智能混凝土工厂的发展与研究

王旭辉

（中国铁建重工集团股份有限公司，湖南 长沙 410100）

预拌混凝土在建筑行业、工程建设行业的发展过程中起着重要的应用。随着建筑量及基建量的不断增加，对预拌混凝土的需求量也在不断提升。混凝土行业持续高速增长，要想更好地实现绿色发展目标，就必须对预拌混凝土的各个环节进行智能化管控、现代化管理，才能够有效地促进预拌混凝土行业绿色发展，大力发展与研究智能混凝土工厂也势在必行。

1 目前混凝土行业存在的问题

（1）混凝土生产、制造运输的各工序关联性不强。

混凝土施工产业链普遍存在工地和搅拌站沟通效率低、成本高；工地不清楚订单的车辆状态和执行状态；生产调度随性、车辆利用率低，不是工地长时间压车、浪费严重，就是工地满意率低；混凝土坍落度变化大、质量波动大等难点和痛点。各工序、人员、设备互不关联，造成效率低下，人员、材料、设备浪费。

（2）原材料质量不稳定。

以机制骨料为例，目前市场砂石装备产品智能化程度不高，过程管控不严格，部分毛料质量不过关，原材料质量受人员、设备、天气等因素影响不稳定较多。湿法制砂中，造成级配不足、水资源浪费、经济性不强；干法制砂中，对于含粉不可控，质量不稳定。在存储运输过程含水率、含粉量变更大，对后续混凝土生产质量稳定造成影响。尤其是生产高性能或高标号混凝土时，稳定、高品质的原材料质量更是尤为重要。

（3）混凝土实验室人员水平层次不齐，导致检测不稳定。

目前混凝土原材料质量入库前检查完全靠实验室人员人工检测与复测，检测项目多，时间周期长，且取料点、温度、湿度对结果影响也较大。部分人员专业能力不足，对原材料质量评定不专业，造成后期混凝土质量不可靠。

（4）混凝土装备技术含量不高，信息化水平不高。

混凝土全产业链涉及砂石骨料装备、混凝土搅拌站、混凝土输送车、泵车、混凝土喷射台车等。部分装备还仅是实现生产功能，在节能高效、绿色环保、自动控制方面还不足，尤其是涉及建材行业的中小型砂石骨料装备细节设计不足，针片状、模数不达标，含粉量高、效能低下、产能随机作业。部分泵送产品不能根据混凝土实时坍落度调整泵送连续性，造成堵管等。混凝土输送车未配备称重或数字雷达系统、未实时响应调度等，造成误送、延误、浪费。

（5）混凝土生产污染严重，绿色环保性不高。

目前在混凝土搅拌站中主要靠全封装或半封装，除尘方式仍采用传统的机械式较多，主动除尘效果不佳，且不易清理。基本不设置车辆除泥、防尾气、防道路二次污染。在骨料加工工厂对粉尘处理、污水处理还未有经济实效的方案，对于回收后的污染物也未有合适的处理及再生方案。

2 智能混凝土工厂的研究

2.1 基于5G的高端制造装备体系

2.1.1 原材料装备（砂石骨料）

基于混凝土质量的主要涉及含泥、含粉、针片状、细度模数、硬度等主要指标，配置自动效能调节、含泥含粉智能测定、基本故障自排除、模数自匹配，均在自动化生产设备中加以实测与控制，通过自动控制、自动调整与混凝土搅拌工艺实时配合，以达到质量稳定可控。同时在混凝土生产过程中根据温度、湿度实时监控与调整。与混凝土搅拌站建立协同。

2.1.2 混凝土搅拌装备

配置温度、湿度、坍落度智能测定，以绿色环保智能提升为目标，（1）基于SolidWorks软件和ANSYS有限元分析软件，对混凝土搅拌站系列产品大规模几何建模技术进行研究，搭建了搅拌站数字化和模块化快速集成设计制造的技术平台。（2）智能称量，以自适应计量为主，小方量、变方量也能适时满足计量精度要求。（3）高效搅拌，根据不同混凝土坍落度、塑硬性要求，变频调整搅拌速度、卸料流量与时序。（4）实时监控混凝土当盘状态，实时形成可视数据。与所有上下游人、机、物建立协同。

2.1.3 混凝土输送装备

在运输过程中建立运输控制模型，基于VBA的参数化设计系统，根据出机混凝土的实时信息（配比、坍落度、温度等）及运输信息（方量、输送距离、路况信息等）计算防离析度并建立匀质性模型。与混凝土搅拌站建立协同。

2.1.4 混凝土泵送装备

在泵送过程中建立泵送控制模型，将臂架智能规划技术融入当今先进的技术，包括图像识别、专家系统、轨迹规划、未端定位及其他复杂控制技术,根据混凝土状态（运输目的地后实时信息，坍落度、温度等）、泵送装备的压力、发动机功率曲线、电流等建立泵送连续性模型。与混凝土搅拌站、混凝土输送装备建立协同（见图1）。

2.1.5 绿色环保装备

图1 混凝土泵送控制模型

图2 太阳能污水处理系统

解决混凝土全过程的“三废一噪”，从全局出发综合治理，配置车辆、设备自感应清洗、自动实时检测局部设备、整体场地含粉量及噪音智能调定，自动污水回用与深加工，做到全回用、零排放与安全排放。建立空间与温度模型，利用再生能源，如太阳能、风能等助力污水处理，同时保证环境工况恒定。与所有装备建立协同（见图2）。

基于5G网络打造的远程遥控智能铲装载机，其操控距离可达到2000km。在远距离操纵、无人驾驶、能按照指令自主施工等设备的研制，以及在产品智能化、工业技术智能化等方面，智能混凝土工厂建立在高端制造装备体系之上。

2.2 重构的工业生产流程

由多人作业变为少人或无人作业；由人工或电话处理订单计划变为在线下单、在线支付、在线对账；客户或施工现场可视化了解生产进度、配料物料进度；所有生产装备自动智能，实时混凝土质量提醒及处理、设备故障提醒及处理、配比自应应调整等。建立大数据平台，由人工控制生产流程，转变为自动智能工业生产流程。

2.3 基于万物互联的信息化

5G时代是移动智能化和数据高速处理的时代，物联网及自动化解决方案是未来工程机械行业的发展趋势。基于5G技术建立万物互联，建立统一的通信标准，实现设备之间的动态数据交互，实现可视化、实时化管理。同时，实时掌握混凝土设备的工作状态，以及各类故障信息，更加智能化、无人化（见图3）。

图3 物联网云平台

智能混凝土工厂采用先进的智能控制系统与ERP管理系统、IOT系统，做到了互联互通，混凝土生产与实际业务流程相结合，逐步采用先进的射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术、全球定位系统等，支持手机APP、云服务、云计算功能。

3 结束语

自动化、智能化是发展的必须趋势。基于5G的高速发展，混凝土行业结合混凝土制造业全流程的特点，在产品的全生命周期内实现信息深度自感知（全面传感）、智慧优化自决策（优化决策）、精准控制自执行（安全执行），才是真正的智能型混凝土工厂。