基于Google Earth的高速公路樁基施工可視化管理系統(tǒng)

韋 偉，任高峰，侯立波，胡仲春

(1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，武漢 430070;2.中鐵十四局集團(tuán)有限公司，濟(jì)南 250014)

基于Google Earth的高速公路樁基施工可視化管理系統(tǒng)

韋 偉1，任高峰1，侯立波2，胡仲春2

(1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，武漢 430070;2.中鐵十四局集團(tuán)有限公司，濟(jì)南 250014)

針對(duì)高速公路具有明顯的地理特征，其橋梁樁基施工存在較大不確定性和較高風(fēng)險(xiǎn)的問(wèn)題，使用SQL server 2008數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)和存儲(chǔ)，在Visual Studio 2010平臺(tái)上采用C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了“基于Google Earth的高速公路樁基施工可視化管理系統(tǒng)”。該系統(tǒng)應(yīng)用于江羅高速14標(biāo)橋梁樁基施工管理中，實(shí)現(xiàn)樁基施工質(zhì)量、現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度和施工安全的可視化、數(shù)字化、信息化管理，提升了施工企業(yè)信息化管理水平。

Google Earth； 高速公路； 樁基施工； 可視化管理

樁基施工質(zhì)量關(guān)系到橋梁的整體結(jié)構(gòu)，是高速公路橋梁建設(shè)成敗的關(guān)鍵因素之一[1]。在樁基施工過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的施工信息，反應(yīng)施工狀態(tài)、進(jìn)度、質(zhì)量、資金等信息。傳統(tǒng)的以人工為主的施工管理模式已逐漸不能滿(mǎn)足大型復(fù)雜工程施工管理的要求[2]。在計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)非常發(fā)達(dá)的前提下，施工管理發(fā)展的趨勢(shì)要求施工單位引入現(xiàn)代化的信息管理軟件代替一部分人工進(jìn)行管理。

Google Earth是對(duì)真實(shí)地球的數(shù)字化、虛擬化、可視化的描述和重現(xiàn)，其海量的地理數(shù)據(jù)構(gòu)成了具有多分辨率、多視角和3D性能的顯示平臺(tái)，數(shù)據(jù)以KML格式存儲(chǔ)，允許導(dǎo)入和導(dǎo)出，提供應(yīng)用程序接口Google Earth API，支持二次開(kāi)發(fā)功能[3]。儲(chǔ)誠(chéng)誠(chéng)、楊新林[4, 5]等人運(yùn)用編程語(yǔ)言對(duì)Google Earth進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，成功應(yīng)用于高速公路工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)可視化管理、鐵路工程地質(zhì)勘察等領(lǐng)域。探討在Visual Studio 2010平臺(tái)上開(kāi)發(fā)樁基施工可視化管理系統(tǒng)，充分發(fā)揮Google Earth的優(yōu)勢(shì)，融合復(fù)雜多源的數(shù)據(jù)信息，為施工管理者提供總體直觀(guān)、科學(xué)有效、形象生動(dòng)的樁基施工可視化管理。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)是樁基施工可視化、數(shù)字化、信息化管理方面的一個(gè)初步應(yīng)用，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)必須遵循科學(xué)性、針對(duì)性、實(shí)用性、穩(wěn)定性、開(kāi)放性和界面友好性等原則[6]。在Visual Studio 2010平臺(tái)上采用C#語(yǔ)言對(duì)Google Earth進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，充分利用Google Earth的API和KML技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。系統(tǒng)使用SQL server 2008數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)和存儲(chǔ)，保障系統(tǒng)條理清晰、功能齊全和運(yùn)行安全、穩(wěn)定。

