信息化管理模式下提升高速鐵路混凝土品質(zhì)的探討

蔡榮喜 王磊

（1.武九鐵路客運專線湖北有限責(zé)任公司安全質(zhì)量部，武漢 430000；2.中鐵十一局集團(tuán)第四工程有限公司，武漢 430074）

混凝土品質(zhì)是高速鐵路工程建設(shè)質(zhì)量控制的一個重要基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)，是關(guān)系到橋梁、隧道等實體結(jié)構(gòu)質(zhì)量和安全的關(guān)鍵所在。隨著鐵路混凝土生產(chǎn)工藝從人工拌和到機(jī)械拌和，再到混凝土拌和站集中拌和，對混凝土品質(zhì)的要求也從普通混凝土到耐久性混凝土，再到高性能混凝土。

提升混凝土品質(zhì)是目前高速鐵路建設(shè)的實際需要，TB 10424—2018《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》[1]、Q/CR 9207—2017《鐵路混凝土工程施工技術(shù)規(guī)程》[2]、GB 50164—2011[3]《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》、TB/T 3275—2018《鐵路混凝土》[4]中均提出對混凝土工程應(yīng)采用先進(jìn)、成熟、科學(xué)的理念，優(yōu)化質(zhì)量控制體系，引入先進(jìn)的檢測技術(shù)和手段，突出質(zhì)量控制關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但在具體實際操作方法和運用方面仍存在問題。一方面由于混凝土品質(zhì)不高造成泵送、振搗等效果不理想，混凝土強(qiáng)度不合格、外觀質(zhì)量不佳、結(jié)構(gòu)物的色差較大等問題較為常見，且未得到充分重視；另一方面以大型機(jī)械配套隧道智能化建造技術(shù)為代表的高速鐵路創(chuàng)新施工工藝也對混凝土品質(zhì)提出了更高的要求。造成混凝土品質(zhì)不高的原因主要有混凝土原材料質(zhì)量波動較大、生產(chǎn)過程管控不嚴(yán)等[5]。要解決這些問題，就必須通過必要的管理和技術(shù)措施，確?；炷疗焚|(zhì)在合格的基礎(chǔ)上，保持合理的穩(wěn)定狀態(tài)[6]。

在“智能制造”的國家戰(zhàn)略號召下，鐵路行業(yè)正經(jīng)歷著信息化、智能化的發(fā)展浪潮，信息化、智能化技術(shù)與高速鐵路建造技術(shù)的融合，將全面提升鐵路建設(shè)的效率與管理水平，促進(jìn)鐵路建設(shè)向“智能建造”轉(zhuǎn)變[7]。為此在鄭萬高速鐵路湖北段的建設(shè)過程中，武九鐵路客運專線湖北有限責(zé)任公司利用信息化管理模式，對如何提升混凝土品質(zhì)進(jìn)行了一些探索和研究。

1 提升混凝土品質(zhì)的管理措施

1.1 全面升級混凝土拌和站質(zhì)量管理信息系統(tǒng)

武九鐵路客運專線湖北有限責(zé)任公司開發(fā)了混凝土拌和站質(zhì)量管理信息系統(tǒng)（簡稱信息系統(tǒng)），全面升級并建立了高速鐵路混凝土質(zhì)量管理體系，見表1。新的信息系統(tǒng)在原有中國鐵路總公司工程管理中心開發(fā)的拌和站信息系統(tǒng)（2013版）基礎(chǔ)上新增了8項功能。該系統(tǒng)將混凝土生產(chǎn)、質(zhì)量檢測和澆筑施工有機(jī)結(jié)合起來，實現(xiàn)了對混凝土品質(zhì)的全流程、全參數(shù)、全指標(biāo)的信息化實時監(jiān)控、動態(tài)管理，見圖1。

