预制构件堆场网格化智能存取研究及应用

引言

随着我国大规模基建施工的进行，混凝土预制构件需求量日益增长。为满足混凝土预制构件出厂龄期要求，构件生产厂家准备大面积的堆场存放预制构件。但由于预制构件普遍重^] 。本文通过建模分析与实际案例论证的方式，为混凝土预制构件堆场存取的建设和运营决策提出技术支持和可操作性的策略建议。

（1）型号繁多。隧道管片预制构件生产单位的生产计划会随着工程盾构推进的进度而改变。而每个项目在当天所需的预制构件型号多达5～10种，再加上生产单位可能同时承接多个项目的生产任务，这会导致堆场面临存取混乱。

（2）运营随机粗放。堆场是混凝土预制构件存取的主要区域，堆场的运营能力会间接影响到预制构件的生产作业能力。堆场的构件堆放通常有2种策略：随机堆存和固定堆存。堆放或存放不同的预制构件，需要考虑不同工程的要求及不同预制构件自身的特点，这2种策略虽各有优势，但是两者的不足也显而易见，即随机堆存相对粗放，会导致堆场利用率不高，固定堆存则让堆场的堆存灵活性大大降低。除此之外，当多个堆场内分散着不同工程的多个型号的预制构件时，缺乏合理规划会导致构件随机粗放堆放，引起转场作业困难甚至中断停顿。

2 预制构件堆场的网格化介绍

     

 

2.1 网格化概念描述

对混凝土预制构件的堆场进行网格化管理 ^[2] 主要是通过计算机网格管理，即当下流行的RFID（射频识别技术）识别定位技术。考虑到堆场面积、吞吐量、构件规格、起重设备功率都和堆场运营密切相关，本文选择1m×1m的最小网格化单元作为特定标准管理对象，建立协调机制。依托各单元网格的信息互联互通，达到共享组织资源的目标 ^[3-4] 。值得注意的是，该标准形成的1m ² 网格已经能够达到对堆场精细定位。该系统基于上述理论基础，通过网格化管理，将混凝土预制构件堆场的每个 垛位抽象为单个管理单元，旨在实现资源整合，提高混凝土预制构件堆放的管理效能。

2.2 网格化实施方式

本文中的堆场网格化就是对混凝土预制构件各堆场进行横轴和纵轴的划分。图1为堆场管片垛位堆放示意图，图中横轴、纵轴分别按照1m间距标注坐标点。其中，红色圆圈的位置唯一坐标标识为（17.3,7.8），有了这样随机一个点的坐标，就可以实现在堆场范围内通过坐标来进行精确定位，进而几个点之间就可以唯一标识出一条线或一片区域；图1在堆场二维平面上分别堆放了被标记为甲、乙、丙、丁的4块管片，每一个预制构件放置的地方就是一个垛位，根据堆场网格化理论可将每一个垛位用4个坐标点进行定位。以管片丁为例，其所处的堆放垛位是坐标点为（12,6），（12,8），（16,8），（16,6）所合围的区域。另外，为了提高标记效率也可定位中心点（14,7）。

图1 堆场管片垛位堆放示意图

同一垛位会存放不同类型的构件，例如，最底层存放I型C-B1管片，倒数第二层存放I型C-B2管片，第三层存放I型C-B3管片，以此类推。此时，可以按照一个垛位先进后出的方式进行数据记录。

2.3 网格化建模参数定义

（1）标记各个堆场的唯一编码代号，绘制每个堆场面积S的统计表；

（2）二维平面堆场任意一点定义为（ X , Y ）；

（3）每个网格的面积 S 1=1×1=1m ² ；

（4）每个垛位的面积 S 2 = S 1×n（n为垛位所占网格数）；

（5）整个堆场的面积 S = X × Y ，即二维平面面积；

（6）网格的占用和空闲状态，分别用1和0来表示；

（7）整个堆场的使用率为网格空闲数和网格总数的比值。

3 面向预制构件堆场网格化的仿真模型

     

 

4.1 RFID定位识别技术应用

（1）通过RFID定位识别技术对堆场实现网格化。在带有行车的堆场上，选择一边的轨道作为横轴。把应答器（标签）按照1m间隔固定在堆场的横轴上，把RFID阅读器安装在可移动的行车上。通过标识RFID阅读器与原点的距离形成横坐标参数。纵坐标的标识和定位依靠行车上的可移动小车沿轨道移动距离作为堆场的纵轴参数。与横坐标的获取手段相似，把RFID标签固定在行车的小车轨道上，间隔1m固定。当小车移动时，RFID阅读器就会读取纵轴上的唯一标识标签，而后就能获取到纵轴的移动坐标。

最终，通过网关把数据传输到网格化系统中，就可以实现对堆场的网格化初始化。

（3）通过行车的起吊动作实现行车定位。

网关系统获取行车位移数据，转换为横轴参数。行车上的小车继续移动停止后，操作手运行起重机，其电流变化被电流传感器捕获。当行车起重机电流从大变小时我们便可以判定行车已经开始起吊操作，此时RFID阅读器读取纵轴上标签，系统获得纵轴坐标。

取构件时，行车与垛位进行挂钩，行车抓手与当前垛位中数字最大的一个构件绑定，然后实行出堆场操作。

垛位具体效果如图3所示。

 

图3 堆场垛位实时查看界面

4.2 实际案例