趙文廣， 王記濤

(河南金途科技集團股份有限公司， 河南 鄭州 450000)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展成熟，工程行業(yè)受到數(shù)字化技術(shù)的沖擊，智能化的出現(xiàn)重新定義了施工標準、開拓了全新施工環(huán)境和顛覆了固有的施工方式[1]，不同規(guī)模和速度改變著施工組織結(jié)構(gòu)、施工流程和信息技術(shù)，也改變著在信息環(huán)境中工程人的工作模式。為實現(xiàn)預(yù)制梁養(yǎng)護的“過程跟蹤、強度監(jiān)測、養(yǎng)護節(jié)約”，提高預(yù)制梁養(yǎng)護施工管理工作的質(zhì)量和效率，形成養(yǎng)護全過程控制的閉環(huán)管理，豐富預(yù)制梁數(shù)據(jù)監(jiān)測全過程。該文就預(yù)制梁物聯(lián)網(wǎng)(IOTIPB:Internet of Things in Prefabricated Beam)環(huán)境下的智能機器人養(yǎng)護(IRM:Intelligent Robot Maintenance)展開論述，解決預(yù)制梁養(yǎng)護存在的問題并應(yīng)用IRM達到IOTIPB的養(yǎng)護節(jié)約、增效作用。

1 預(yù)制梁養(yǎng)護的重要性及存在的問題

1.1 預(yù)制梁養(yǎng)護的重要性

養(yǎng)護是預(yù)制梁生產(chǎn)過程中影響質(zhì)量及達到設(shè)計強度和耐久性的關(guān)鍵工序，是在水泥水化反應(yīng)過程中控制混凝土內(nèi)水分損失速率和程度的方式，必須在合理的時間內(nèi)進行養(yǎng)護，也是混凝土工程施工不可缺少的一部分。養(yǎng)護時間取決于混凝土設(shè)計要求，同時受到預(yù)制梁放置環(huán)境的大氣溫度和相對濕度的影響，預(yù)制梁養(yǎng)護的主要目的是通過在混凝土強度增長期間防止混凝土水分流失來保持混凝土的持續(xù)濕潤，為后序張拉作業(yè)提供混凝土強度保障條件，提高作業(yè)效率[2]。

1.2 預(yù)制梁養(yǎng)護存在的問題

養(yǎng)護工作不是簡單的保濕、灑水工序可以概括的，高效的養(yǎng)護在于能夠?qū)崿F(xiàn)資源節(jié)約的前提下保證預(yù)制梁達到設(shè)計強度效果，并用最小的時間成本實現(xiàn)預(yù)制梁作業(yè)的流水化，確保有限臺座周轉(zhuǎn)利用的最大化。目前預(yù)制梁養(yǎng)護存在如表1所示的問題。

表1 預(yù)制梁養(yǎng)護存在的問題

2 預(yù)制梁智能機器人養(yǎng)護

2.1 預(yù)制梁物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生

“數(shù)據(jù)是未來的石油，存量數(shù)據(jù)資產(chǎn)是新的石油”，數(shù)據(jù)是實施任何數(shù)字化舉措的原材料，物聯(lián)網(wǎng)是數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體，控制中心是數(shù)字化分析與管控的集散地。因此，數(shù)據(jù)信息是預(yù)制梁智能機器人養(yǎng)護的函數(shù)，建立信息任務(wù)共同的數(shù)據(jù)語言，構(gòu)建一個敏捷、快速、獨立的預(yù)制梁智能機器人養(yǎng)護系統(tǒng)，需要一個自動化的、實時的大數(shù)據(jù)分析引擎，實現(xiàn)端到端的物聯(lián)網(wǎng)信息過程控制，有利于解決預(yù)制梁養(yǎng)護半自動化問題。利用各類傳感器通過終端模塊與控制單元進行數(shù)據(jù)交互，終端模塊通過 TCP/IP 協(xié)議實時傳輸溫度、濕度等同步環(huán)境數(shù)據(jù)。使得控制單元可以根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)進行預(yù)制梁養(yǎng)護任務(wù)指標實時計算和指令反饋，同時可以視頻化地記錄作業(yè)過程及數(shù)據(jù)存儲。物聯(lián)網(wǎng)預(yù)制梁的集成應(yīng)用產(chǎn)生主要是通過在梁體安裝RFID(Radio Frequency IDentification)、紅外感應(yīng)器、GPS、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按照規(guī)定的協(xié)議，將預(yù)制梁體的參數(shù)指標與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

