公路工程预制梁场生产信息化平台的设计与实现

　　

　　摘要：本文以莞番十一标预制梁场为例，从其生产过程的实际需求出发，设计并实现了公路工程预制梁场生产信息化平台，汇聚了现有多个子系统的数据，实现了生产数据的综合呈现，并创新性引入视频AI分析等前沿技术，提高了预制梁场生产信息化水平。

　　

　　

　　随着我们经济的迅猛发展和城市化建设进程的快速推进，交通运输行业也得到了快速发展。其中，公路作为传统的交通运输基础设施，公路总里程和公路密度也在不断增加。根据国家交通运输部发布的《2020年交通运输行业发展统计公报》，截至2020年年底，公路总里程519.81万公里，公路密度54.15公里/百平方公里[1]。目前，我国公路工程的路桥普遍采用预制梁，与传统的现浇法相比，采用预制梁具有诸多优势，主要体现在：场内预制，质量控制容易；施工过程对既有交通和环境影响小；节省大量的模板和支架，缩短工期，节约施工成本。因此，预制梁生产过程的重要性更为凸显，一定程度上可能直接影响整个公路工程的质量和进度。信息化技术在预制梁场的创新应用已经有了一些践，并取得了很好的效果，比较典型的有：预应力自动张拉系统、静载试验自动控制系统、自动喷淋养护系统、太阳能智慧照明信息系统、基于BIM的预制梁信息管理平台、基于二维码的预制梁生产信息采集与质量监控方案、基于百度地图的预制梁施工位置管理方案、预制箱梁施工BIDE流程化技术体系等[2-6]。

　　

　　但这些应用基本上聚焦于某个特定生产环节，或利用某种技术解决特定的生产问题，管理者需要借助多个系统来了解生产情况，不能从预制梁场自身的角度全方位获取整个生产过程的数据和信息。当多个信息化子系统存在且数据无法共享时，项目就会存在“数据孤岛”[7]现象，不仅效率低，还会增加管理和维护成本，对后续生产数据的统一管理和追溯带来了不便。

　　

　　市面上已经有一些成熟的管理系统，如制造执行（ManufacturingExecutionSystem,MES)[8]、企业资源计划系统（EnterpriseResourcePlanning，ERP）[9]等，这些系统虽然功能非常强大，但预制梁场的生产过程有其特殊性和专业性，通用的管理系统不能完全符合预制梁场的生产管理过程。本研究基于Delphi、IntelliJIDEA、AndroidSDK及Oracle数据库等工具，以莞番11标预制梁场生产管理的实际需求为基础，设计并实现了公路工程预制梁场生产信息化平台。
 

　　
 

　　

　　1.预制梁场概况

　　

　　莞番十一标预制梁场位于广东省东莞市桥头镇莞番高速桥头西互通K6+600左侧位置，占地面积93亩，2020年3月开始投产。该预制场主要负责K0+000~K15+795.000范围内预应力小箱梁制作，共5103片。据现场施工需要，预制场内规划有钢筋加工场、钢筋胎架制作区、制梁区、存梁区、拌合站和工地试验室。其中设有：钢筋加工场2个，制梁台座100个。预制场内设置了3条生产线，生产线1区安装4台10T和2台80T龙门吊，生产线2区安装4台10T和2台80T龙门吊，生产线3区安装2台10T和2台100T龙门吊。生产期间，投入20m箱梁模板共2套，其中1套中梁模板，1套边梁模板，25m箱梁模板共10套，其中8套中梁，2套边梁模板，30m箱梁模板共2套，其中1套中梁，1套边梁模板，40m箱梁模板共2套，其中1套中梁，1套边梁模板。达到12片/天的生产能力。

　　

　　2.项目需求分析

　　

　　公路工程预制梁场生产信息化平台在预制梁生产过程中具有重要作用，为预制梁场管理人员和生产过程的从业人员提供了方便、高效的管理平台，对生产过程、质量安全、文明施工等环节起到很好的监管作用，促进管理效率的提升。从宏观和微观两个层面对需求进行分析。