表1 新舊信息系統(tǒng)功能對比

圖1 混凝土品質(zhì)管理體系流程

1.2 利用大數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)智能化管理

Q/CR 9207—2017中提出積極運用信息化手段，對混凝土生產(chǎn)的全過程進(jìn)行管理。本信息系統(tǒng)的主要功能包括：①利用遠(yuǎn)程信息傳輸技術(shù)，對混凝土生產(chǎn)、質(zhì)量檢測、澆筑施工的全部數(shù)據(jù)進(jìn)行自動采集、實時上傳；②完成對現(xiàn)場任務(wù)的發(fā)起、下發(fā)、試驗檢測交互、拌和操作等環(huán)節(jié)的管控、風(fēng)險分析與預(yù)警；③建立基于大數(shù)據(jù)和云平臺的混凝土品質(zhì)管理數(shù)據(jù)庫，解決了“信息孤島”問題，有效地實現(xiàn)了人員、設(shè)備、材料、資質(zhì)等的統(tǒng)一管理，促進(jìn)了各方面多元數(shù)據(jù)的融合與分析利用；④利用多元化數(shù)據(jù)采集、實時的大數(shù)據(jù)分析對存在的質(zhì)量問題進(jìn)行智能識別判定，自動生成問題庫；⑤根據(jù)問題對混凝土品質(zhì)的影響程度和問題整改效果進(jìn)行智能分析、量化扣分、自動考核。本信息系統(tǒng)為提升混凝土品質(zhì)提供了可靠的解決方法。比如，混凝土出機(jī)后，系統(tǒng)會根據(jù)采集到的計量誤差、溫度等質(zhì)量參數(shù)，自動與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，自動判別是否滿足要求，不滿足則自動判定問題性質(zhì)和級別。系統(tǒng)據(jù)此自動篩選人員數(shù)據(jù)并且智能選定相關(guān)人員，然后向其發(fā)送報警或預(yù)警信息。嚴(yán)重的質(zhì)量問題，系統(tǒng)將暫停生產(chǎn)程序等待解決。同時，系統(tǒng)將質(zhì)量信息自動錄入發(fā)車單及其二維碼中。

2 提升混凝土品質(zhì)的技術(shù)措施

2.1 原材料質(zhì)量控制

2.1.1 嚴(yán)格檢測過程控制

對原材料進(jìn)場驗收、取樣檢測、出具檢測報告的全部環(huán)節(jié)，實行嚴(yán)格的信息化流程管控，只有在上一個環(huán)節(jié)完成并滿足要求后，才能進(jìn)入下一步檢測環(huán)節(jié)。進(jìn)場驗收合格后，才能進(jìn)行原材料檢測委托；確認(rèn)檢測委托滿足要求后，才能生成檢測任務(wù)，進(jìn)行取樣檢測；試驗檢測滿足要求后，才能自動生成檢測報告；生成報告后才能自動生成和打印帶二維碼的材料標(biāo)識牌（圖2），無標(biāo)識的原材料無法完成掃碼核對，也就無法使用。檢測不合格時，材料會自動標(biāo)識“不合格”，也無法使用。所有檢測過程全部采取視頻實時監(jiān)控，全部檢測數(shù)據(jù)自動采集并實時上傳到信息系統(tǒng)，確保了檢測數(shù)據(jù)的真實性，徹底杜絕了以往未經(jīng)檢測就出具檢測報告和編制虛假報告的現(xiàn)象。

圖2 帶二維碼的原材料標(biāo)識牌

2.1.2 建立混凝土生產(chǎn)前復(fù)核制度

將原材料儲存?zhèn)}、粉料儲存罐與對應(yīng)的混凝土拌和機(jī)進(jìn)行綁定。在混凝土生產(chǎn)前，通過二維碼技術(shù)確保使用的原材料質(zhì)量合格且與施工配合比要求完全一致，見圖3。原材料不合格或與施工配合比要求不一致時，將無法生產(chǎn)混凝土。同時自動采集每盤混凝土的材料用量，建立材料實時銷號臺賬，并按批與材料進(jìn)場數(shù)量進(jìn)行核對，監(jiān)控是否有超批量使用現(xiàn)象，從源頭上解決了原材料未檢先用、超批量使用和使用不合格材料等問題。

