智能混凝土工廠的發展與研究

王旭輝

（中國鐵建重工集團股份有限公司，湖南 長沙 410100）

預拌混凝土在建筑行業、工程建設行業的發展過程中起著重要的應用。隨著建筑量及基建量的不斷增加，對預拌混凝土的需求量也在不斷提升?；炷列袠I持續高速增長，要想更好地實現綠色發展目標，就必須對預拌混凝土的各個環節進行智能化管控、現代化管理，才能夠有效地促進預拌混凝土行業綠色發展，大力發展與研究智能混凝土工廠也勢在必行。

1 目前混凝土行業存在的問題

（1）混凝土生產、制造運輸的各工序關聯性不強。

混凝土施工產業鏈普遍存在工地和攪拌站溝通效率低、成本高；工地不清楚訂單的車輛狀態和執行狀態；生產調度隨性、車輛利用率低，不是工地長時間壓車、浪費嚴重，就是工地滿意率低；混凝土坍落度變化大、質量波動大等難點和痛點。各工序、人員、設備互不關聯，造成效率低下，人員、材料、設備浪費。

（2）原材料質量不穩定。

以機制骨料為例，目前市場砂石裝備產品智能化程度不高，過程管控不嚴格，部分毛料質量不過關，原材料質量受人員、設備、天氣等因素影響不穩定較多。濕法制砂中，造成級配不足、水資源浪費、經濟性不強；干法制砂中，對于含粉不可控，質量不穩定。在存儲運輸過程含水率、含粉量變更大，對后續混凝土生產質量穩定造成影響。尤其是生產高性能或高標號混凝土時，穩定、高品質的原材料質量更是尤為重要。

（3）混凝土實驗室人員水平層次不齊，導致檢測不穩定。

目前混凝土原材料質量入庫前檢查完全靠實驗室人員人工檢測與復測，檢測項目多，時間周期長，且取料點、溫度、濕度對結果影響也較大。部分人員專業能力不足，對原材料質量評定不專業，造成后期混凝土質量不可靠。

（4）混凝土裝備技術含量不高，信息化水平不高。

混凝土全產業鏈涉及砂石骨料裝備、混凝土攪拌站、混凝土輸送車、泵車、混凝土噴射臺車等。部分裝備還僅是實現生產功能，在節能高效、綠色環保、自動控制方面還不足，尤其是涉及建材行業的中小型砂石骨料裝備細節設計不足，針片狀、模數不達標，含粉量高、效能低下、產能隨機作業。部分泵送產品不能根據混凝土實時坍落度調整泵送連續性，造成堵管等?；炷凛斔蛙囄磁鋫浞Q重或數字雷達系統、未實時響應調度等，造成誤送、延誤、浪費。

（5）混凝土生產污染嚴重，綠色環保性不高。

目前在混凝土攪拌站中主要靠全封裝或半封裝，除塵方式仍采用傳統的機械式較多，主動除塵效果不佳，且不易清理?；静辉O置車輛除泥、防尾氣、防道路二次污染。在骨料加工工廠對粉塵處理、污水處理還未有經濟實效的方案，對于回收后的污染物也未有合適的處理及再生方案。

2 智能混凝土工廠的研究

2.1 基于5G的高端制造裝備體系

2.1.1 原材料裝備（砂石骨料）

基于混凝土質量的主要涉及含泥、含粉、針片狀、細度模數、硬度等主要指標，配置自動效能調節、含泥含粉智能測定、基本故障自排除、模數自匹配，均在自動化生產設備中加以實測與控制，通過自動控制、自動調整與混凝土攪拌工藝實時配合，以達到質量穩定可控。同時在混凝土生產過程中根據溫度、濕度實時監控與調整。與混凝土攪拌站建立協同。

2.1.2 混凝土攪拌裝備

配置溫度、濕度、坍落度智能測定，以綠色環保智能提升為目標，（1）基于SolidWorks軟件和ANSYS有限元分析軟件，對混凝土攪拌站系列產品大規模幾何建模技術進行研究，搭建了攪拌站數字化和模塊化快速集成設計制造的技術平臺。（2）智能稱量，以自適應計量為主，小方量、變方量也能適時滿足計量精度要求。（3）高效攪拌，根據不同混凝土坍落度、塑硬性要求，變頻調整攪拌速度、卸料流量與時序。（4）實時監控混凝土當盤狀態，實時形成可視數據。與所有上下游人、機、物建立協同。

2.1.3 混凝土輸送裝備

在運輸過程中建立運輸控制模型，基于VBA的參數化設計系統，根據出機混凝土的實時信息（配比、坍落度、溫度等）及運輸信息（方量、輸送距離、路況信息等）計算防離析度并建立勻質性模型。與混凝土攪拌站建立協同。

2.1.4 混凝土泵送裝備

在泵送過程中建立泵送控制模型，將臂架智能規劃技術融入當今先進的技術，包括圖像識別、專家系統、軌跡規劃、未端定位及其他復雜控制技術,根據混凝土狀態（運輸目的地后實時信息，坍落度、溫度等）、泵送裝備的壓力、發動機功率曲線、電流等建立泵送連續性模型。與混凝土攪拌站、混凝土輸送裝備建立協同（見圖1）。

2.1.5 綠色環保裝備

圖1 混凝土泵送控制模型

圖2 太陽能污水處理系統

解決混凝土全過程的“三廢一噪”，從全局出發綜合治理，配置車輛、設備自感應清洗、自動實時檢測局部設備、整體場地含粉量及噪音智能調定，自動污水回用與深加工，做到全回用、零排放與安全排放。建立空間與溫度模型，利用再生能源，如太陽能、風能等助力污水處理，同時保證環境工況恒定。與所有裝備建立協同（見圖2）。

基于5G網絡打造的遠程遙控智能鏟裝載機，其操控距離可達到2000km。在遠距離操縱、無人駕駛、能按照指令自主施工等設備的研制，以及在產品智能化、工業技術智能化等方面，智能混凝土工廠建立在高端制造裝備體系之上。

2.2 重構的工業生產流程

由多人作業變為少人或無人作業；由人工或電話處理訂單計劃變為在線下單、在線支付、在線對賬；客戶或施工現場可視化了解生產進度、配料物料進度；所有生產裝備自動智能，實時混凝土質量提醒及處理、設備故障提醒及處理、配比自應應調整等。建立大數據平臺，由人工控制生產流程，轉變為自動智能工業生產流程。

2.3 基于萬物互聯的信息化

5G時代是移動智能化和數據高速處理的時代，物聯網及自動化解決方案是未來工程機械行業的發展趨勢?；?G技術建立萬物互聯，建立統一的通信標準，實現設備之間的動態數據交互，實現可視化、實時化管理。同時，實時掌握混凝土設備的工作狀態，以及各類故障信息，更加智能化、無人化（見圖3）。

圖3 物聯網云平臺

智能混凝土工廠采用先進的智能控制系統與ERP管理系統、IOT系統，做到了互聯互通，混凝土生產與實際業務流程相結合，逐步采用先進的射頻識別技術（RFID）、傳感器技術、納米技術、智能嵌入技術、全球定位系統等，支持手機APP、云服務、云計算功能。

3 結束語

自動化、智能化是發展的必須趨勢?；?G的高速發展，混凝土行業結合混凝土制造業全流程的特點，在產品的全生命周期內實現信息深度自感知（全面傳感）、智慧優化自決策（優化決策）、精準控制自執行（安全執行），才是真正的智能型混凝土工廠。