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引言

隨著我國大規模基建施工的進行，混凝土預制構件需求量日益增長。為滿足混凝土預制構件出廠齡期要求，構件生產廠家準備大面積的堆場存放預制構件。但由于預制構件普遍重量重、體積大、尺寸多，絕大多數的預制構件工廠都面臨著堆場利用率不高、存取作業難度大、管理信息化水平低等問題。因此，如何做好科學的預制構件存取規劃和設計，實現預制構件高效存取運營成為亟需解決的一個難題^[1]。本文通過建模分析與實際案例論證的方式，為混凝土預制構件堆場存取的建設和運營決策提出技術支持和可操作性的策略建議。

（1）型號繁多。隧道管片預制構件生產單位的生產計劃會隨著工程盾構推進的進度而改變。而每個項目在當天所需的預制構件型號多達5～10種，再加上生產單位可能同時承接多個項目的生產任務，這會導致堆場面臨存取混亂。

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

2 預制構件堆場的網格化介紹

 

2.1 網格化概念描述

對混凝土預制構件的堆場進行網格化管理^[2]主要是通過計算機網格管理，即當下流行的RFID（射頻識別技術）識別定位技術。考慮到堆場面積、吞吐量、構件規格、起重設備功率都和堆場運營密切相關，本文選擇1m×1m的最小網格化單元作為特定標準管理對象，建立協調機制。依托各單元網格的信息互聯互通，達到共享組織資源的目標^[3-4]。值得注意的是，該標準形成的1m²網格已經能夠達到對堆場精細定位。該系統基于上述理論基礎，通過網格化管理，將混凝土預制構件堆場的每個 垛位抽象為單個管理單元，旨在實現資源整合，提高混凝土預制構件堆放的管理效能。

2.2 網格化實施方式

本文中的堆場網格化就是對混凝土預制構件各堆場進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間距標注坐標點。其中，紅色圓圈的位置唯一坐標標識為（17.3,7.8），有了這樣隨機一個點的坐標，就可以實現在堆場范圍內通過坐標來進行精確定位，進而幾個點之間就可以唯一標識出一條線或一片區域；圖1在堆場二維平面上分別堆放了被標記為甲、乙、丙、丁的4塊管片，每一個預制構件放置的地方就是一個垛位，根據堆場網格化理論可將每一個垛位用4個坐標點進行定位。以管片丁為例，其所處的堆放垛位是坐標點為（12,6），（12,8），（16,8），（16,6）所合圍的區域。另外，為了提高標記效率也可定位中心點（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件，例如，最底層存放I型C-B1管片，倒數第二層存放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后出的方式進行數據記錄。

2.3 網格化建模參數定義

（1）標記各個堆場的唯一編碼代號，繪制每個堆場面積S的統計表；

（2）二維平面堆場任意一點定義為（X,Y）；

（3）每個網格的面積S1=1×1=1m²；

（4）每個垛位的面積S2 =S1×n（n為垛位所占網格數）；

（5）整個堆場的面積S=X×Y，即二維平面面積；

（6）網格的占用和空閑狀態，分別用1和0來表示；

（7）整個堆場的使用率為網格空閑數和網格總數的比值。

3 面向預制構件堆場網格化的仿真模型

 

4.1 RFID定位識別技術應用

（1）通過RFID定位識別技術對堆場實現網格化。在帶有行車的堆場上，選擇一邊的軌道作為橫軸。把應答器（標簽）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。通過標識RFID閱讀器與原點的距離形成橫坐標參數。縱坐標的標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。與橫坐標的獲取手段相似，把RFID標簽固定在行車的小車軌道上，間隔1m固定。當小車移動時，RFID閱讀器就會讀取縱軸上的唯一標識標簽，而后就能獲取到縱軸的移動坐標。

最終，通過網關把數據傳輸到網格化系統中，就可以實現對堆場的網格化初始化。

（3）通過行車的起吊動作實現行車定位。

網關系統獲取行車位移數據，轉換為橫軸參數。行車上的小車繼續移動停止后，操作手運行起重機，其電流變化被電流傳感器捕獲。當行車起重機電流從大變小時我們便可以判定行車已經開始起吊操作，此時RFID閱讀器讀取縱軸上標簽，系統獲得縱軸坐標。

取構件時，行車與垛位進行掛鉤，行車抓手與當前垛位中數字最大的一個構件綁定，然后實行出堆場操作。

垛位具體效果如圖3所示。

圖3 堆場垛位實時查看界面

4.2 實際案例

本文基于網格化理論，對預制構件堆場存取這一離散的、動態的、復雜的系統進行全面的研究，并提供解決方案。通過運用RFID物聯網技術，以及計算機優化算法等方式，對傳統散亂式堆場進行了精確的信息化、數字化和可視化的規劃，進而提升堆場運轉效率，提高企業經濟產值。實踐證明，面向網格化的混凝土預制構件智能化堆場存取，有助于堆場的利用率提升，科學調度堆場預制構件，提高構件存取效率，從而提升預制構件倉儲和調運效率。