圖3 原材料自動掃碼核對

2.1.3 嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量波動范圍

混凝土配合比按照J(rèn)GJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》[8]設(shè)計。以配合比設(shè)計時采用的質(zhì)量指標(biāo)值為合格標(biāo)準(zhǔn)值，對外加劑含固量逐批進(jìn)行檢測，凡與合格標(biāo)準(zhǔn)值之差超出規(guī)定范圍的一律不允許進(jìn)場；對粉煤灰的玻璃微珠含量、減水劑的減水率逐批進(jìn)行檢測，凡低于合格標(biāo)準(zhǔn)值的一律不準(zhǔn)進(jìn)場；以配合比設(shè)計時的粗骨料級配曲線為標(biāo)準(zhǔn)級配曲線，每班混凝土生產(chǎn)前，在檢測骨料含水率的基礎(chǔ)上增加測定單粒級粗骨料的實際級配，并調(diào)整摻配比例使實際連續(xù)級配曲線與標(biāo)準(zhǔn)級配曲線基本一致，其差值不得超過允許范圍。

2.2 強(qiáng)制管控影響混凝土品質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

2.2.1 強(qiáng)化首盤混凝土拌和物性能鑒定

TB 10424—2018要求首盤混凝土必須進(jìn)行質(zhì)量鑒定。首盤混凝土生產(chǎn)完成后，信息系統(tǒng)將自動生成拌和物性能鑒定任務(wù)，在監(jiān)理人員的現(xiàn)場監(jiān)督下（拍攝并上傳視頻），由試驗員對混凝土出機(jī)溫度、含氣量、塌落度、泌水率、和易性等拌和物性能指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場檢測。現(xiàn)場檢測后試驗員登錄拌和站質(zhì)量管理平臺手機(jī)APP，在首盤鑒定中將檢測的數(shù)據(jù)輸入后提交，檢測結(jié)果實時傳送至信息系統(tǒng)，報旁站監(jiān)理確認(rèn)。監(jiān)理同樣登錄拌和站質(zhì)量管理平臺手機(jī)APP，在生產(chǎn)任務(wù)中找到提交的任務(wù)信息，進(jìn)行確認(rèn)并提交。信息系統(tǒng)對首盤鑒定檢測結(jié)果按照設(shè)定規(guī)則自動判斷混凝土拌和物性能是否滿足要求（圖4），滿足要求時繼續(xù)生產(chǎn)；如不滿足要求，信息系統(tǒng)自動向混凝土拌和站、實驗室、監(jiān)理等發(fā)出報警，并發(fā)送至問題庫；同時自動強(qiáng)制暫?；炷辽a(chǎn)任務(wù)；待混凝土拌和站收到試驗室調(diào)整或重出的施工配料單后，才能重新啟動生產(chǎn)，并繼續(xù)進(jìn)行首盤鑒定，直至混凝土拌和物性能滿足要求。

圖4 首盤混凝土拌和物性能鑒定結(jié)果

2.2.2 混凝土品質(zhì)預(yù)先智能化控制

在混凝土生產(chǎn)過程中，利用信息系統(tǒng)對材料計量偏差、混凝土攪拌時間、出機(jī)溫度等直接影響混凝土品質(zhì)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，按照單盤和單車數(shù)據(jù)，全部進(jìn)行全程自動監(jiān)控，監(jiān)控結(jié)果同步上傳。同時按照混凝土品質(zhì)要求，自動智能判斷是否存在異?；虿缓细駭?shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)異?；虿缓细駭?shù)據(jù)時，信息系統(tǒng)實時將預(yù)警信息自動發(fā)送至相關(guān)人員，并同時納入問題庫管理。相關(guān)操作和管控人員收到預(yù)警信息后，第一時間進(jìn)行處理，確?；炷疗焚|(zhì)。