2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

樁基施工管理數(shù)據(jù)主要包括數(shù)字、文字、圖形、圖像和表格等形式的數(shù)據(jù)，主要分為空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)。空間數(shù)據(jù)主要指點(diǎn)、線(xiàn)、面及空間實(shí)體的坐標(biāo)、高程、距離、產(chǎn)狀等信息[7]。在本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，樁基坐標(biāo)是重要的空間數(shù)據(jù)，由于Google Earth采用的是WGS 84坐標(biāo)系統(tǒng)，為了使樁基坐標(biāo)數(shù)據(jù)能夠在Google Earth上進(jìn)行準(zhǔn)確顯示，需要將樁基西安1980坐標(biāo)轉(zhuǎn)為WGS 84坐標(biāo)。設(shè)計(jì)高速公路樁基施工屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括各數(shù)據(jù)庫(kù)的字段、記錄和索引等。經(jīng)過(guò)分析、篩選，屬性數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括：樁基編號(hào)、里程樁號(hào)、鉆孔編號(hào)、樁基坐標(biāo)、設(shè)計(jì)樁徑、設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)、實(shí)際樁長(zhǎng)、樁心偏位、傾斜度、泥漿密度、開(kāi)孔日期、終孔日期、灌注日期、檢樁結(jié)果、技術(shù)人員、設(shè)計(jì)員等[8]。將空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)樁基施工管理多源信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

實(shí)現(xiàn)樁基施工可視化管理關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)庫(kù)在后臺(tái)存儲(chǔ)樁基施工信息，并在Google Earth上以不同的圖標(biāo)顯示與數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)應(yīng)，不同的顏色表示巖溶發(fā)育情況(極強(qiáng)發(fā)育、強(qiáng)發(fā)育、中等發(fā)育、弱發(fā)育)，不同形狀的圖標(biāo)表示施工狀態(tài)(未施工、在施工、已完工)，不同的數(shù)字表示檢樁結(jié)果(I類(lèi)樁、II類(lèi)樁、III類(lèi)樁、IV類(lèi)樁)，如表1所示，更加形象生動(dòng)再現(xiàn)施工場(chǎng)景。

表1 不同圖標(biāo)和顏色含義

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括登錄模塊、項(xiàng)目概況模塊、樁基基本信息模塊、質(zhì)量管理模塊、進(jìn)度管理模塊、安全管理模塊、地圖管理模塊、三維模擬模塊等8大功能模塊，以下針對(duì)實(shí)例應(yīng)用介紹其中的幾個(gè)功能模塊。

3.1 江羅高速公路14標(biāo)概況

廣東省江羅高速公路第14合同標(biāo)段起點(diǎn)里程為K126+200，位于云安縣鎮(zhèn)安鎮(zhèn)牛根樹(shù)村，終點(diǎn)里程為K138+300，位于云安縣鎮(zhèn)安鎮(zhèn)上馬崗村，標(biāo)段全長(zhǎng)12.1 km。該標(biāo)段共設(shè)4個(gè)工區(qū)，橋梁9座總長(zhǎng)2 251.32 m，其中大橋5座，中橋1座，通道橋3座，9座橋梁一共有471根樁基，樁徑為1.2～2.2 m，最短樁長(zhǎng)15 m，最長(zhǎng)樁長(zhǎng)57 m，均采用灌注樁基礎(chǔ)，施工工藝為人工挖孔或沖擊成孔。

3.2 項(xiàng)目概況模塊

項(xiàng)目概況模塊主要分為文本資料信息、圖片資料信息和項(xiàng)目部管理人員信息。文本資料信息主要包括項(xiàng)目背景介紹、橋梁基本信息等；圖片資料主要包括項(xiàng)目組織架構(gòu)圖、地質(zhì)環(huán)境圖、施工現(xiàn)場(chǎng)圖等；項(xiàng)目部管理人員信息包括姓名、年齡、職務(wù)、聯(lián)系方式等基本信息。該模塊方便用戶(hù)快速了解整個(gè)項(xiàng)目概況，用戶(hù)還可上傳更多、更新的圖文資料。

3.3 樁基基本信息模塊

樁基基本信息模塊里包含樁基設(shè)計(jì)信息和成樁信息。樁基設(shè)計(jì)信息主要是從復(fù)雜多源的資料圖紙中提取樁基設(shè)計(jì)的相關(guān)數(shù)據(jù)，成樁是樁基根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范和要求施工建設(shè)好的樁基，其質(zhì)量性能直接影響到橋梁后期運(yùn)營(yíng)的安全[9]。用戶(hù)要了解江羅高速公路14標(biāo)橋梁樁基總體情況，包括地理位置、分布、設(shè)計(jì)、對(duì)應(yīng)鉆孔編號(hào)等。點(diǎn)擊“樁基基本信息”，彈出新窗口，可以詳細(xì)查看樁基設(shè)計(jì)信息和成樁信息。

