引言

隨著我國大規(guī)模基建施工的進(jìn)行，混凝土預(yù)制構(gòu)件需求量日益增長。為滿足混凝土預(yù)制構(gòu)件出廠齡期要求，構(gòu)件生產(chǎn)廠家準(zhǔn)備大面積的堆場存放預(yù)制構(gòu)件。但由于預(yù)制構(gòu)件普遍重量重、體積大、尺寸多，絕大多數(shù)的預(yù)制構(gòu)件工廠都面臨著堆場利用率不高、存取作業(yè)難度大、管理信息化水平低等問題。因此，如何做好科學(xué)的預(yù)制構(gòu)件存取規(guī)劃和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件高效存取運(yùn)營成為亟需解決的一個難題^[1]。本文通過建模分析與實(shí)際案例論證的方式，為混凝土預(yù)制構(gòu)件堆場存取的建設(shè)和運(yùn)營決策提出技術(shù)支持和可操作性的策略建議。

（1）型號繁多。隧道管片預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)單位的生產(chǎn)計(jì)劃會隨著工程盾構(gòu)推進(jìn)的進(jìn)度而改變。而每個項(xiàng)目在當(dāng)天所需的預(yù)制構(gòu)件型號多達(dá)5～10種，再加上生產(chǎn)單位可能同時承接多個項(xiàng)目的生產(chǎn)任務(wù)，這會導(dǎo)致堆場面臨存取混亂。

（2）運(yùn)營隨機(jī)粗放。堆場是混凝土預(yù)制構(gòu)件存取的主要區(qū)域，堆場的運(yùn)營能力會間接影響到預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)作業(yè)能力。堆場的構(gòu)件堆放通常有2種策略：隨機(jī)堆存和固定堆存。堆放或存放不同的預(yù)制構(gòu)件，需要考慮不同工程的要求及不同預(yù)制構(gòu)件自身的特點(diǎn)，這2種策略雖各有優(yōu)勢，但是兩者的不足也顯而易見，即隨機(jī)堆存相對粗放，會導(dǎo)致堆場利用率不高，固定堆存則讓堆場的堆存靈活性大大降低。除此之外，當(dāng)多個堆場內(nèi)分散著不同工程的多個型號的預(yù)制構(gòu)件時，缺乏合理規(guī)劃會導(dǎo)致構(gòu)件隨機(jī)粗放堆放，引起轉(zhuǎn)場作業(yè)困難甚至中斷停頓。

2 預(yù)制構(gòu)件堆場的網(wǎng)格化介紹

 

2.1 網(wǎng)格化概念描述

對混凝土預(yù)制構(gòu)件的堆場進(jìn)行網(wǎng)格化管理^[2]主要是通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)格管理，即當(dāng)下流行的RFID（射頻識別技術(shù)）識別定位技術(shù)?？紤]到堆場面積、吞吐量、構(gòu)件規(guī)格、起重設(shè)備功率都和堆場運(yùn)營密切相關(guān)，本文選擇1m×1m的最小網(wǎng)格化單元作為特定標(biāo)準(zhǔn)管理對象，建立協(xié)調(diào)機(jī)制。依托各單元網(wǎng)格的信息互聯(lián)互通，達(dá)到共享組織資源的目標(biāo)^[3-4]。值得注意的是，該標(biāo)準(zhǔn)形成的1m²網(wǎng)格已經(jīng)能夠達(dá)到對堆場精細(xì)定位。該系統(tǒng)基于上述理論基礎(chǔ)，通過網(wǎng)格化管理，將混凝土預(yù)制構(gòu)件堆場的每個 垛位抽象為單個管理單元，旨在實(shí)現(xiàn)資源整合，提高混凝土預(yù)制構(gòu)件堆放的管理效能。

2.2 網(wǎng)格化實(shí)施方式

本文中的堆場網(wǎng)格化就是對混凝土預(yù)制構(gòu)件各堆場進(jìn)行橫軸和縱軸的劃分。圖1為堆場管片垛位堆放示意圖，圖中橫軸、縱軸分別按照1m間距標(biāo)注坐標(biāo)點(diǎn)。其中，紅色圓圈的位置唯一坐標(biāo)標(biāo)識為（17.3,7.8），有了這樣隨機(jī)一個點(diǎn)的坐標(biāo)，就可以實(shí)現(xiàn)在堆場范圍內(nèi)通過坐標(biāo)來進(jìn)行精確定位，進(jìn)而幾個點(diǎn)之間就可以唯一標(biāo)識出一條線或一片區(qū)域；圖1在堆場二維平面上分別堆放了被標(biāo)記為甲、乙、丙、丁的4塊管片，每一個預(yù)制構(gòu)件放置的地方就是一個垛位，根據(jù)堆場網(wǎng)格化理論可將每一個垛位用4個坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行定位。以管片丁為例，其所處的堆放垛位是坐標(biāo)點(diǎn)為（12,6），（12,8），（16,8），（16,6）所合圍的區(qū)域。另外，為了提高標(biāo)記效率也可定位中心點(diǎn)（14,7）。