2.2.3 優(yōu)化發(fā)車單管理

整車混凝土生產(chǎn)完成后，信息系統(tǒng)自動生成發(fā)車單，操作手通過拌和站質(zhì)量管理平臺查詢并打印，見圖5。發(fā)車單上的二維碼包含了生產(chǎn)任務(wù)單、施工配料單、混凝土生產(chǎn)記錄等數(shù)據(jù)，包括異常數(shù)據(jù)和不合格數(shù)據(jù)；同時在發(fā)車單備注欄中對異常數(shù)據(jù)和不合格數(shù)據(jù)進(jìn)行明確提示。

圖5 帶二維碼的混凝土發(fā)車單

2.3 強(qiáng)化現(xiàn)場監(jiān)控

2.3.1 嚴(yán)格控制澆筑現(xiàn)場的混凝土品質(zhì)

混凝土運輸至施工現(xiàn)場后，由現(xiàn)場旁站監(jiān)理逐車掃描發(fā)車單上的二維碼，對混凝土品質(zhì)進(jìn)行驗收。掃描結(jié)果實時發(fā)送至信息系統(tǒng)，由其自動核對、確認(rèn)運輸時間、混凝土強(qiáng)度等級、混凝土品質(zhì)等信息；確認(rèn)滿足要求后方可用于澆筑和試件制作。存在異常數(shù)據(jù)時，必須按照要求進(jìn)行現(xiàn)場檢測，確認(rèn)混凝土品質(zhì)實際情況，并判斷是否滿足要求，避免將品質(zhì)不合格或存在質(zhì)量隱患的混凝土用于工程實體。

2.3.2 確保混凝土試件的真實性和代表性

混凝土試件的真實性和代表性是直接決定混凝土品質(zhì)判定結(jié)果是否與工程實體質(zhì)量一致的關(guān)鍵所在。TB 10424—2018明確規(guī)定混凝土試件在施工現(xiàn)場制作。從試件制作到試件試驗，采取全程二維碼標(biāo)識，以保證混凝土制作真實性、品質(zhì)判定結(jié)果準(zhǔn)確性。具體做法：混凝土試件二維碼在混凝土生產(chǎn)任務(wù)下發(fā)時，由信息系統(tǒng)自動隨機(jī)生成；試件制作時用不可逆方法進(jìn)行標(biāo)注，在試件拆模、養(yǎng)護(hù)、試驗等每個環(huán)節(jié)均須掃碼復(fù)核混凝土品質(zhì)信息，并由系統(tǒng)自動判定混凝土品質(zhì)信息是否前后一致，以確保試件的真實性和代表性。

3 混凝土品質(zhì)提升效果

在鄭萬高速鐵路湖北段一年多的建設(shè)實踐中，通過采取上述管理和技術(shù)措施，混凝土品質(zhì)有了顯著提高。與未采用本信息系統(tǒng)進(jìn)行管理的武九客運專線湖北段項目進(jìn)行橫向?qū)Ρ龋ū?），本項目各組試件的混凝土強(qiáng)度均大幅下降，綜合標(biāo)準(zhǔn)差下降了59.6%。采用信息系統(tǒng)進(jìn)行管理后，本項目2019年各強(qiáng)度等級的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差均比采用前（2018年）有所下降，見表3。

表2 綜合標(biāo)準(zhǔn)差橫向?qū)Ρ?/p>

表3 2018年和2019年度綜合標(biāo)準(zhǔn)差比較

4 結(jié)語

在鄭萬高速鐵路湖北段的建設(shè)實踐中，引入互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)新理念，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，實現(xiàn)了對混凝土生產(chǎn)和使用進(jìn)行全過程、全覆蓋的管理前置或事先控制；實現(xiàn)了對高速鐵路混凝土品質(zhì)的信息化管理；創(chuàng)新了高速鐵路混凝土質(zhì)量管理模式，有效提升了高速鐵路混凝土的品質(zhì)。

在該工程的建設(shè)過程中，發(fā)現(xiàn)還存在各施工單位的混凝土品質(zhì)參差不齊、管理水平和評價體系不完善、信息系統(tǒng)管控力度不夠等問題，須在今后的工作中不斷探索優(yōu)化。