2.2 預(yù)制梁智能機器人養(yǎng)護原理

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)由“物端(數(shù)據(jù)采集層)-網(wǎng)端(信息傳輸層)-云端(存儲應(yīng)用層)”三大部分組成[3]，是建立在互聯(lián)網(wǎng)之上的疊加網(wǎng)絡(luò)(Overlay Network)。預(yù)制梁智能機器人養(yǎng)護實現(xiàn)以下3個端的信息反饋與指令下達：① 物端：由分布在互聯(lián)網(wǎng)邊緣的、具有不同感知和執(zhí)行能力的不同物體或服務(wù)對象等物端資源構(gòu)成，該系統(tǒng)中為預(yù)制梁體、智能機器人、蓄水池和充電倉；② 網(wǎng)端：是將物端資源與云端資源互聯(lián)起來的網(wǎng)絡(luò)，包含了該系統(tǒng)中的智能控制模塊、指令授權(quán)模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、任務(wù)安排模塊及設(shè)備加載模塊；③ 云端：由控制中心任務(wù)指令的應(yīng)用提供計算、分析、存儲和信息處理服務(wù)的云端資源構(gòu)成，該系統(tǒng)包含信息網(wǎng)絡(luò)中心數(shù)據(jù)支撐及交互層與應(yīng)用層的指令下達、信息反饋(圖1)。

圖1 預(yù)制梁智能機器人養(yǎng)護原理

2.3 預(yù)制梁智能機器人養(yǎng)護系統(tǒng)管理

預(yù)制梁智能機器人養(yǎng)護系統(tǒng)中主要融合了數(shù)據(jù)采集技術(shù)、無線傳輸技術(shù)、信息化處理技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)、智能移動技術(shù)以及智能養(yǎng)護操作技術(shù)，讓預(yù)制梁養(yǎng)護環(huán)節(jié)向智能化、自動化以及標準化的方向發(fā)展。在通過該系統(tǒng)進行智能機器人養(yǎng)護過程中，其主要的控制目標就是實現(xiàn)預(yù)制梁規(guī)范時間內(nèi)養(yǎng)護強度達到設(shè)計強度值，以此來實現(xiàn)預(yù)制梁后續(xù)環(huán)節(jié)的張拉、壓漿施工及臺座的周轉(zhuǎn)利用及時性和最大化。

通過抽象化的預(yù)制梁智能機器人養(yǎng)護物聯(lián)網(wǎng)的操作原理和應(yīng)用系統(tǒng)的信息表述，明確了預(yù)制梁智能機器人養(yǎng)護物聯(lián)網(wǎng)在數(shù)據(jù)傳輸、分析及指令下達上的優(yōu)勢，預(yù)測需要在此系統(tǒng)上解決海量傳感器多源數(shù)據(jù)融合、信息安全防護等問題。同時他明確了預(yù)制梁養(yǎng)護物聯(lián)網(wǎng)智能機器人、蓄水池及充電樁的智能感知技術(shù)在通信傳輸網(wǎng)絡(luò)、控制中心的數(shù)據(jù)分析計算、預(yù)制梁的強度信息反饋3個維度的應(yīng)用發(fā)展思路，以及預(yù)制梁智能機器人養(yǎng)護實際應(yīng)用場景。

