高速铁路预制梁场智能化技术应用研究

摘 要：近年来，高速铁路工程行业通过工业化改革、产业化转型，建立了内容完整、流程标准的项目生产建设产业链条。随着对装配式工艺、新材料、新技术、新工艺的持续应用，较好的提升了预制梁场的生产制造水平与生产管理效率。本文选取高速铁路预制梁场智能化技术应用研究作为题目，概述了高速铁路预制梁场的建设要求，介绍了智能化技术，剖析了在智能化技术应用中功能应用不齐全、技术协同应用相对不足的问题。并以此为基础，分别从系统性应用、專项化管理方案应用两个层面提出了几点有利于提高其应用效用的措施。

关键词：高速铁路;预制梁场;智能化技术;应用研究

中图分类号：U216                                     文献标识码：A                                   文章编号：2096-6903（2022）07-0010-03

0 引言

传统时期高速铁路预制梁生产制造精度较低、误差较大，不仅影响了后续的施工效率，也会导致潜在风险的发生。进入新时代后，通过引入工业设计思想与产业链思维，一方面加大了预制梁场预制梁的研发、设计环节的资源配置率，另一方面我国从2018年开始在高速铁路工程中扩大了对信息技术的配置比例，促进了智能化技术在高速铁路预制梁场的应用，由此，创建了以预制梁“研发设计→物料采购→预制生产→安装施工→试运行→维保”等为基本环节的生产建设产业链条。下面先对高速铁路预制梁场的建设要求做出说明。

1 高速铁路预制梁场的建设要求概述

首先，要求处理好预制梁场项目与总项目的关系。现代高速铁路工程包括总项目、分部项目、子项目，预制梁场只是项目产品生产建设中的分部项目，包括施工现场设施、临时工程、临时设施。由于此类项目以设计施工一体化模式进行实践，因而增强了预制梁场的预制梁项目，与其他分部项目的关系。例如，从总项目与预制梁场分部项目的关系看，预制梁场生产制造效率的高低、产品质量的好坏，直接影响着总项目的工期与成本投入。

其次，要求提高预制梁场的建设水平。现代高速铁路工程中的分工程度日益加深，对预制梁场项目施工质量提出了新要求。例如，在预制梁场选址时，需要应充分考虑高速铁路工程施工进度，并在地理分布、运输条件等方面开展综合评估，以此保障预制梁产品运输线路分布的合理性等。实践经验表明，选择线性分布路线，有利于促进预制梁生产制造、运输的连续性[1]。

最后，要求做好预制梁场的后续处理工作。预制梁场占地面积大、资源配置多，随着环境工程管理需求的增加，既需要考虑到后续对预制梁场的有效利用，如将其作设计为车站、货物仓储中心等，也应该充分考虑到对预制梁场建设、使用后的设施设备的拆除工作、回收工作，以及对于生产建设剩余垃圾的填埋处理等。

2 高速铁路预制梁场常用的智能化技术

2.1 自动化办公系统技术

从2018年开始实施“互联网+”改革以来，高速铁路工程中的预制梁场更新了自动化办公系统，在内部实现了纸质办公、自动化办公相结合的办公模式。实践经验表明，对自动化办公系统的应用，有利于提高生产部门、管理部门、技术部门、施工部门的办公效率。例如，预制梁场与高速铁路建设现场之间可以通过自动化办公系统，快速的完成信息交互，减少因信息传输速度慢而造成的风险及损失。

2.2 信息管理系统技术

在更新自动化办公系统的同时，几乎所有的高速铁路预制梁场，都建立了信息管理系统。一方面通过实现了预制梁生产制造各环节的信息采集、传输、存储、利用。另一方面结合信息管理思路，可以利用全要素分析方法，对预制梁场的生产管理要素进行分析并制作要素清单。同时，能够对照要素清单进一步检验生产管理中的技术指标是否全面，并在要素与指标方面建立起一种对应关系。

2.2 数据库技术

虽然信息化管理思维及系统的应用，帮助高速铁路预制梁场较好的达到了信息化管理目标。可是，由于生产管理要素、管理指标之间的对应关系只停留于信息存储阶段，对其利用效率相对较低[2]。因此，在“互联网+”改革的深化时期，多数高速铁路预制梁场结合实际工作需求，引入了应用频率高、技术比较成熟、操作相对简便的SQL数据库技术，建立了生产管理要素库、指标库，并将两大数据库与其它分部项目中的数据库进行了通讯关联，有效的提高了信息管理水平。

2.3 大数据技术

现阶段，高速铁路预制梁场生产建设中加快了数据库建设。同时，在区分信息化管理、数据化管理的基础上，开发了预制梁场生产管理要素、指标、信息的数据共性特征。为大数据技术的应用奠定了必要条件。从目前实践经验看，部分施工单位已经引入大数据技术，搭建了具有统一标准的数据信息管理平台，实现了预制梁场信息化管理向数据化管理的转型升级目标。实践过程中，以“线上+线下”混合管理模式为准，建立了以“数据采集→数据清洗→数据传输→数据存储→数据抽取→数据分析→生成数据报表→应用数据报表”为主要流程的大数据管理体系，较好的满足了当前预制梁场的智能化管理需求[3]。

