高速公路隧道試驗檢測信息化管理系統(tǒng)研究及應(yīng)用

熊雅文,王頒法,羅宏偉,蘭 天

(1.廣西交投科技有限公司,廣西 南寧 530022;2.廣西交通投資集團百色高速公路運營有限公司,廣西 百色 533099)

0 引言

“十四五”規(guī)劃進一步加快了廣西高速公路網(wǎng)的擴張,隧道工程建設(shè)呈現(xiàn)井噴式增長勢態(tài),給隧道工程建設(shè)管理帶來巨大挑戰(zhàn),對檢驗檢測信息化工作提出了更高的要求。如何充分發(fā)揮監(jiān)控量測和超前地質(zhì)預(yù)報的施工指導(dǎo)作用,統(tǒng)籌管理區(qū)域性隧道建設(shè)工程質(zhì)量,是現(xiàn)階段面臨的巨大挑戰(zhàn)。

現(xiàn)有關(guān)于在建隧道試驗檢測信息化系統(tǒng)研究主要集中在監(jiān)控量測、超前地質(zhì)預(yù)報等方面:張勇、楊紹戰(zhàn)、雷軍軍、陳兵兵等[1-4]在隧道監(jiān)控量測信息化系統(tǒng)研究方面做了大量工作;郭安福、孟陸波等、李濤等[5-8]?；谖锫?lián)網(wǎng)、云計算,構(gòu)建了隧道工作面地質(zhì)信息管理平臺,實現(xiàn)了隧道工作面地質(zhì)信息化管理。鄧人溦[9]充分利用現(xiàn)有的信息、技術(shù)和資源,就鐵路隧道襯碩質(zhì)量與病害信息管理系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)做了較為深入的研究。

現(xiàn)有研究側(cè)重于從技術(shù)層面實現(xiàn)監(jiān)控量測、超前地質(zhì)預(yù)報和質(zhì)量檢測信息化,但未結(jié)合第三方試驗檢測機構(gòu)質(zhì)量體系管理和項目管理需求,而根據(jù)交通運輸部《公路水運工程試驗檢測管理辦法》,隧道工程試驗檢測必須由具備相應(yīng)試驗檢測資質(zhì)的單位實施,導(dǎo)致現(xiàn)有系統(tǒng)無法滿足檢測單位的生產(chǎn)需要。本文設(shè)計開發(fā)了高速公路隧道試驗檢測信息化管理系統(tǒng),滿足專業(yè)檢測機構(gòu)質(zhì)量體系管理和項目管理需求的基礎(chǔ)上,具備數(shù)據(jù)溝通及時、安全預(yù)警反饋及時、質(zhì)量檢測問題閉環(huán)管理等一系列優(yōu)勢,該系統(tǒng)在樂業(yè)至望謨高速公路NO.2合同段壩巖寨2號隧道建設(shè)項目中試運行,取得了良好的效果。

1 需求分析

1.1 存在的問題

目前公路隧道試驗檢測主要存在以下問題:

(1)隧道試驗檢測管理信息化程度不足。盡管有部分單位實現(xiàn)了儀器設(shè)備信息化管理,但與試驗檢測相關(guān)的人員、質(zhì)量、安全、技術(shù)等方面管理仍然依賴大量的人工干預(yù),難以形成全方位覆蓋的信息化管理體系。

(2)公路隧道試驗檢測項目以現(xiàn)場檢測為主,項目分散,人員技術(shù)水平參差不齊,難以做到統(tǒng)一管理,易發(fā)生質(zhì)量風(fēng)險。

(3)公路隧道試驗檢測相關(guān)內(nèi)業(yè)資料主要依賴人工整理,普遍存在內(nèi)業(yè)資料混亂,檢測資料歸檔困難,報告質(zhì)量參差不齊等問題。

(4)公路隧道試驗檢測單位作為工程建設(shè)的參與方之一,在隧道施工安全、質(zhì)量控制等方面發(fā)揮了巨大作用,實際項目開展過程中往往存在監(jiān)控量測、超前地質(zhì)預(yù)報信息傳遞不及時、試驗檢測臺賬不清晰等問題,各參建單位無法及時掌握隧道情況,容易導(dǎo)致決策困難、責(zé)任無法界定等。