預(yù)制梁智能機器人養(yǎng)護場景中，通過在預(yù)制梁體、智能機器人、蓄水池及充電倉安裝高精度衛(wèi)星定位主機和傳感器，使得控制中心可以實時監(jiān)測梁體養(yǎng)護是否達到任務(wù)要求。同時，在養(yǎng)護過程中，智能機器人將所有監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳并存儲至云服務(wù)器，項目管理人員通過云平臺，實時監(jiān)測預(yù)制梁養(yǎng)護現(xiàn)場，為施工質(zhì)量管理決策提供高效、可靠的數(shù)據(jù)支持。

梁體設(shè)置精密傳感器實時監(jiān)測預(yù)制梁溫度、濕度、強度數(shù)據(jù)[4]，完成數(shù)據(jù)提取并同步反饋給中央控制單元進行分析判斷并設(shè)定指令，傳輸至智能機器人分控制單元，其根據(jù)預(yù)制梁體反饋參數(shù)依據(jù)內(nèi)置算法系統(tǒng)計算用水量及養(yǎng)護路徑，啟動蓄水池、充電平臺分控制單元保證智能機器人水量及電量的充足性，在約定的時間內(nèi)完成標準化智能養(yǎng)護，形成養(yǎng)護臺賬表及預(yù)制梁強度上升曲線圖，從而達到預(yù)制梁養(yǎng)護的事先預(yù)控、事中監(jiān)控、事后分析的工程管理目標。

智能機器人根據(jù)預(yù)制梁養(yǎng)生表面溫度、天氣晴雨、濕度信息智能計算噴淋養(yǎng)護參數(shù)(噴淋時間、噴淋水量、噴淋間歇、臺座狀態(tài)及養(yǎng)生周期)反饋給中央控制單元，確定預(yù)制梁場智能機器人養(yǎng)護的總體方案，指令設(shè)定于智能移動路徑控制，現(xiàn)場噴淋控制，遠程監(jiān)測控制，BIM強度曲線顯示控制，供水、供電控制，蓄水池水位控制，養(yǎng)生數(shù)據(jù)存儲控制7個控制模塊，同時，123信息化預(yù)制梁智能機器人養(yǎng)護模式具備移動端、電腦端互聯(lián)網(wǎng)遠程訪問及控制功能，在預(yù)制梁有效、實用的養(yǎng)護基礎(chǔ)前提下實現(xiàn)預(yù)制梁養(yǎng)護的全自動、全方位、全智能的綠色養(yǎng)護節(jié)約發(fā)展(圖2)。

圖2 預(yù)制梁智能機器人養(yǎng)護“1個中央控制單元、2個控制對象、3套系統(tǒng)”功能圖

3 預(yù)制梁智能機器人養(yǎng)護應(yīng)用效果

3.1 應(yīng)用效果分析

構(gòu)建新的預(yù)制梁智能機器人養(yǎng)護CACT模式生態(tài)系統(tǒng)，即“聯(lián)結(jié)”connected、“自動”autonomous、“控制”control、“跟蹤”tracking，確立養(yǎng)護環(huán)節(jié)互聯(lián)互通操作架構(gòu)，通過技術(shù)、數(shù)據(jù)賦能，進行數(shù)據(jù)分析，重塑預(yù)制梁養(yǎng)護程序[5]；強化控制中心數(shù)據(jù)信息技術(shù)基礎(chǔ)，基于預(yù)制梁傳感信息，定向推送養(yǎng)護需求任務(wù)，并跟蹤預(yù)制梁養(yǎng)護強度上升效果。

另外，BIM的可視化養(yǎng)護模擬功能充分發(fā)揮了BIM三維速度優(yōu)勢，預(yù)制梁混凝土強度上升可以三維動態(tài)展示，有效鏈接養(yǎng)護時間節(jié)點和養(yǎng)護頻次，保證預(yù)制梁綠色節(jié)約養(yǎng)護。同時，融合了人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析，進行集成化的平臺指令操作，豐富預(yù)制梁在定量化的跟蹤狀態(tài)下CACT養(yǎng)護模式環(huán)境構(gòu)建。

