1、技术创新No.10,2023Modern IndustrialEcorrmationization2023年第1 0 期Total232总第2 32 期现代工业经济和信息化D0I:10.16525/ki.14-1362/n.2023.10.038轨道交通预制管片厂电子沙盘研究与设计刘宇1,2，孙喜利1,2，陈桢3，高兴华1（1.中铁信（北京）网络技术研究院有限公司，北京1 0 0 0 38；2.中国铁路信息科技集团有限公司，北京100038;3.京津冀城际铁路投资有限公司，北京100097)摘要：为提高轨道交通预制管片厂智能制造水平，通过引入BIM、R FI D 技术，建立预制管片厂三维数字模
2、型，并接入生产线自动化设备、生产管理系统的实施生产数据，搭建预制管片厂电子沙盘，实现预制管片生产全流程的监控与复现、人员管理、进度管理以及质量跟踪等智能化功能应用。电子沙盘的建立采用信息技术，既服务于生产作业过程，又面向非生产人员，通过实时监测生产动态，生产人员可以快速全面了解生产情况，为提高管片预制厂生产管理效率，提升预制厂信息化水平提供了新的思路。关键词：轨道交通；预制管片；电子沙盘；RFID；生产监测中图分类号：U214.18文献标识码：A文章编号：2 0 9 5-0 7 4 8(2 0 2 3)1 0-0 1 1 5-0 40引言截至2 0 2 2 年底，我国铁路营业里程达1 5.5万
3、km，城市轨道交通运营线路总长度达1 0 2 8 7.4 5km，我国轨道交通营业里程已位居世界前列。目前，我国在建铁路里程超30 0 0 km，在建城市轨道交通里程超6000km,在建轨道交通里程规模仍十分庞大 1-2 。轨道交通建设项目具有工程量大、建设周期长以及配套设施多等特点，建设过程中各相关工程、工序的进展状态都影响整体工程的进度与质量 3，全面掌握项目工程建设情况也是难点。盾构管片作为轨道交通地下盾构段的重要施工材料，其生产质量与生产进度是工程地下盾构段安全高质完成的保障，对盾构预制管片厂的生产状态监测与管理是十分必要的。目前，业内相关学者或企业对预制厂的智能化生产与管理做了相关研
4、究，张俊存介绍了一系列智能化设备，提升了预制厂智能化水平 4 。朱明清、马大伟等分别研发了生产管理系统，对混凝土预制品实现生产管理 5-6 。董娜等研究了利用RFID技术进行构件的进度管理方法 7 。虽然行业内做了相关研究与应用，但多数研究集中于新技术在某一步骤的应用,或者智能设备的研发。总体来看，预制盾构管片厂的信息化及智能化程度仍不高，对生产过程的管理较为松散，对生产状态的监测不够清晰，难以做到对生产全过程的追踪与实施监控 8-9 。本文融合BIM、视频识别和RFID等技术研发数字沙盘系统，将业务数据与电子模型进行融合，为预制厂的生产全流程、实时生产状态监控提供了一种解决思路。1系统需求1
5、.1行业需求近年来，国务院、交通运输部和国铁集团相继印发了“十四五”数字经济发展规划数字交通发展规划纲要“十四五”铁路网络安全和信息化规划等，要求大力推进产业进行数字化转型，并加快新一代信息技术与轨道交通的融合应用，提升交通运输行业数字化、信息化水平。对预制管片厂的电子沙盘进行研究，有利于实时掌握建设动态情况，提升轨道交通工程建设数字化水平，同时也是交通强国、轨交先行的具体落实。1.2数据融合需求行业内部分单位已经对预制厂的数字化转型进行了探索，构建了自动抹面机器人、人脸识别系统、蒸养窖池温控系统和基于AI视频的电子围栏系统等一系列基于新技术的数字化系统。上述系统大多为独立的子系统，而在管片预
6、制的过程中产生并且需进行监控的物料、质量、作业监控和作业进度等数据，未能在上述系统、设备中得到有效整合，故呕需对生产过程中的系统及数据进行有效融合。1.3业务融合需求目前，行业内针对管片预制过程研发的系列数字化系统，大多围绕生产过程中的单一环节，未能覆盖管片生产的全过程环节。面向单一环节的系统仅仅反应当前环节的生产状态，不能全面反应预制厂的实时生产动态。既有系统多面向于对现场熟悉的生产操作人员，管理人员或者建设方在使用系统时不能快速、全面了解生产现场。因此，需建立厂区数字模型，并将模型与业务数据相结合，提升管控效果。2系统设计2.1总体架构轨道交通预制管片厂电子沙盘采用分层设计的原则，将系统分
7、为数据采集层、数据层、网络传输层、收稿日期：2 0 2 3-0 5-2 2基金项目：中铁信（北京）网络技术研究院有限公司科研计划专项（项目编号：YJY-2022-03）第一作者简介：刘宇（1 9 9 3一），男，内蒙古赤峰人，硕士，毕业于北京交通大学，工程师，主要从事轨道交通信息化研究工作。.116:第1 3 卷现代工业经济和信息化系统应用层和展示层等5个层次，如图1 所示。展示层实物沙盘大屏展示车间看板移动PadAPP系统工序状态监测进度监测视频监测拌合监测应用层物料监测信息概览质量管理人员监测网络有线网络无线网络传输层人员定位骨架数据质检信息监控视频进度信息数据层物料数据计划生产数据拌合站
