基于數字化的鐵路智慧梁場建設與應用分析

中圖分類號：U215.7 文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.WCcst.2025.04.058

文章編號：1673-4874（2025）04-0209-03

0 引言

預制梁場是鐵路橋梁工程預制生產場地，其高效生產有助于推動鐵路工程建設項目的進度，實現高質量建設。預制梁場生產效率及制梁質量很大程度上決定了工程的建設速度和修建質量，而傳統預制梁場具有人工勞動強度大、生產效率及管理效率低、精細化不嚴格等問題，傳統人工管理模式很難兼顧全局，因此對傳統生產方式和管理的升級改進是十分有意義的。

隨著信息和科技進步，工程對質量和安全的要求進一步提升，數字智能化在工程建設中越來越普遍，引入AI人工智能、物聯網等前沿技術是實現智慧梁場建設中的重要環節，一般以大數據、云計算為支撐，加上BIM可視化技術及信息化管控平臺[1-2]，對梁場生產全流程進行全方位管理，有效提高管理效率和生產質量，并節約施工成本。目前預制梁場的“智慧化\"技術在高速公路、改擴建工程、山區公路等工程中得到應用[3-7，但在鐵路橋梁工程中應用較少，并且在基于智慧平臺的管理模式、智慧梁場涉及的主要設備及主要的生產線總結還不足。針對上述問題，根據預制梁生產工藝特點和實際需求，打造一套基于數字化的智能生產線系統，以數據驅動生產和管理，實現各生產要素互聯互通，打破信息孤島，利用大數據、人工智能等技術對數據進行深度挖掘分析，為生產、管理、運維提供智能決策支持。本文對基于數字化鐵路智慧梁場中的智控中心、主要設備及生產線進行分析和介紹，并將其應用于實際工程，旨在為類似工程提供參考。

1基于數字化的鐵路智慧梁場建設

1.1智慧梁場智控中心

智控中心是數字化智慧梁場的“大腦”，負責對梁場生產、管理、運維等各個環節進行集中監控、指揮調度和決策支持，是數字化梁場實現智能化、高效化運行的核心。其搭載的智能生產管理系統利用BIM、物聯網等信息化技術，以“身份管理 + 數據驅動\"的理念，搭建項目級的數智平臺，通過系統分層架構，全面感知梁場各施工環節信息，實現各子信息系統間的信息共享和協同運作，實現梁場作業互聯協同、輔助決策、智能生產、科學監管等功能，對預制件進行全壽命周期管理。

1.1.1人員及機械管理

人員管理方面通過安裝AI無感考勤系統，并利用AI攝像頭現場監控，實現工人上下班自動打卡考勤。機械設備管理方面通過模塊化管控發揮機械最大化作用，同時統一分析設備利用率、統一進行使用結算，實現設備實時控制。平臺可對智能化設備進行遠程控制，當設備發生故障時可緊急停機，實現無人化操作、安全化生產，提高施工生產效率。

1.1.2生產過程管理

利用BIM技術采用智慧管理整體解決方案，集成生產數據，實現信息共享和實時更新。通過智能識別相關施工工序流程，實現梁場作業的互聯協同、輔助決策、智能生產和科學監管，保證制梁、存梁和架梁形成流水化作業。主要包括：

1.1.2.1虛擬建造的自動排產

結合實際生產需求，智能排定生產計劃并動態發布，通過智能算法推演箱梁生產過程，實現生產過程可視化跟蹤，使部門協作便捷高效，減少跨工序溝通失誤，縮短工序等待時間。

1.1.2.2 工序參數的Al識別

平臺基于智能算法動態采集生產進度及影像數據實現工序AI識別，主要包括模板安裝、鋼筋制安及吊裝、混凝土澆筑等多個重要工序，采集的數據實時反映在三維數字孿生梁場，實現數據采集智能化、進度管理可控化。

1.1.2.3質量監管的平臺追溯

制定了標準化質量管控流程，通過與智能化設備對接，智能采集張拉、壓漿、攪拌站等質量強相關數據；通過過程質檢、試驗標準化線上流程確保質量及時檢驗，數據快速記錄；過程影響資料云端存儲、快捷查詢，構筑產品質量追溯體系，助力項目質量管理規范化、流程化。