圖1 堆場管片垛位堆放示意圖

同一垛位會存放不同類型的構(gòu)件，例如，最底層存放I型C-B1管片，倒數(shù)第二層存放I型C-B2管片，第三層存放I型C-B3管片，以此類推。此時，可以按照一個垛位先進(jìn)后出的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。

2.3 網(wǎng)格化建模參數(shù)定義

（1）標(biāo)記各個堆場的唯一編碼代號，繪制每個堆場面積S的統(tǒng)計(jì)表；

（2）二維平面堆場任意一點(diǎn)定義為（X,Y）；

（3）每個網(wǎng)格的面積S1=1×1=1m²；

（4）每個垛位的面積S2 =S1×n（n為垛位所占網(wǎng)格數(shù)）；

（5）整個堆場的面積S=X×Y，即二維平面面積；

（6）網(wǎng)格的占用和空閑狀態(tài)，分別用1和0來表示；

（7）整個堆場的使用率為網(wǎng)格空閑數(shù)和網(wǎng)格總數(shù)的比值。

3 面向預(yù)制構(gòu)件堆場網(wǎng)格化的仿真模型

 

4.1 RFID定位識別技術(shù)應(yīng)用

（1）通過RFID定位識別技術(shù)對堆場實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格化。在帶有行車的堆場上，選擇一邊的軌道作為橫軸。把應(yīng)答器（標(biāo)簽）按照1m間隔固定在堆場的橫軸上，把RFID閱讀器安裝在可移動的行車上。通過標(biāo)識RFID閱讀器與原點(diǎn)的距離形成橫坐標(biāo)參數(shù)?？v坐標(biāo)的標(biāo)識和定位依靠行車上的可移動小車沿軌道移動距離作為堆場的縱軸參數(shù)。與橫坐標(biāo)的獲取手段相似，把RFID標(biāo)簽固定在行車的小車軌道上，間隔1m固定。當(dāng)小車移動時，RFID閱讀器就會讀取縱軸上的唯一標(biāo)識標(biāo)簽，而后就能獲取到縱軸的移動坐標(biāo)。

最終，通過網(wǎng)關(guān)把數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)格化系統(tǒng)中，就可以實(shí)現(xiàn)對堆場的網(wǎng)格化初始化。

（3）通過行車的起吊動作實(shí)現(xiàn)行車定位。

網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)獲取行車位移數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為橫軸參數(shù)。行車上的小車?yán)^續(xù)移動停止后，操作手運(yùn)行起重機(jī)，其電流變化被電流傳感器捕獲。當(dāng)行車起重機(jī)電流從大變小時我們便可以判定行車已經(jīng)開始起吊操作，此時RFID閱讀器讀取縱軸上標(biāo)簽，系統(tǒng)獲得縱軸坐標(biāo)。

取構(gòu)件時，行車與垛位進(jìn)行掛鉤，行車抓手與當(dāng)前垛位中數(shù)字最大的一個構(gòu)件綁定，然后實(shí)行出堆場操作。

垛位具體效果如圖3所示。

圖3 堆場垛位實(shí)時查看界面

4.2 實(shí)際案例

本文基于網(wǎng)格化理論，對預(yù)制構(gòu)件堆場存取這一離散的、動態(tài)的、復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行全面的研究，并提供解決方案。通過運(yùn)用RFID物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以及計(jì)算機(jī)優(yōu)化算法等方式，對傳統(tǒng)散亂式堆場進(jìn)行了精確的信息化、數(shù)字化和可視化的規(guī)劃，進(jìn)而提升堆場運(yùn)轉(zhuǎn)效率，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值。實(shí)踐證明，面向網(wǎng)格化的混凝土預(yù)制構(gòu)件智能化堆場存取，有助于堆場的利用率提升，科學(xué)調(diào)度堆場預(yù)制構(gòu)件，提高構(gòu)件存取效率，從而提升預(yù)制構(gòu)件倉儲和調(diào)運(yùn)效率。