8、数据蒸养温湿度模型拌合站RFID摄像头人员定位数据采集层温度传感器湿度传感器抹面机器人图1电子沙盘总体架构2.1.1数据采集层本层包含系统所使用的各种数据采集设备，既包括拌合站、抹面机器人和温湿度传感器等流程专用设备，又包括人员定位、摄像头和RFID等通用采集设备，为系统运行提供所需的数据采集环境。2.1.2数据层本层包含预制管片生产过程中所产生的物料数据、拌合站数据、质检数据、监控数据、人员数据、蒸养温度数据、计划生产数据和进度数据等业务数据内容，同时也包含系统所建设的钢筋、模具、生产线、拌合机、蒸养池和水养池等模型数据内容，共同为系统运行提供基础数据支撑。2.1.3网络传输层本层包含进行数
9、据传输的无线及有线网络，为系统运行提供网络传输条件。2.1.4系统应用层本层包含工序状态监测、进度监测、物料监测和人员监测等运行监测应用模块，以及信息概览、质量管理等管理应用模块，是系统的核心应用功能。2.1.5展示层本层根据厂区使用需要包含大屏显示器、APP等Web端和移动端展示形式。2.2技术架构预制管片厂电子沙盘系统采用浏览器/服务器(B/S)和客户端/服务器（C/S)相结合的系统技术架构，便于系统在不同设备上查看与使用，并预留对外接口，便于与其他系统、平台拓展衔接，其技术架构如图2 所示。预制管片厂电子沙盘的技术架构分为操作系统PC端大屏终端移动端客户端生产监测生产管理系统应用层HSC
10、SS3WebGIsAJAXMySQL数据解析层CacheOpenGLBIM建模平台数据融合平台通信信道（WiFi)通信信道（LAN）BIM+视频+温湿度+业务数据数据采集层采集手段：CAD+摄像头+传感器+智能设备WindowsSever（服务器端）、Windows10（客户端）、Android操作系统层（移动终端）图2技术架构层、数据采集层、数据解析层、应用层和展示层等5层结构。预制管片厂电子沙盘运行于操作系统层，通过CAD图纸、摄像头、传感器以及智能设备采集系统所需的数据，并通过有线或无线网络传输，对数据进行解析处理,形成系统的监测与管理功能模块，最终在PC端、移动端等不同设备上进行展示。
11、3系统功能如图3所示，预制管片厂电子沙盘分为系统管理、生产监测和生产管理三部分。其中，系统管理完成系统用户权限及数据编辑处理。生产监测主要完成物料监测、人员监测以及工序监测等功能。生产管理实现大屏展示、质量管理和产品跟踪等生产管理功能。用户管理用户权限管理权限管理系统设置系统管理数据编辑数据编辑处理数据信惠提取数据融合匹配物料用量物料监测物料库存排班管理预制管片人员监测厂电人员定位生产监测子沙骨架焊接盘钢筋骨架骨架入横抹面监测工序监测浇筑振揭蒸养时间蒸养监测温湿度数测大屏展示水养监测计刻进度进度监测生产管理进魔统计质量管理质量统计质量眼踪图3功能架构3.1系统管理1)用户权限管理主要完成系统用
12、户的账户分配、账户权限管理以及系统其他相关参数设置，为系统提.117刘宇，等：轨道交通预制管片厂电子沙盘研究与设计2023年第1 0 期供后台管理及配置功能，实现系统账户的添加与删除，用户权限的授权与取消等。2)数据编辑处理主要完成基于CAD图纸的数据提取,BIM模型的轻量化处理与发布等系统模型数据编辑与处理功能。3.2生产监测3.2.1物料监测本模块可对物料的每日用量、库存余量进行监测，并根据历史用量对库存物料的使用时间进行预测，可设定库存余量的报警值，当物料不足时及时发出提醒。本模块可降低物料不足风险，提升物料管理效率。3.2.2人员监测本模块可实现对工人排班管理、人员定位监测等功能。可对
13、工人进行信息维护与管理，制定工人排班计划，并通过智能视频解析对工人进行定位，将定位数据与BIM模型融合，实时监测工人的位置信息，提高用工效率，确保用工安全。3.2.3工序监测本模块通过接人预制管片厂生产线智能设备数据、相关生产管理系统数据，获取生产各工序当前状态数据，并将状态数据作为输人数据，驱动BIM模型中各工序的模型状态，实现在BIM模型中复现流水线生产实时状态，显示相关工序的关键信息。1)钢筋骨架焊接状态复现，并显示骨架焊接数量，监测钢筋骨架是否人模。2)接人抹面机器人状态数据，实现抹面机器人抹面状态复现。3）接入浇筑振捣设备信息，复现实时浇筑进度、振捣状态等工序内容，显示模具浇筑数量、
14、每盘混凝土配比等信息。4)接入蒸养窖管理系统数据，显示各蒸养窖升温速率、降温速率、当前温湿度和蒸养时间等信息。5)复现管片脱模、转运人水养池过程，统计当前水养池中不同天数的管片数量。电子沙盘全面复现预制管片厂以上5个工序的实时生产状态，并根据每日生产计划及统计数据，完成工程所需管片生产进度统计，便于快速掌握生产进度，为生产计划调整提供数据支撑。3.3生产管理3.3.1大屏展示本模块为用户提供厂区概要、工程概要等信息，支持基于BIM模型的预制管片场总体概览、空间漫游，结合生产监测复现及生产信息，便于全面掌握厂区总体空间布置情况与实时生产动态。3.3.2质量管理本模块主要提供质量管理与质量跟踪功能
15、。1)质量跟踪。本系统利用RFID技术，在钢筋焊接环节将RFID标签与钢筋骨架绑扎，并在后续人模、浇筑振捣、抹面、蒸养和脱模等工序中记录相关工序时间与操作人，实现产品生产过程追踪。2)质量管理。根据质量检测结果显示产品的合格率、返工率和废品率，根据质量跟踪结果追踪各工序的负责人，分析返工及废品的产生原因，并对各工序、工法进行针对性优化改进，提高产品合格率，提升生产效率。4关键技术4.1BIM技术BIM技术即建筑信息模型，利用建模软件工具创建三维信息模型，广泛应用于建筑行业。电子沙盘基于BIM建模技术建立预制管片厂三维数字模型，该模型包含预制管片厂区土建结构、装饰装修、工序设备与周围环境情况，实