1.1.2.4異構數據的多源采集

基于“虛擬引擎 + GIS\"技術打造生產調度駕駛艙，直觀展示每孔梁的位置及生產、質量等數據，為預制生產、堆場調度、構件出庫提供可視化管理手段，便于管理者快捷下發生產指令。

1.1.2.5物料智能管理

針對傳統人工物料管理的不足，采用智能加工機械及自動綁扎機械與互聯網連接，原材料進場時對原材料進行錄入，鋼筋加工與綁扎過程中自動計算已消耗物料，然后由互聯網自動計算出剩余物料，自動體現原材料及半成品是否足夠，存料不足時自動預警提醒補料。

1.2主要設備智能化升級

針對鐵路預制梁生產建造中的難點，重點對模板、混凝土布料及振搗、預應力張拉壓漿、錨穴鑿毛切割和梁端噴涂等重要工序，研發或升級改造智能化工裝設備，實現生產工藝的自動化、智能化、信息化，提高了生產效率，保障了產品質量，降低了運營成本，提升了安全管理水平。

1.2.1智能液壓模板系統及自動打磨噴涂設備

（1）智能液壓模板系統由大剛度整體模板 + 智能液壓動力控制單元組成，具有模板剛度大、重量輕等特點；同時配備溫度、濕度采集模塊。

（2自行式打磨機器人具備智能路線規劃、自動就位等功能。一鍵式操作即可完成整套模板打磨、噴涂作業，并可同步運用在箱梁側模及內模打磨工序中。

1.2.2混凝土智能布料機及振搗機

（1）通過對傳統的布料機進行改造，增加傳感器，并配置升級電器系統、遙控裝置等，搭載布料路徑規劃與路徑跟隨技術，可自動識別、自動規劃混凝土布料路徑。布料機料斗內部安裝有攪拌軸和無線遙控器。

（2）混凝土智能振搗整平一體機增加智能化振搗功能，并在底部增加混凝土抹平裝置，實現自動均勻振搗、提漿整平、收光等功能。T梁頂板振搗機在混凝土澆筑過程中，自動行駛、自動插入振搗棒。

1.2.3智能張拉及壓漿臺車

（1）預應力鋼絞線編穿一體系統通過梳編板、自動纏繞捆扎裝置和穿束抱瓦分別進行鋼絞線束編、扎絲捆扎和鋼絞線穿束，全流程實現自動化作業。

（2）智能張拉一體化臺車采用裝配式懸臂桁架結構設計，底盤采用電動平車底盤，遙控操作，四輪協同轉向，并在頂部加裝太陽能板循環蓄電。

1.2.4錨穴鑿毛及智能防水噴涂機器人

（1）錨穴鑿毛切割機器人通過信息物聯實現后臺對前場梁端鋼絞線切割和錨穴鑿毛工序的指令操作，機器人可自動互換鑿毛與切割刀頭，實現一機兩用；通過3D掃描對梁體錨穴進行定位識別，智能調整刀頭角度。

（2）梁端智能噴涂機器人通過噴涂機械手臂，實現精準和智能噴涂。

1.2.5智能移動臺座及擺渡車

（1）信息化移動臺座在張拉后可以繼續帶梁縱移，可實現變頻調速、碰撞預警等精準控制功能。

（2）橫移擺渡車采用多輪組跨軌技術，可位置感知、到位停止，實現準確定位，提高生產質量和效率。

1.3生產線數字化改造

針對傳統梁場各生產環節孤立、生產效率低、費效比高等缺點，利用數字化技術對生產線進行全方位、全流程的改造升級，通過智能化、自動化生產線實現高效、精準的梁體生產。

1.3.1智能鋼筋生產線

針對生產過程中勞動強度大、生產效率低、用工多等痛點難點問題，重點對U形鋼筋組拼生產線、縱向通長鋼筋輔助系統等應用進行分析。

1.3.1.1U形鋼筋組拼生產線

針對箱梁大“U”形鋼筋自動化生產與半成品轉運無法自動銜接問題，采用“裝配式”鋼筋組拼生產線，在U形鋼筋彎曲機上加裝翻轉提料系統，將U形鋼筋自動擺放至裝配式拼裝胎具內，拼裝胎具采用AGV小車完成智能運送、精準對位，并分離循環完成下一節段拼裝，減少U形鋼筋吊裝、安放、對位流程，實現U形鋼筋自動生產、裝配式組拼。