2.4 BIM技术

虽然现代高速铁路预制梁场根据自身的需求，应用了不同的智能化技术，起到较好的应用效果，但是在综合化应用方面仍然以BIM技术为主。具体而言，在EPC总承包模式下，设计与施工的一体化实践中，建设企业可以借助BIM技术搭建BIM信息管理平台，并借助3DRevit软件、4DNavisworks软件等，完成预制梁产品的深化设计、施工可视化模拟、碰撞检查，以及在此基础上制定相应的解决方案等。另外，高速铁路工程分段同步施工特点十分鲜明，在预制梁场项目与分段施工项目中，可以借助BIM信息管理平台，将建设单位（业主）、设计单位、施工单位、供应商统一纳入到应该平台的用户层。一方面，使参建各方在同一个信息管理平台上开展信息交互，保障预制梁场的预制梁生产满足分段施工时的构件同步使用需求。另一方面，将大数据技术与BIM技术进行联合应用后，可以满足分段施工时的多项目管理需求[4]。

2.5 其他智能化技术

除以上常用的几项智能化技术之外，目前针对预制梁场产品生产制造中的实际需求，建设企业通过与第三方技术服务机构之间的市场化合作，已经研发了针对养护环节的智能化养护系统、智能化钢筋加工机械设备系统、智能化张拉设备系统等。以智能化养护为例，不仅能够解决混凝土简支梁养护中，人工洒水、喷淋设施、喷涂养护效率低与资源耗费较多的问题，而且对于冬季养护中养护效果不理想的情况，具有明显的改善作用。其主要是将PC端、智能客户端（如智能手机APP、手持PAD设备等）、现场操作箱进行通讯关联，利用多元化管理思路，在统一的智能化养护系统中，通过界面管理对其开展智能化养护管理操作。其中的配套措施包括了养护测点的布设、可折叠式移动养护棚的配置、供气或供水系统的设置，以及养护工艺流程的标准化设计。从实践经验看，预制梁场的智能化养护工艺流程主要由养护方案设计—参数预设—系统运转—预制梁产品养护等组成。

3 高速铁路预制梁场中的智能化技术应用问题

3.1 智能化技术的功能应用不齐全

在高速铁路预制梁场现用的智能化技术中，虽然数量有所增多，但是对于不同的智能化技术自带的功能研究不够，导致了在功能应用方面捉襟见肘、差强人意的现象。

例如，在信息化管理（如自动化办公系统、信息管理系统）、数据化管理（如数据库技术、大数据技术、云计算技术）的应用方面，未能区分两种管理系统的本质性差异。在前一种智能化技术应用中，对于Office软件、ERP软件等，只进行一般性应用，没有深入一步挖掘其中的信息计算功能，尤其对Excel中的数据、图表计算与制作功能开发不足。在后一种智能化技术应用中，没有挖掘数据共性条件下，对预制梁场生产管理要素、生产管理指标、生产管理信息的数据分析、数据处理功能。再如，对于BIM技术的应用中，只将重点集中在深化设计、施工模拟方面，缺乏对基于BIM技术的数据管理平台开发，因而也没有使参与高速铁路工程建设的各个组织机构实现信息交互与数据共享。既不利于系统性管理工作的开展，也没有使专项化管理在同一个管理平台上，以协同合作的方式增强执行效果、提高实践效果。

3.2 智能化技术协同应用相对不足

高速铁路预制梁场智能化技术的应用核心集中在“自动化管理”“智能化管理”“智慧化管理”功能上，为了有效的实现此类功能，需要对智能化技术背后的互联网思维、数字化思维做深入一步的研讨及利用。例如，自动化办公、信息化管理、数据化管理、基于BIM技术的全面管理等，均需要清晰的突出不同智能化中的“万物互联”“信息交互”“数据共享”特征。只有在这种前提条件充分明确的情况下，才能够进一步借助思维方式的改变，挖掘独立的智能化技术内部各项功能之间的关联性，与不同智能化技术之间的功能交互性。

例如，在当前BIM技术应用过程中，设计单位主要应用Revit软件进行预制梁建模，同时应用连接设计、拆分设计、协同设计优化设计方案。建设单位主要是将CAD施工图，导入到Revit软件建立施工模型，再将其导入Navisworks软件进行施工推演。与之相比，施工单位在使用该技术时，除了通过三维模型、四维模型审核图纸、开展施工场地模拟外，并没有对其功能做进一步开发，利用Navisworks软件关联的Project软件制作进度计划表，通常也会忽略碰撞检查功能，在各类构件安装施工时的应用等[5]。

