性管理，提高生产效率。

2.2.7 基础信息

基础信息为构件产品库，能够实现对构件厂生产各类型构件的编号、名称、规格、型号等信息的汇总。

3 智能调度系统

3.1 AGV运输车

AGV运输车应用“智能+远程控制”的新调度系统控制模式，并具备定位、纠偏、防撞、无线通讯、智能调度、智能控制、远程控制等功能，有自动巡航模式和本地遥控模式。

自动巡航模式由导航策略和防撞策略实现沿固定路线自主导航，并具备优先级最高的自主避撞功能。导航采用视觉导航+磁钉导航的方式：

(1)视觉导航: 在沿二维码的线路上，画一定宽度的黄线作为参照线，通过高速CCD摄像头采集图像，经过实时的图像处理，获取小车和参照线的相对位置，可以保证小车始终沿着参照线中心位置行驶，具有较高的精度。

(2)磁钉导航：利用磁钉分布式预埋方法，结合小车的体长和行驶速度等特点，实现定向过程，该方法预埋及维护成本低，安装灵活，在室内及室外均有良好效果，不受外界环境影响，抗干扰能力强。防撞为应对构件厂的复杂环境(没有专用通道，需避让设备、人、叉车、货车等)。在调度系统的交通管制的基础上，在AGV本体上还有激光雷达、声波雷达、防撞触边三重避障措施，见图2。

图2 多重避障

本地遥控模式采用1台遥控器控制多台小车，既节约成本又可灵活作业。遥控模式可以实现小车前进、后退、转向等全部动作，属于辅助操控方式，仅在极端天气或路况不明等特殊情况下使用。

3.2 AGV位置

在AGV运行过程中，实时观察每个任务线路上的AGV小车的编号、任务、具体位置信息，AGV小车每经过一个RFID便签反馈一次实时位置(两个RFID便签区间位置)，具体位置通过小车的行驶速度计算得出，运行场地示意图如图3所示。

图3 AGV运行场地示意

3.3 仓储平面状态

AGV小车会根据系统上仓储状态实时显示情况，自动存放货物，并更新仓储状态。仓储平面图如图4所示。

图4 仓储状态实时显示

3.4 电池电量

对AGV电池电量进行监控，电池电量低于设定值便会发出警报提醒，并对控制台发送信息提醒。最大限度提高AGV的电池寿命和工作效率。

3.5 故障报警

基于对人员设备的安全考虑，AGV在行驶过程中会发出灯光和音乐提醒行人避让，与物体发生碰撞或者发生故障也会发出警报提醒，并对控制台发送信息提醒。

4 温、湿度控制系统

4.1 温、湿度控制系统内容

立体式养护室内部设置自动养护装置，包括控制器开关、温、湿度感应器、蒸养管道、蒸汽发生器。控制器开关对蒸汽发生器进行控制，温度、湿度感应器自动采集立体式养护室内温湿度参数，保障其在设定参数内进行作业。当作业参数异常时，控制器开关根据实际情况下达相应开关信号，蒸汽发生器依据控制器信号控制蒸汽量。蒸养管道布置在每个立体式养护室底部四周，与蒸汽发生器相连，为养护提供蒸汽。利用信息化的智能软件系统的指挥和调度功能，可实现对养护、转运等各项工序实时监控与及时处理，如图5、图6所示，时刻掌握各养护室温、湿度情况，及时依据实际情况进行温、湿度调整，保障构件养护环境。

图5 立体养护室控制软件界面

图6 监控云台界面

4.2 功能设计

(1)养护室内设立立体化多个测量点，实现养护室温度和湿度多点数据实时采集，并将数据直接传输入环境监控云台。

(2)设置标准养护室需控制的温度和湿度上、下限值，根据实时采集的温湿度数据和设定的温、湿度上、下限值进行比较。当温、湿度超过上、下限值时，报警提示并智能控制空调出风口和增湿设备的喷淋口进行温度或湿度补偿，以满足标准养护室的温、湿度控制在要求的范围内。

(3)设定时间周期，能自动记录各采集点的温度、湿度及时间，并将已记录的温度和湿度数据绘制成监测变化曲线，可通过数据历史查询功能进行查看，分析生产情况。

4.3 硬件组成系统

按模块设计，可分为温、湿度测量模块、温度调控模块、湿度调控模块、数据存储及显示模块、通信模块。针对混凝土标准养护室的实验环境特点，主要硬件以低能耗单片机为控制核心，采用防水型高精度数字式温湿度一体传感器，结合智能温、湿度传感器单总线技术、单片机和相关通信协议等，保证长期使用的稳定性和数据通信采集的准确性以及可靠性。

4.4 工作流程

系统可完成温、湿度数据采集、存储、显示、控制以及与系统云端进行通信。温、湿度数据采集通过数字温、湿度传感器来完成，采集数据经系统处理后，对每个采集点通过模块实时显示，如遇超过设置温、湿度上、下限值，智能控制加热与增湿器自动启动和停止，使混凝土标准养护室保持在设定的温、湿度状态。同时不断将采集到的数据上传至计算机及云端，由计算机完成各温、湿度值、日期和时间的存储及绘制数据曲线图和打印，以便管理人员对温、湿度值的变化规律进行统计和分析。

5 结束语

信息化管理平台、智能调度控制系统和温、湿度控制系统的研究与应用，简化了构件质量信息的收集流程，可实现对构件生产全过程产品信息的统计分析，显著提升信息传递的透明度和准确性，达到了构件生产全过程的可视化与反馈控制的目的，为高速铁路装配式构件生产过程的工厂化、智能化以及信息化提供了保障。

在未来铁路建设中，信息化建设将起到越来越重要的作用，信息化带动传统产业的改造和升级已迫在眉睫，信息化建设必将成为行业内企业竞相追逐的目标。信息化建设的应用和革新将以数字化、柔性化、敏捷化、稳定化为基本特征，不断加强信息技术与现代管理技术相结合，完善架构体系建设，改善应用的模式和规模，将无人化作业、智能化管理、信息可视化、操作极简化、追溯流程化等功能逐步完善，提高现场管理效率、作业衔接能力，降低企业生产成本和管理成本，达到提质增效的目标。