安志剛 朱曉偉 雷大臣

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司 北京 102600）

1 引言

隨著我國高速鐵路40 m簡支箱梁的使用，我國首臺千噸級運架一體機“昆侖號架橋機”也在福廈鐵路投入使用。信息化技術(shù)的應(yīng)用，可以顯著提高大型起重機械設(shè)備在運營過程中的科學(xué)管理水平，在節(jié)省成本的同時，通過對設(shè)備的長期信息化管理，可以有效保障設(shè)備的運營安全。在國外，日本安川公司運用了無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)開發(fā)出了起重設(shè)備安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，系統(tǒng)關(guān)聯(lián)了設(shè)備作業(yè)與企業(yè)的安全管理，提升了企業(yè)對起重機生產(chǎn)作業(yè)的自動化和科學(xué)管理水平；日本住友公司為運用了高速路由交換技術(shù)，也開發(fā)了起重設(shè)備安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對其分布于世界各地的起重設(shè)備的在線狀態(tài)監(jiān)測；德國LIEBHERR起重機械制造公司、法國POTAIN公司、意大利SIMMA公司等外國企業(yè)，以及國內(nèi)的北京驛唐科技公司、湖北宜昌微特電子、鄭州愷德爾等企業(yè)，先后通過先進(jìn)傳感器、通信技術(shù)的應(yīng)用以及歷史數(shù)據(jù)庫等系統(tǒng)功能的完善，不斷優(yōu)化了起重設(shè)備的信息化安全管理系統(tǒng)［1-3］。本文在既有研究的基礎(chǔ)之上，研究設(shè)計昆侖號架橋機信息化系統(tǒng)，通過對運架施工信息、架橋機安全監(jiān)控信息的管理，填補了高速鐵路簡支箱梁運架過程中信息化技術(shù)應(yīng)用的空白，實時掌握簡支箱梁運架施工及運架設(shè)備的施工狀態(tài)，達(dá)到高速鐵路簡支箱梁運架的精細(xì)化管理的同時，實現(xiàn)運架設(shè)備狀態(tài)的全壽命周期管理。

2 系統(tǒng)功能需求分析

高速鐵路40 m簡支箱梁昆侖號架橋機信息化系統(tǒng)，包含了對運架施工信息以及架橋機設(shè)備本身安全監(jiān)控信息的管理。在運架施工信息管理方面，其涉及到各級建設(shè)單位及施工單位。各級建設(shè)單位其重點關(guān)注信息主要包括施工過程規(guī)范管理及施工質(zhì)量安全信息。具體到本項目中，應(yīng)包括以下內(nèi)容：工程基本信息、人員管理、設(shè)備管理、工程進(jìn)度、運架過程安全質(zhì)量等信息；施工單位重點關(guān)注設(shè)備管理使用的規(guī)范性、架橋進(jìn)度信息、架橋的質(zhì)量信息、安全預(yù)警信息等，同時要配合提供工管中心及建設(shè)單位所需要的信息；設(shè)備本身安全監(jiān)控信息的管理主要涉及現(xiàn)場操作人員，以及設(shè)備廠家?，F(xiàn)場操作層重點關(guān)注設(shè)備運架過程中的安全狀態(tài)，需要通過車載終端查看設(shè)備狀態(tài)和設(shè)備視頻監(jiān)控，輔助設(shè)備操作人員進(jìn)行安全操作；設(shè)備廠家面向所有其設(shè)計的運架設(shè)備，關(guān)注長期的安全狀態(tài)，提供維護信息，實現(xiàn)遠(yuǎn)程故障診斷，對設(shè)備進(jìn)行全壽命周期監(jiān)控。

3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計思路

系統(tǒng)對運架梁設(shè)備及運架過程的各類信息進(jìn)行統(tǒng)籌匯總管理［4-6］，使用各類先進(jìn)的傳感器，并采用無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，監(jiān)測設(shè)備關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實時變化以達(dá)到安全監(jiān)控的目的，當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時需要及時預(yù)警并通知相關(guān)人員采取措施。

系統(tǒng)總體框架及拓?fù)鋱D［7-8］如圖1～圖2所示，其工作原理是通過工程信息的管理建立設(shè)備信息管理的總體管理關(guān)系框架，針對每臺設(shè)備利用機載工控機將各類傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理后，通過無線4G信號發(fā)送至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器，并存儲至數(shù)據(jù)庫中，各級用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)查看。設(shè)備用戶可以隨時隨地了解現(xiàn)場的工作信息，廠家也可以方便地掌握設(shè)備的實時狀態(tài)和歷史狀態(tài)，能及時得到故障信息的同時，還可以通過設(shè)備監(jiān)測的歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，預(yù)測設(shè)備的歷史壽命。

圖1 系統(tǒng)框架

圖2 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

3.2 功能模塊設(shè)計

綜合考慮根據(jù)各級用戶信息管理需求以及運架設(shè)備本身運架過程關(guān)鍵工況安全操作需求，本套信息化管理系統(tǒng)設(shè)計的核心功能包含五個管理功能模塊［9-10］，涵蓋了工程管理中“人、機、料、法、環(huán)”五個要素的全部內(nèi)容及輔助信息。設(shè)計目的首先要滿足國鐵集團工管中心及各級建設(shè)單位的工程管理要求，同時服務(wù)于現(xiàn)場的作業(yè)操作管理以及設(shè)備廠家長期的設(shè)備維護服務(wù)。系統(tǒng)核心功能體系見圖3。