3.2 應(yīng)用效果改變

采用“信息服務(wù)包管家”的智能機器人對預(yù)制梁按照公路工程施工規(guī)范進行有效的養(yǎng)護，確保強度滿足設(shè)計強度值，這在預(yù)制梁養(yǎng)護環(huán)節(jié)是一個“包交換人”(packetswitched humans)的未來，可以選擇預(yù)制梁養(yǎng)護的優(yōu)先級，養(yǎng)護的頻次，養(yǎng)護的速度，指定智能機器人養(yǎng)護的起點和終點，然后信息服務(wù)包管家將完成系統(tǒng)的養(yǎng)護工作，并且不會有任何遺漏的細節(jié)和間斷，提高了過程資源匹配的效率；養(yǎng)護數(shù)據(jù)資源提升了分析的細度和時效性，大幅提升了養(yǎng)護用水利用效率；自動化的智能機器人顛覆了人力勞動作業(yè)的粗糙性和非及時性，保證預(yù)制梁養(yǎng)護的標準化及科學(xué)化。具體系統(tǒng)功能價值如表2所示。

表2 預(yù)制梁智能機器人養(yǎng)護系統(tǒng)功能價值

4 結(jié)論與展望

(1) 結(jié)論

積極采用數(shù)字化科技手段改革傳統(tǒng)預(yù)制梁養(yǎng)護模式，充分研究基于物聯(lián)網(wǎng)的預(yù)制梁智能機器人養(yǎng)護管理系統(tǒng)建設(shè)，有效發(fā)揮傳感器采集信息系統(tǒng)傳輸反饋的數(shù)據(jù)資源分析整合能力，高效應(yīng)用“1個中央控制單元、2個控制對象、3套系統(tǒng)”作用功能，有利實現(xiàn)預(yù)制梁養(yǎng)護過程可視化跟蹤、預(yù)制梁強度數(shù)據(jù)實時監(jiān)測、預(yù)制梁養(yǎng)護水源節(jié)約，有效提升預(yù)制梁養(yǎng)護效果科學(xué)化、節(jié)約化、信息化，充分體現(xiàn)信息化服務(wù)操作系統(tǒng)的功能應(yīng)用價值。

(2) 展望

在這個日益增長的互聯(lián)性和指數(shù)型擴張的網(wǎng)絡(luò)時代，想象力的極限是現(xiàn)實建設(shè)過程的唯一障礙，技術(shù)的融合增強破除障礙的信念，這是機器人與其他智能化施工技術(shù)的融合，是由傳感器構(gòu)成的電子皮膚與在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動下的人工智能在云中碰撞，同時人工智能又與越來越多且越來越靈巧、越來越智能化的機器入碰撞，會存在一個強強技術(shù)聯(lián)合促需求的智慧化施工環(huán)境常態(tài)。彼得·戴曼迪斯和史蒂芬·科特勒在《未來呼嘯而來》總結(jié)到“在指數(shù)級發(fā)展的世界中，當(dāng)某些獨立加速發(fā)展的技術(shù)與其他獨立加速發(fā)展的技術(shù)融合時，奇跡就產(chǎn)生了”[6]。物聯(lián)網(wǎng)是一種傳輸工具，能夠?qū)⒉煌奈矬w聯(lián)系起來，更重要的是，它們能夠使信息和創(chuàng)新從一個地方擴展到另一個地方，智能機器人與物聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)合對預(yù)制梁的節(jié)約化養(yǎng)生起到了助力的作用，并提高了綠色建造的過程占比，有效降低了生產(chǎn)成本，對后序預(yù)制梁施工環(huán)節(jié)的物聯(lián)網(wǎng)與BIM交互技術(shù)、云計算與物聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)等智能化施工技術(shù)的應(yīng)用起到了借鑒、引導(dǎo)作用。