16、现厂区物理环境的全面建模，可支持模型内漫游，为业务人员掌握厂区及周边环境提供服务。电子沙盘通过与各工序设备、系统的通信接口接人实时数据，利用数据驱动BIM模型的动态展示效果，实现预制管片厂的实时生产流程、状态的复现。4.2RFID技术RFID技术是一种自动射频识别技术，可以通过阅读器与无线标签之间通过非接触式来进行传输，完成信息读写，广泛应用于物流、物料和门禁等行业及场景。本研究在钢筋笼绑扎RFID标签，在与手持PDA的配合下，代替传统管片厂记录员记录产品生产履历信息，实现管片生产履历的电子化管理与生产过程的标准化管理。并将RFID记录信息接人电子沙盘，实现与电子沙盘相关功能进行信息交互与联动
17、，提升管片生产管理高效化、智能化。5结语本文提出了轨道交通预制管片厂电子沙盘的设计方案,并给出了具体的系统总体架构、技术架构与功能架构。本文提出的电子沙盘将BIM、R FI D 等技术用于预制管片厂的生产管理，并融合生产设备、系统数据，为预制管片厂的生产管理提供了一种解决思路与工具。目前,在行业内,BIM、R FI D 与业务数据相融合的案例较少，如何更加充分发挥信息化技术优势，提升预制管片厂智能制造水平，仍需继续深入研究。参考文献1中国城市轨道交通协会.城市轨道交通2 0 2 2 年度统计和分析报告 EB/0L.2023-04-02https:/ 0 0 公里 N.人民日报，2023-01-
18、04(10).3徐昕，田雨，张晓行.大直径盾构隧道管片智能化生产应用研究编辑：白龙）上接第1 1 4 页编辑：郭萍茹:118第1 3卷现代工业经济和信息化J.工程建设与设计,2 0 2 3(2):1 1 0-1 1 2.4张俊存.京雄城际铁路智能化梁场建设 J.铁道建筑，2 0 2 0 6 0(5):47-50.5朱明清，杨秀礼，程茂林.盾构管片生产管理系统应用研究 J.土木建筑工程信息技术，2 0 2 0，1 2（1）：1 2 2-1 2 8.6马大伟：地铁管片数字工厂劳务工人智慧管理技术研究与应用J.价值工程，2 0 2 2,4 1（1 5）：1 38-1 4 0.7董娜，张宁，赵雪媛，等
19、.基于BIM与RFID的工业化建筑构件进度管理研究 J.施工技术，2 0 1 8，4 7（1 0）：5-1 0.8胡云发，董贺祥.大盾构隧道混凝土管片生产信息化技术 J.江西建材,2 0 2 0(9)：1 9-2 0;2 2.9贺朝荣.浅谈地铁管片生产质量控制 J.城市道桥与防洪，2 0 1 1(1):95-98.Research and Design of Electronic Sand Table for Prefabricated Pipe Sheet Factory ofRailway TransportationLiu Yu,Sun Xili,Chen Zhen,Gao Xinghu
20、a(1.China Railway Information(Beijing)Network Technology Research Institute Co.,Ltd.,Beijing 100038,China;2.China Railway Information Technology Group Co.,Ltd.,Beijing 100038,China;3.Beijing-Tianjin-Hebei Intercity Railway Investment Company Limited,Beijing 100097,China)Abstract:In order to improve
21、the level of intelligent manufacturing of prefabricated tube sheet plant for rail transit,through theintroduction of BIM,RFID technology,the establishment of three-dimensional digital model of prefabricated tube sheet plant,and access toproduction line automation equipment,production management syst
22、em of the implementation of the production data,to build an electronicsand table of prefabricated tube sheet plant,to achieve the monitoring and reproduction of the whole process of prefabricated tube sheetproduction,personnel management,progress management and quality tracking,such as the applicati