1.3.1.2縱向通長鋼筋輔助系統

針對箱梁縱向通長分布，鋼筋轉運難度大的問題，通過桁吊系統，將半成品鋼筋直接吊裝至綁扎工位進行綁扎作業，實現了通長分布鋼筋的前場加工、短距離即時存放、機械化快速運轉。配套研制的鋼筋免拆卸定位組件，一次安裝循環使用，無須頻繁拆卸，實現了分布鋼筋精準定位、鋼筋籠骨架無阻礙提升入模等功能。

1.3.2 環形生產線

環形生產線主要有混凝土運輸、澆筑系統；智能液壓模板系統；信息化附著式振動系統；信息化移動臺座；智能控溫蒸養系統；移動臺座擺渡系統（如圖1所示）。采用流水線循環作業，實現預制梁生產智能化、精細化、集約化、工廠化流水線作業。

圖1環形生產線系統組成示意圖

（1）混凝土運輸、澆筑系統：采用軌道式小車輸送，快速、準時輸送混凝土，布料機可實現智能澆筑。料斗可布置在車間外側，固定位上料，節省放料時間。與布料機聯動控制，自動與布料機對位，實現自動定點布料，從而優化生產效率，提升混凝土澆筑質量。

（2）智能液壓模板系統：借助裝配式流水線生產工藝，采用大剛度整體模板，解決了原工藝中脫模效率低、模板“卡死\"等問題，大大提高了生產效率和梁體質量，充分發揮了工廠流水式生產模式的優勢。

（3）信息化附著式振動系統：通過預訂的程序實現根據混凝土坍落度變化智能自動改變附著式振動頻率和時長，防止出現振搗不到位和過振帶來的質量缺陷。

（4）信息化移動臺座：移動臺座驅動電機采用無線遠程遙控 + 變頻調速技術，電機柔性啟停，避免臺座啟動與停止過程的沖擊造成梁體斷裂、碰撞或傾覆等問題發生，確保梁體移動安全。

（5）智能控溫蒸養系統：配置蒸養棚、蒸養設備、蒸養控制系統。梁體送入后，系統根據當日氣候溫度自動調節棚內溫度，節能環保。采用新型自動噴淋養護系統，可以根據不同的天氣和濕度情況自動調節噴水養護的時間和水量大小，無須人員看管，并可降低 10% 的用水量。

（6）移動臺座擺渡系統：橫移擺渡車，兩車系統精準控制，實現移動臺座微動調整和精準停止，保證了施工質量。

1.3.3存梁定位系統

通過在存梁區龍門吊上安裝北斗RTK高精度定位終端，同時在梁場安裝一臺北斗RTK高精度定位基站，實時計算定位終端與基準站之間的相位差，并將這些差異應用于移動站接收到的衛星信號，從而實現實時校正，提高定位精度。在龍門吊上安裝傳感器，根據行程編碼定位吊鉤當前位置，判斷吊鉤載重確定提梁/放梁狀態，從而監測每一次搬運過程。通過系統數據分析，可以完成整場梁片定位，實現高精度的梁片定位和搬運過程的實時監控。

2 實際工程應用與效果評估

2.1 應用情況

武宣制梁場作為柳梧鐵路建設中的關鍵環節，承擔著柳梧鐵路站前2標、3標共計2228片T梁的生產重任。其中，32m無聲屏障T梁1912片，24m無聲屏障T梁144片，32m有聲屏障T梁156片，24m有聲屏障T梁16片。面對如此龐大的生產任務，武宣制梁場充分利用數字化技術，致力于打造一個高效、智能的鐵路智慧梁場。