4 高速铁路预制梁场智能化技术应用对策

4.1 系统性应用

首先，建议在高速铁路预制梁场中，以实际的高速铁路工程总项目、预制梁场分部项目为对象，明确产业链思维在总项目、分部项目中的应用思路，进而按照“大系统+小系统”的基本模式，在总项目生产建设产业链条下，构建预制梁场预制梁产品生产制造产业链条。

其次，应该根据预制梁产品的研发、设计、采购、生产加工、运输为基本环节，对应的选择智能化技术。以当前的实践经验看，应该在信息化管理基础上，先借助SQL数据库技术建立预制梁生产管理要素库、指标库。然后，引入大数据技术建立以“终端数据采集—上传—存储—抽取—分析—生成分析报告—利用分析报告调整生产管理方案”为主的数据化管理体系。或者，直接以BIM技術为准，搭建预制梁场信息管理平台，借助3DRevit软件中的建模功能、“族库”设置功能，与4DNavisworks模拟功能、碰撞检查功能等，完成数据化管理。

4.2 专项化管理方案应用

在高速铁路预制梁场智能化技术应用中，建立系统性应用方案后，需要进一步按照信息交互、数据共享的基本条件，设置专项化管理方案，确保预制梁场的产品生产制造、生产管理能够实现智能化管理目标。

4.2.1以预制梁生产制造中的应用为例

在预制梁产品的生产制造中，需要根据不同的环节，设计智能化程度较高的子系统。例如，预制简支梁中的钢筋加工环节中，加工钢筋构件的数量相对较大，采用人机结合方式，费时费力，此时就可以借助BIM技术，通过信息管理平台设置操作界面，从而将钢筋加工机械设备与信息管理系统关联起来，针对不同的加工型号开展智能化加工操作。再如，应用智能钢筋弯箍机时，可以应用设置PLC编程逻辑控制器的方法，将设备CNC数控系统、伺服电机驱动器等进行关联，对钢筋的调直—定尺—弯曲—切断等实施一体化自动控制，提高其应用水平。

4.2.2以预制梁生产管理中的应用为例

目前，在高速铁路工程中，施工单位十分重视预制梁场预制梁的生产制造。但是，在预制梁生产管理方面，普遍存在管理效率低与效果差的情况。从原因看，主要是对预制梁生产管理工作重视程度不够，专项化管理方案应用不足。从部分施工单位的成功经验看，在当前应该的预制梁生产管理中，主要是通过项目经理负责制度引领，采用建立预制梁生产管理小组的办法，清楚划分各项任务后实施专项管理与协同管理。

具体而言，专项管理小组对编制好的专项化管理方案应用时，一方面需要将独立的专项管理方案贯彻到预制梁生产制造全过程，另一方面需要保障不同方案之间协同应用。从前一个方面看，通常是把RFID技术自动收集相关管理数据传输到预制梁场数据管理中心，通过对此类数据的分析与处理生成数据报表，并加以利用。从后一方面看，一般是依托数据管理平台、BIM信息管理平台、生产管理系统，在确保各管理小组之间信息交互、数据共享充分实现的条件下，开展协同管理工作。需要说明的是，在生产管理方面的智能化技术应用，需要与智能设备管理系统、智能养护管理系统等进行数据关联，才能有效扩增协同效应。

5结语

总之，预制梁场是高速铁路工程生产建设中的重要组成部分，其生产制造能力、生产管理水平，直接影响着工程进度与质量，以及投入成本。因此，一方面需要在预制梁场中增强对智能化技术的研究，提高选择适用性技术的能力，另一方面则应该借助应用数量、应用功能方面的开发与挖掘，推动对智能化技术的系统性应用与专业化应用。建议在系统性应用层面加强智能化技术应用方案的研发设计，在专项化应用层面尽可能以预制梁的生产制造环节、生产管理要素为准，开展针对设计施工全过程的指标化管理。进而，通过智能化技术要素的配置，在整体上提高高速铁路工程生产建设中的全要素生产率，为国民经济的健康发展添砖加瓦。

参考文献

[1] 禚一.铁路预应力混凝土梁智能张拉系统BPS研究[J].高速铁路技术，2018，9（3）：1-7.

[2] 王正国.高速铁路客运专线预制梁场施工问题及其策略[J].智能城市，2019，5（23）：164-165.

[3] 于子奇.淺谈高速铁路预制梁场施工技术管理[J].信息周刊， 2019，16（11）：72-73.

[4] 郭健.基于BIM技术的高速铁路制存梁场设计及工程应用研究[J].铁道勘测与设计，2021，2（4）：88-91.

[5] 梁新华，林国辉.铁路绿色梁场建设及自动化设备信息化管理配套技术研究[J].工程建设与设计，2020，17（8）：258-259.

收稿日期：2022-02-14

作者简介：张志清（1980—），男，黑龙江哈尔滨人，本科，高级工程师，主要研究方向：路基与桥梁工程。