高铁1 000 t/40 m梁昆仑号架桥机信息化系统设计

安志刚 朱晓伟 雷大臣

（中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京 102600）

1 引言

随着我国高速铁路40 m简支箱梁的使用，我国首台千吨级运架一体机“昆仑号架桥机”也在福厦铁路投入使用。信息化技术的应用，可以显著提高大型起重机械设备在运营过程中的科学管理水平，在节省成本的同时，通过对设备的长期信息化管理，可以有效保障设备的运营安全。在国外，日本安川公司运用了无线网络通讯技术开发出了起重设备安全监控管理系统，系统关联了设备作业与企业的安全管理，提升了企业对起重机生产作业的自动化和科学管理水平；日本住友公司为运用了高速路由交换技术，也开发了起重设备安全监控管理系统，实现对其分布于世界各地的起重设备的在线状态监测；德国LIEBHERR起重机械制造公司、法国POTAIN公司、意大利SIMMA公司等外国企业，以及国内的北京驿唐科技公司、湖北宜昌微特电子、郑州恺德尔等企业，先后通过先进传感器、通信技术的应用以及历史数据库等系统功能的完善，不断优化了起重设备的信息化安全管理系统［1-3］。本文在既有研究的基础之上，研究设计昆仑号架桥机信息化系统，通过对运架施工信息、架桥机安全监控信息的管理，填补了高速铁路简支箱梁运架过程中信息化技术应用的空白，实时掌握简支箱梁运架施工及运架设备的施工状态，达到高速铁路简支箱梁运架的精细化管理的同时，实现运架设备状态的全寿命周期管理。

2 系统功能需求分析

高速铁路40 m简支箱梁昆仑号架桥机信息化系统，包含了对运架施工信息以及架桥机设备本身安全监控信息的管理。在运架施工信息管理方面，其涉及到各级建设单位及施工单位。各级建设单位其重点关注信息主要包括施工过程规范管理及施工质量安全信息。具体到本项目中，应包括以下内容：工程基本信息、人员管理、设备管理、工程进度、运架过程安全质量等信息；施工单位重点关注设备管理使用的规范性、架桥进度信息、架桥的质量信息、安全预警信息等，同时要配合提供工管中心及建设单位所需要的信息；设备本身安全监控信息的管理主要涉及现场操作人员，以及设备厂家。现场操作层重点关注设备运架过程中的安全状态，需要通过车载终端查看设备状态和设备视频监控，辅助设备操作人员进行安全操作；设备厂家面向所有其设计的运架设备，关注长期的安全状态，提供维护信息，实现远程故障诊断，对设备进行全寿命周期监控。

3 系统总体方案设计

3.1 系统总体设计思路

系统对运架梁设备及运架过程的各类信息进行统筹汇总管理［4-6］，使用各类先进的传感器，并采用无线网络通讯技术，监测设备关键数据的实时变化以达到安全监控的目的，当数据出现异常时需要及时预警并通知相关人员采取措施。

系统总体框架及拓扑图［7-8］如图1～图2所示，其工作原理是通过工程信息的管理建立设备信息管理的总体管理关系框架，针对每台设备利用机载工控机将各类传感器数据进行采集处理后，通过无线4G信号发送至远程数据服务器，并存储至数据库中，各级用户可以通过网络访问数据服务器进行现场实时数据与历史数据查看。设备用户可以随时随地了解现场的工作信息，厂家也可以方便地掌握设备的实时状态和历史状态，能及时得到故障信息的同时，还可以通过设备监测的历史数据统计分析，预测设备的历史寿命。

图1 系统框架

图2 系统拓扑图

3.2 功能模块设计

综合考虑根据各级用户信息管理需求以及运架设备本身运架过程关键工况安全操作需求，本套信息化管理系统设计的核心功能包含五个管理功能模块［9-10］，涵盖了工程管理中“人、机、料、法、环”五个要素的全部内容及辅助信息。设计目的首先要满足国铁集团工管中心及各级建设单位的工程管理要求，同时服务于现场的作业操作管理以及设备厂家长期的设备维护服务。系统核心功能体系见图3。