3.4 質(zhì)量管理模塊

質(zhì)量管理模塊又分為三個(gè)子模塊，分別是樁基鉆孔質(zhì)量控制、溶洞處理記錄和混凝土灌注質(zhì)量控制。采集樁基鉆孔過(guò)程重要質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)，包括孔徑、樁心偏差、傾斜度[10]，生成質(zhì)量控制圖，運(yùn)用判斷規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)異常判斷，系統(tǒng)自動(dòng)提醒預(yù)警，方便管理人員及時(shí)調(diào)整施工方案，將事后控制轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)的事前控制。圖1所示為一種常見(jiàn)的數(shù)據(jù)異常情況。

在鉆孔施工過(guò)程中，如遇到溶洞，對(duì)照鉆孔地質(zhì)柱狀圖，分析溶洞情況，采取針對(duì)性措施進(jìn)行處理，并做好統(tǒng)計(jì)記錄，為工程類(lèi)似問(wèn)題提供決策參考。在混凝土灌注前，檢查混凝土的坍落度、初凝時(shí)間等是否符合相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，并記錄灌注時(shí)間、天氣、實(shí)際砼方量、灌注過(guò)程遇到的問(wèn)題等。

在樁基成樁并且檢測(cè)后，通過(guò)系統(tǒng)可以方便查看檢測(cè)結(jié)果，圖標(biāo)中不同的數(shù)字代表不同的結(jié)果類(lèi)型。用戶(hù)可以形象直觀(guān)地了解整座橋梁樁基的檢測(cè)結(jié)果，分別查看Ⅰ類(lèi)樁、Ⅱ類(lèi)樁、Ⅲ類(lèi)樁、Ⅳ類(lèi)樁的具體分布。點(diǎn)擊樁基圖標(biāo)彈出小窗口顯示其樁基編號(hào)和對(duì)應(yīng)的鉆孔編號(hào)，可進(jìn)一步查看樁基的地質(zhì)情況和施工過(guò)程遇到的問(wèn)題。

3.5 進(jìn)度管理模塊

該模塊從施工總體進(jìn)度、各橋施工進(jìn)度、各樁實(shí)際施工天數(shù)、各樁施工進(jìn)度分析等方面進(jìn)行進(jìn)度分析與管理。用戶(hù)可以查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)一段時(shí)間內(nèi)施工量，統(tǒng)計(jì)每根樁基實(shí)際施工天數(shù)并與計(jì)劃比較，分析樁基施工進(jìn)度(按計(jì)劃完成、比計(jì)劃快、比計(jì)劃慢)。可以通過(guò)柱狀圖形象展示樁基施工總體進(jìn)度，查詢(xún)和了解未施工、在施工、已完工的樁基數(shù)量。該模塊實(shí)現(xiàn)樁基施工狀態(tài)與位置信息、施工場(chǎng)地的可視化，用戶(hù)可以通過(guò)不同形狀的圖標(biāo)了解樁基不同的施工狀態(tài)(未施工、在施工、已完工)，如圖2所示，方便管理者直觀(guān)掌握橋梁樁基施工總體情況和進(jìn)度。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)樁基施工可視化管理的研究及系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，得出以下結(jié)論：

a.Google Earth作為一個(gè)具有海量數(shù)據(jù)的三維瀏覽平臺(tái)，在點(diǎn)多線(xiàn)長(zhǎng)且具有明顯地理特征的公路工程管理中可以發(fā)揮較強(qiáng)的可視化顯示優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)樁基施工的可視化、數(shù)字化、信息化管理，施工管理者可以突破時(shí)空限制，遠(yuǎn)程瀏覽施工三維地圖，及時(shí)了解樁基地質(zhì)情況、施工狀態(tài)以及樁基檢測(cè)結(jié)果，既能從全局上形象直觀(guān)地把握施工進(jìn)度控制，又能詳細(xì)了解每一根樁基的施工信息。