圖3 信息化管理系統(tǒng)核心功能體系示意

3.2.1 工程信息管理功能

工程信息管理功能［11］中包含了線路標(biāo)段、梁場信息、梁片信息、工程進(jìn)度、施工人員工程信息。由工程技術(shù)人員在架梁工程開始前及過程中錄入工程基本信息，所錄入信息可由相關(guān)權(quán)限的人閱覽、編輯、刪除。其中線路標(biāo)段信息除了對線路標(biāo)段具體信息進(jìn)行管理外，主要對鐵路建設(shè)各級單位層級關(guān)系劃分進(jìn)行管理；梁場信息主要對架梁相關(guān)的梁場位置進(jìn)行管理；梁片信息包含了架梁工程所有梁片的編號、橋墩編號、橋墩里程、墊石坐標(biāo)等信息；工程進(jìn)度功能中，施工技術(shù)人員可以根據(jù)施工具體進(jìn)度進(jìn)行工程進(jìn)度更新；施工人員功能對架梁施工所有人員信息統(tǒng)計編輯，信息包含了人員身份信息、聯(lián)系方式、證書情況等。

3.2.2 設(shè)備信息管理功能

設(shè)備信息管理功能包括設(shè)備基本信息管理、設(shè)備巡檢、全生命周期管理等方面。設(shè)備基本信息管理對架橋機設(shè)備和架橋機的所有主要配件信息在架梁工程開始前錄入系統(tǒng)，并具備后期編輯更新的功能；設(shè)備巡檢功能是根據(jù)架橋機的使用和維養(yǎng)手冊，生成設(shè)備運行參數(shù)自檢以及維修保養(yǎng)計劃，后臺程序?qū)鞲性O(shè)備回傳的參數(shù)和設(shè)備維護記錄分析，當(dāng)未按計劃檢查保養(yǎng)、運行參數(shù)異常時自動預(yù)警通知相關(guān)人員；全生命周期管理功能中對架橋機從購置、安裝調(diào)試、投入使用，全生命周期的信息進(jìn)行記錄，并根據(jù)維修記錄、運行時間、架梁次數(shù)、安裝拆卸轉(zhuǎn)場次數(shù)、出廠年限等參數(shù)綜合判定設(shè)備使用壽命及維保時間。

3.2.3 實時監(jiān)控

通電之后，架橋機的各類監(jiān)測傳感器啟動，開啟吊點力、支腿力、走行計程、水平垂直度、視頻監(jiān)控、位置信息、梁體受力、環(huán)境參數(shù)等監(jiān)測，同時記錄各設(shè)備通過的架梁孔數(shù)、運架進(jìn)度，監(jiān)測數(shù)據(jù)實時發(fā)送至后臺并存儲進(jìn)數(shù)據(jù)庫，APP和PC端可根據(jù)不同數(shù)據(jù)類型顯示不同數(shù)據(jù)圖表樣式。

3.2.4 統(tǒng)計中心

統(tǒng)計中心功能包括歷史數(shù)據(jù)查詢以及歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能。歷史數(shù)據(jù)查詢功能可以實現(xiàn)對指定設(shè)備任意時間段歷史運行數(shù)據(jù)的查看以及下載功能；歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能以時間或者每一孔架梁工況為參考軸，對設(shè)備的歷史運行參數(shù)變化進(jìn)行統(tǒng)計分析，統(tǒng)計分析結(jié)果可以為設(shè)備長期運行狀態(tài)評估提供依據(jù)。

3.2.5 預(yù)警管理

在設(shè)備實時監(jiān)控以及統(tǒng)計中心歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能中，對每個監(jiān)控參數(shù)進(jìn)行預(yù)警閾值設(shè)置，當(dāng)監(jiān)控數(shù)據(jù)超出預(yù)警閾值時進(jìn)行預(yù)警，并通過郵件或者短信形式通知相關(guān)人員。

4 系統(tǒng)測試

本系統(tǒng)在昆侖號架橋機上進(jìn)行了試用測試，圖4為吊點力起重限制器，圖5為數(shù)據(jù)串口服務(wù)器及4G路由器，通過現(xiàn)場測試系統(tǒng)各個設(shè)備工作正常。

圖4 吊點力起重限制器照片

圖5 數(shù)據(jù)串口服務(wù)器及4G路由器照片

圖6為架梁過程中架橋機的實時監(jiān)控界面［12］，反映了架橋機架梁作業(yè)過程中的吊點力及架橋機傾斜度等關(guān)鍵參數(shù)的實時情況。

圖6 信息化系統(tǒng)實時監(jiān)控界面

圖7給出了架梁作業(yè)后，架梁作業(yè)吊點力的歷史數(shù)據(jù)查詢情況，圖中展現(xiàn)了在一孔梁架設(shè)全過程中，其中一個吊點力的變化情況。

通過現(xiàn)場測試，驗證了系統(tǒng)設(shè)計的實用性和有效性。

5 結(jié)束語

（1）對高速鐵路40 m簡支箱梁昆侖號架橋機信息化系統(tǒng)功能需求進(jìn)行了分析，提出了滿足各級建設(shè)單位的工程管理要求，同時服務(wù)于現(xiàn)場的作業(yè)操作管理以及設(shè)備廠家長期的設(shè)備維護服務(wù)的信息化系統(tǒng)功能要求。

（2）確定了信息化系統(tǒng)設(shè)計方案，并對信息化系統(tǒng)軟件進(jìn)行搭建。

（3）實現(xiàn)了信息化系統(tǒng)，并進(jìn)行了現(xiàn)場試用測試，驗證了系統(tǒng)的實用性、有效性和穩(wěn)定性。