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引言

隨著我國(guó)大規(guī)?；ㄊ┕さ倪M(jìn)行，混凝土預(yù)制構(gòu)件需求量日益增長(zhǎng)。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(chǎng)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(chǎng)利用率不高、存取作業(yè)難度大、管理信息化水平低等問(wèn)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(yíng)成為亟需解決的一個(gè)難題^[1]。本文通過(guò)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(chǎng)存取的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)決策提出技術(shù)支持和可操作性的策略建議。

（1）型號(hào)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(huì)隨著工程盾構(gòu)推進(jìn)的進(jìn)度而改變。而每個(gè)項(xiàng)目在當(dāng)天所需的預(yù)制構(gòu)件型號(hào)多達(dá)5～10種，再加上生產(chǎn)單位可能同時(shí)承接多個(gè)項(xiàng)目的生產(chǎn)任務(wù)，這會(huì)導(dǎo)致堆場(chǎng)面臨存取混亂。

（2）運(yùn)營(yíng)隨機(jī)粗放。堆場(chǎng)是混凝土預(yù)制構(gòu)件存取的主要區(qū)域，堆場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)能力會(huì)間接影響到預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)作業(yè)能力。堆場(chǎng)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(shì)，但是兩者的不足也顯而易見(jiàn)，即隨機(jī)堆存相對(duì)粗放，會(huì)導(dǎo)致堆場(chǎng)利用率不高，固定堆存則讓堆場(chǎng)的堆存靈活性大大降低。除此之外，當(dāng)多個(gè)堆場(chǎng)內(nèi)分散著不同工程的多個(gè)型號(hào)的預(yù)制構(gòu)件時(shí)，缺乏合理規(guī)劃會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件隨機(jī)粗放堆放，引起轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)困難甚至中斷停頓。

2 預(yù)制構(gòu)件堆場(chǎng)的網(wǎng)格化介紹

 

2.1 網(wǎng)格化概念描述

對(duì)混凝土預(yù)制構(gòu)件的堆場(chǎng)進(jìn)行網(wǎng)格化管理^[2]主要是通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)格管理，即當(dāng)下流行的RFID（射頻識(shí)別技術(shù)）識(shí)別定位技術(shù)。考慮到堆場(chǎng)面積、吞吐量、構(gòu)件規(guī)格、起重設(shè)備功率都和堆場(chǎng)運(yùn)營(yíng)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(duì)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(duì)堆場(chǎng)精細(xì)定位。該系統(tǒng)基于上述理論基礎(chǔ)，通過(guò)網(wǎng)格化管理，將混凝土預(yù)制構(gòu)件堆場(chǎng)的每個(gè) 垛位抽象為單個(gè)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(chǎng)網(wǎng)格化就是對(duì)混凝土預(yù)制構(gòu)件各堆場(chǎng)進(jìn)行橫軸和縱軸的劃分。圖1為堆場(chǎng)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(shí)為（17.3,7.8），有了這樣隨機(jī)一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，就可以實(shí)現(xiàn)在堆場(chǎng)范圍內(nèi)通過(guò)坐標(biāo)來(lái)進(jìn)行精確定位，進(jìn)而幾個(gè)點(diǎn)之間就可以唯一標(biāo)識(shí)出一條線或一片區(qū)域；圖1在堆場(chǎng)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(gè)預(yù)制構(gòu)件放置的地方就是一個(gè)垛位，根據(jù)堆場(chǎng)網(wǎng)格化理論可將每一個(gè)垛位用4個(gè)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(chǎng)管片垛位堆放示意圖

同一垛位會(huì)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(shí)，可以按照一個(gè)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(gè)堆場(chǎng)的唯一編碼代號(hào)，繪制每個(gè)堆場(chǎng)面積S的統(tǒng)計(jì)表；

（2）二維平面堆場(chǎng)任意一點(diǎn)定義為（X,Y）；

（3）每個(gè)網(wǎng)格的面積S1=1×1=1m²；

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

（5）整個(gè)堆場(chǎng)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(lái)表示；

（7）整個(gè)堆場(chǎng)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(chǎng)網(wǎng)格化的仿真模型

 

4.1 RFID定位識(shí)別技術(shù)應(yīng)用

（1）通過(guò)RFID定位識(shí)別技術(shù)對(duì)堆場(chǎng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格化。在帶有行車的堆場(chǎng)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(chǎng)的橫軸上，把RFID閱讀器安裝在可移動(dòng)的行車上。通過(guò)標(biāo)識(shí)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(shí)和定位依靠行車上的可移動(dòng)小車沿軌道移動(dòng)距離作為堆場(chǎng)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(dòng)時(shí)，RFID閱讀器就會(huì)讀取縱軸上的唯一標(biāo)識(shí)標(biāo)簽，而后就能獲取到縱軸的移動(dòng)坐標(biāo)。

最終，通過(guò)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(duì)堆場(chǎng)的網(wǎng)格化初始化。

（3）通過(guò)行車的起吊動(dòng)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(dòng)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(shí)我們便可以判定行車已經(jīng)開(kāi)始起吊操作，此時(shí)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(shí)，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(gè)構(gòu)件綁定，然后實(shí)行出堆場(chǎng)操作。

垛位具體效果如圖3所示。

圖3 堆場(chǎng)垛位實(shí)時(shí)查看界面

4.2 實(shí)際案例

本文基于網(wǎng)格化理論，對(duì)預(yù)制構(gòu)件堆場(chǎng)存取這一離散的、動(dòng)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(guò)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(duì)傳統(tǒng)散亂式堆場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)存取，有助于堆場(chǎng)的利用率提升，科學(xué)調(diào)度堆場(chǎng)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(cāng)儲(chǔ)和調(diào)運(yùn)效率。