　　

　　2.1宏观层面。莞番十一标预制梁场服务的城市公路路桥工程有26个，预制梁又分为8种类型，分别是20m预制小箱梁中梁、20m预制小箱梁边梁、25m预制小箱梁中梁、25m预制小箱梁边梁、30m预制小箱梁中梁、30m预制小箱梁边梁、40m预制小箱梁中梁、40m预制小箱梁边梁。预制梁类型多，工序繁杂，如果依靠传统人工监管的方式或仅依靠多个且分散的信息化子系统，不仅耗时耗力，而且还会造成数据管理的复杂度和难度，难以保障施工质量和工程进度。因此，搭建预制梁场生产信息化平台，将所有的预制梁的生产过程纳入统一管理和监控，既可以全面了解整个预制梁场的生产情况，又可以缩短工期，加快工程进度。

　　

　　2.2微观层面。①生产计划和生产管理：信息化平台可下达生产计划，并对生产进度和生产工序进行全过程跟踪和检查，实时呈现预制梁的生产进度情况、台座状态，根据生产进度计算产值。②质量管理：采集检验与试验的数据，对异常情况发出告警。③安全管理：统一管理各种生产设备的检修计划和检查维护保养情况，管理安全例会的组织情况和各项安全检查记录。④班组管理：管理班组人员的排班和考勤情况，并记录违规作业情况。⑤文明施工：通视频AI分析现场施工人员是否正确佩戴安全帽、施工区域有无意外闯入等情况，保障文明施工。

　　

　　

　　1.软件架构设计

　　

　　分层模式是软件架构设计中最常见的一种结构，每一层都有其特定的角色和职能，为了实现某种特定的业务请求，是具体工作的高度抽象，层与层之间通过接口通信，体现了“高内聚，低耦合”的软件设计思想。公路工程预制梁场生产信息化平台的软件架构设计采用分层模式，自上而下分别为：表示层（UI）、业务逻辑层（BLL）、数据访问（DAL），如图1所示。表示层位于软件架构的最上层，即用户界面，负责视觉显示和人机互动。通过一些前端显示开发技术，在PC桌面、浏览器、APP进行页面呈现。业务逻辑层位于表示层和数据访问层之间，具有承上启下的作用。

　　

　　业务逻辑层负责将用户在表示层发出的请求通过业务逻辑处理接口建立通信连接，经过业务逻辑处理之后再通过数据访问层与数据库进行数据交互。数据访问层位于软件架构的最底层，主要负责系统软件与数据库的交互，实现数据的新增、删除、修改、查询等功能。同时，通过外部数据接口与外部应用系统实现数据对接，如预应力自动张拉数据、自动喷淋养护数据、各种试验数据等。

　　

　　2.平台功能模块设计

　　

　　公路工程预制梁场生产信息化平台分为三个部分，分别是预制梁场生产协调系统、预制场生产指挥中心Web系统、预制梁场生产协调APP。预制梁场生产协调C/S（Client/Server)结构，侧重于预制梁生产过程的管理和监控。主要包括生产计划、生产管理、质量管理、安全管理、班组管理、视频管理、路况显示、三维BIM、统计分析、基础信息、后台管理这11个模块，功能拓扑结构如图2所示。预制梁场生产指挥中心WeB/S（Browser/Server)

　　

　　结构，以大屏的形式呈现，为预制梁场管理人员提供“驾驶舱”可视化综合视图，可全方位了解预制梁场的生产情况。主要包括生产管理、质安管理、智能监测、拌合站、形象进度、台座状态、设备动态这7个模块，功能拓扑结构预制梁场生产协调APP主要包括生产管理、生产看板、个人中心这3个模块。其中生产管理是重点，又细分为生产任务、工序扫码、工序检查、现场问题、移梁、安装、成品检查、消息提醒、梁信息、梁报废、梁孔信息、台座状态这12个功能点。