23、on of intelligent functions.Theelectronic sand table is built by adopting new information technology.The establishment of electronic sand table adopts new informationtechnology,which serves both the production operation process and non-production personnel,and through real-time monitoring ofproducti
24、on dynamics,the production personnel can quickly and comprehensively understand the production situation,which provides newideas for improving the production management efficiency of prefabricated tube sheet factory and enhancing the level of informationtechnology of prefabricated factory.Key words:
25、rail transit;prefabricated tube sheet;electronic sand table;RFID;production monitoring广阔的应用前景。然而,也存在一些挑战和问题,如基础理论研究不足、产业发展环境不完善、技术普及和人才培养等方面的挑战。因此，为了进一步推动仿生机器人技术的发展和应用，需要加强基础研究，改善产业环境，培养高素质的人才，促进技术的普及和应用示范。参考文献1奖梁伟，杨志辉，徐梦蕾.仿生机器人技术在制造业中的应用现状及展望 J.工业控制计算机，2 0 2 2，35（1）：1 4 0-1 4 2.2王剑飞，张小赛，刘杰.仿生机器人技术的
26、发展对区域经济的促进作用分析 J.现代电子技术，2 0 2 1,4 4（1 9）：1 6 9-1 7 3.3黄先进，彭立军，张继林.仿生机器人技术在农业中的应用前景分析 J.农业工程，2 0 2 2,38（2)：1 52-1 57.4黄先进，彭立军，张继林.仿生机器人技术在农业中的应用前景分析 J.农业工程,2 0 2 2,38(2)：1 52-1 57.5陈晓辉，黄永清，赖丽娟.仿生机器人技术在制造业中的应用前景分析 J.制造业自动化，2 0 2 1,4 3（1 8）：9 4-9 7.Analysis of the Development of Bionic Robotics Technol
27、ogy to Promote the Role of Economyand Application ProspectsDong Geyu(Guangxi Finance Vocational and Technical College(Guangxi Banking School),Nanning Guangxi 530007,China)Abstract:The background and current situation of the development of bionic robotics are introduced,its advantages in technology-e
28、conomiccharacteristics are emphasised,focusing on the promotion role of bionic robotics in the economy,and the application prospects of bionicrobotics in manufacturing,service industry and agriculture are analysed.The findings are summarised through a conclusion that identifies thechallenges and fut
29、ure directions of bionic robotics in promoting high-quality economic development,with the aim of providing policy makers,research institutes and businesses with an understanding of the economic impacts and prospects of the application of bionic robotics for thepromotion of economic development.Key words:bionic robotics;economy;artificial intelligence;core industries