图3 信息化管理系统核心功能体系示意

3.2.1 工程信息管理功能

工程信息管理功能［11］中包含了线路标段、梁场信息、梁片信息、工程进度、施工人员工程信息。由工程技术人员在架梁工程开始前及过程中录入工程基本信息，所录入信息可由相关权限的人阅览、编辑、删除。其中线路标段信息除了对线路标段具体信息进行管理外，主要对铁路建设各级单位层级关系划分进行管理；梁场信息主要对架梁相关的梁场位置进行管理；梁片信息包含了架梁工程所有梁片的编号、桥墩编号、桥墩里程、垫石坐标等信息；工程进度功能中，施工技术人员可以根据施工具体进度进行工程进度更新；施工人员功能对架梁施工所有人员信息统计编辑，信息包含了人员身份信息、联系方式、证书情况等。

3.2.2 设备信息管理功能

设备信息管理功能包括设备基本信息管理、设备巡检、全生命周期管理等方面。设备基本信息管理对架桥机设备和架桥机的所有主要配件信息在架梁工程开始前录入系统，并具备后期编辑更新的功能；设备巡检功能是根据架桥机的使用和维养手册，生成设备运行参数自检以及维修保养计划，后台程序对传感设备回传的参数和设备维护记录分析，当未按计划检查保养、运行参数异常时自动预警通知相关人员；全生命周期管理功能中对架桥机从购置、安装调试、投入使用，全生命周期的信息进行记录，并根据维修记录、运行时间、架梁次数、安装拆卸转场次数、出厂年限等参数综合判定设备使用寿命及维保时间。

3.2.3 实时监控

通电之后，架桥机的各类监测传感器启动，开启吊点力、支腿力、走行计程、水平垂直度、视频监控、位置信息、梁体受力、环境参数等监测，同时记录各设备通过的架梁孔数、运架进度，监测数据实时发送至后台并存储进数据库，APP和PC端可根据不同数据类型显示不同数据图表样式。

3.2.4 统计中心

统计中心功能包括历史数据查询以及历史数据统计分析功能。历史数据查询功能可以实现对指定设备任意时间段历史运行数据的查看以及下载功能；历史数据统计分析功能以时间或者每一孔架梁工况为参考轴，对设备的历史运行参数变化进行统计分析，统计分析结果可以为设备长期运行状态评估提供依据。

3.2.5 预警管理

在设备实时监控以及统计中心历史数据统计分析功能中，对每个监控参数进行预警阈值设置，当监控数据超出预警阈值时进行预警，并通过邮件或者短信形式通知相关人员。

4 系统测试

本系统在昆仑号架桥机上进行了试用测试，图4为吊点力起重限制器，图5为数据串口服务器及4G路由器，通过现场测试系统各个设备工作正常。

图4 吊点力起重限制器照片

图5 数据串口服务器及4G路由器照片

图6为架梁过程中架桥机的实时监控界面［12］，反映了架桥机架梁作业过程中的吊点力及架桥机倾斜度等关键参数的实时情况。

图6 信息化系统实时监控界面

图7给出了架梁作业后，架梁作业吊点力的历史数据查询情况，图中展现了在一孔梁架设全过程中，其中一个吊点力的变化情况。

通过现场测试，验证了系统设计的实用性和有效性。

5 结束语

（1）对高速铁路40 m简支箱梁昆仑号架桥机信息化系统功能需求进行了分析，提出了满足各级建设单位的工程管理要求，同时服务于现场的作业操作管理以及设备厂家长期的设备维护服务的信息化系统功能要求。

（2）确定了信息化系统设计方案，并对信息化系统软件进行搭建。

（3）实现了信息化系统，并进行了现场试用测试，验证了系统的实用性、有效性和稳定性。