b.根據(jù)樁基施工現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)，自動(dòng)繪制樁基施工關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)控制圖，實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、直觀(guān)了解灌注樁主要質(zhì)量指標(biāo)變化趨勢(shì)，遇到數(shù)據(jù)異常發(fā)出預(yù)警，及時(shí)查找灌注樁施工質(zhì)量波動(dòng)的原因并進(jìn)行改正。確保樁基施工全過(guò)程孔徑、樁心、傾斜度等指標(biāo)符合相關(guān)規(guī)范要求，達(dá)到直觀(guān)地、歷史地和全面地反映和監(jiān)控灌注樁施工過(guò)程質(zhì)量指標(biāo)，為樁基施工質(zhì)量管理提供一種直觀(guān)和科學(xué)的有效工具。

c.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)地理環(huán)境信息、勘察設(shè)計(jì)信息、施工管理信息等多源復(fù)雜信息的融合集成，數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)地理信息、工程地質(zhì)勘察報(bào)告、設(shè)計(jì)圖紙與施工影像資料，方便工程檢查和驗(yàn)收工作的開(kāi)展，減少查找翻閱紙質(zhì)報(bào)告和圖紙等不必要麻煩，提高施工企業(yè)施工效率和信息化管理水平。

[1] 馬 建，孫守增，楊 琦，等.中國(guó)橋梁工程學(xué)術(shù)研究綜述·2014[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào),2014(5):1-96.

[2] 張建平，李 丁，林佳瑞，等.BIM在工程施工中的應(yīng)用[J].施工技術(shù),2012(16):10-17.

[3] 管振德，龐貽鴻.Google Earth在線(xiàn)性工程地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用[J].人民長(zhǎng)江,2012(19):45-47.

[4] 儲(chǔ)誠(chéng)誠(chéng).基于Google Earth的高速公路施工期環(huán)境影響評(píng)價(jià)系統(tǒng)研究[D].中南大學(xué), 2013.

[5] 楊新林，蒲 浩，高 山，等.基于Google Earth的鐵路工程地質(zhì)勘察系統(tǒng)[J].高速鐵路技術(shù),2013(6):19-23.

[6] 陳 濤.基于web的施工總承包企業(yè)材料設(shè)備管理系統(tǒng)研究[J].建材世界,2011(3):131-134.

[7] 張 剛，楊 昕，湯國(guó)安.GIS軟件的空間分析功能比較[J].南京師范大學(xué)學(xué)報(bào)：工程技術(shù)版,2013, 13(2):41-47.

[8] 廖立堅(jiān)，王雨權(quán)，蔣 鵬.鐵路橋梁地質(zhì)圖形的反演算法研究[J].鐵道學(xué)報(bào),2013, 35(7): 96-101.

[9] 蔣向軍，沈永剛，張明軒.人工挖孔灌注樁的施工質(zhì)量控制[J].工程質(zhì)量A版,2012, 30(9):76-79.

[10]劉 氚.大直徑嵌巖樁鉆孔施工樁孔偏斜預(yù)防及斜孔后處理措施[J].建材世界,2010(1): 66-69.

AVisual Construction Management System for Pile Foundation of Highway Based on Google Earth

WEI Wei1,REN Gao-feng1,HOU Li-bo2,HU Zhong-chun2

(1.School of Resource and Environmental Engineering, Wuhan University of Technology，Wuhan 430070,China;2.China Railway 14th Group Corporation, Jinan 250014, China)

In view of the problem that highway has obvious geographical characteristics, and its pile foundation construction is of great uncertainty and high risks, using SQL server 2008 for database design and storage, a Visual Construction Management System for Pile Foundation of Highway Based on Google Earth has been developed by using C# on Visual Studio 2010.Then the Management System is used in the pile foundation construction management of the 14th section in Jiang-luo Highway.The visual, digital and informationalized management of construction quality, construction schedule and construction safety for pile foundation have come true.So it can enhance the level of information management of the construction enterprise.

google earth; highway; pile foundation construction; visual management

10.3963/j.issn.1674-6066.2015.02.020

2015-03-03.

難動(dòng)用資源高效開(kāi)采及采動(dòng)損害控制技術(shù)(2014-Ⅶ-023)和隱患資源采動(dòng)損害機(jī)理基礎(chǔ)問(wèn)題探究(2014-Ⅳ-140).

韋 偉(1989-)，碩士生.E-mail:237749545@qq.com