在鋼筋加工環節，引入智能鋼筋生產線，包括U形鋼筋組拼生產線和縱向通長鋼筋輔助系統，實現了鋼筋的自動生產、快速運轉及裝配式組拼，減少了鋼筋轉運、吊裝、安放、精準對位等繁瑣流程，提高了生產效率和精度。

在布料振搗工序，采用混凝土智能布料機及振搗機。混凝土智能布料機通過增加傳感器、升級電器系統和遙控裝置，搭載布料路徑規劃與路徑跟隨技術，實現了自動識別、自動規劃混凝土布料路徑，提高了布料的準確性和效率。混凝土智能振搗整平一體機增加了智能化振搗功能和混凝土抹平裝置，實現了自動均勻振搗、提漿整平、收光等功能，T梁頂板振搗機在混凝土澆筑過程中能夠自動行駛、自動插入振搗棒，確保了混凝土振搗的質量。

在張拉壓漿方面，應用智能張拉及壓漿臺車。預應力鋼絞線編穿一體系統實現了鋼絞線束編、扎絲捆扎和鋼絞線穿束的全流程自動化作業。智能張拉一體化臺車采用裝配式懸臂桁架結構設計，底盤采用電動平車底盤，遙控操作，四輪協同轉向，并在頂部加裝太陽能板循環蓄電，實現了預應力施工的精準控制。

武宣制梁場的環形生產線是其智能化生產的核心該生產線主要配置4條生產線，固定模板4套，移動臺座8個，橫移小車2個。混凝土運輸、澆筑系統采用軌道式小車輸送，與布料機聯動控制，實現了自動定點布料，提高了混凝土澆筑質量和效率。智能液壓模板系統采用大剛度整體模板，借助裝配式流水線生產工藝，解決了脫模效率低、模板“卡死\"等問題，提高了生產效率和梁體質量。信息化附著式振動系統則根據混凝土坍落度變化智能自動改變附著式振動頻率和時長，防止出現振搗不到位和過振等質量缺陷。信息化移動臺座驅動電機采用“無線遠程遙控 + 變頻調速\"技術，確保了梁體移動的安全。智能控溫蒸養系統配置蒸養棚、蒸養設備和蒸養控制系統，采用新型自動噴淋養護系統，可根據不同天氣和濕度情況自動調節噴水養護的時間和水量大小，實現了節能環保和高效養護。

武宣制梁場通過全面應用數字化技術，實現了生產過程的智能化、自動化和信息化，為柳梧鐵路的建設提供了高質量的T梁，有力地推動了鐵路建設的順利進行。

2.2 應用效果評價

制梁場通過全工序安全質量生產數據的智能閉環管理，大大提高產品質量及生產效率：通過智能鋼筋生產線的應用，鋼筋作業人員數量由傳統的44人減少至22人，人工節約 50% ；對各類型箱梁混凝土澆筑進行適應性整平，整平作業時間由4h縮短至3h，作業人員由10人減少至6人；單榀梁體張拉作業時間由6h縮短至3h，作業人員由6人減少至3人；噴涂過程中作業工人可遠離作業面，保障了工人人身健康，單工序作業時間縮短1.5h，作業人員由3人減少至1人；采用智能液壓模板系統與傳統人工拆裝式模板相比，效率提高了約2倍。

3結語

針對傳統預制梁生產過度依賴人工強度及制梁質量等問題，本文結合實際鐵路工程，利用AI人工智能、BIM可視化技術、物聯網、大數據、云計算等先進技術建立了智控中心，實現了更科學和高效管理模式；對傳統的工裝設備進行升級改造，搭配物聯網系統，實現梁體生產全過程的數字化模擬和實時監控；建立智能鋼筋生產線和環形生產線、存梁定位系統。同時，在柳梧鐵路武宣制梁場得到應用，取得了良好的經濟效益。數字化、人工智能等先進技術有效提高了管理效率、制梁質量、安全管理水平，降低了建設成本等，將有力推動未來鐵路建設的發展。

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