1.2 解決思路

針對公路隧道試驗檢測行業(yè)痛點、難點,本文依托廣西高速公路隧道試驗檢測項目,從以下幾個方面解決行業(yè)問題:

(1)根據(jù)交通運輸部《公路水運工程試驗檢測管理辦法》要求,將公路隧道試驗檢測相關(guān)參數(shù)分為監(jiān)控量測、超前地質(zhì)預(yù)報、質(zhì)量檢測等三類,全部納入系統(tǒng)業(yè)務(wù)管理,實現(xiàn)隧道試驗檢測業(yè)務(wù)全覆蓋。

(2)該系統(tǒng)將“建設(shè)、勘察、設(shè)計、施工、監(jiān)理、檢測”等參建單位全部納入管理,保證各參建方能實時了解隧道建設(shè)過程中的試驗檢測相關(guān)信息。

(3)該系統(tǒng)具備試驗檢測單位質(zhì)量管理體系相關(guān)要求,將人員、設(shè)備、質(zhì)量、安全、技術(shù)等日常管理工作全部實現(xiàn)信息化,最大限度提高試驗檢測單位管理效率。

(4)該系統(tǒng)具備原始記錄和報告自動生成,報告和方案線上審批等一系列功能,基本實現(xiàn)公路隧道試驗檢測項目無紙化辦公,在節(jié)省成本開支的同時,能最大限度減輕一線人員內(nèi)業(yè)工作量,同時能保證內(nèi)業(yè)資料的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化,大大提升內(nèi)業(yè)質(zhì)量。

2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

2.1 總體架構(gòu)

系統(tǒng)總體架構(gòu)分為數(shù)據(jù)中心、組建服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)和應(yīng)用展示等四個模塊。通過數(shù)據(jù)中心對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行儲存和管理,通過組建服務(wù)對數(shù)據(jù)進行分析處理,通過應(yīng)用服務(wù)對數(shù)據(jù)進行增刪改查,通過應(yīng)用展示對數(shù)據(jù)進行展示,如圖1所示。

圖1 總體架構(gòu)圖

2.2 技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)采用分層邏輯設(shè)計,自下而上依次為數(shù)據(jù)儲存、微服務(wù)、業(yè)務(wù)應(yīng)用、API層、中間層和展示層。同時通過身份鑒別、訪問控制、入侵防護、DB保密性和完整性、安全審計、惡意代碼防范等措施搭建系統(tǒng)安全計算環(huán)境,如圖2所示。

2.3 功能架構(gòu)

該系統(tǒng)功能架構(gòu)基于模塊化設(shè)計,分為基礎(chǔ)模塊和功能模塊,其中基礎(chǔ)模塊包括首頁、建設(shè)項目信息管理、組織及設(shè)備管理、質(zhì)量體系管理和試驗檢測項目管理等5大模塊;功能模塊分為施工進度、監(jiān)控量測、超前地質(zhì)預(yù)報、質(zhì)量檢測等模塊,可根據(jù)需要隨時增加新的功能模塊,如圖3所示。

圖3 功能架構(gòu)圖

3 功能模塊設(shè)計

3.1 基礎(chǔ)模塊

3.1.1 首頁

首頁主要對項目信息進行統(tǒng)計匯總,每個功能模塊分配一塊展示區(qū)域,動態(tài)統(tǒng)計匯總隧道試驗檢測項目信息。

3.1.2 建設(shè)項目信息管理模塊

(1)根據(jù)廣西地區(qū)高速公路項目建設(shè)特點,按照路線管理-標(biāo)段管理-隧道管理的邏輯架構(gòu)建立隧道基本信息數(shù)據(jù)庫。

(2)路線管理包含路線名稱、編碼、等級、走向和路線介紹等基本信息。

(3)標(biāo)段管理包括基礎(chǔ)信息和單位信息兩部分。基礎(chǔ)信息包括標(biāo)段名稱、路段編碼、所屬路線、起訖樁號等基本系信息;單位信息包含各參建方和試驗檢測單位名稱和介紹等信息。

(4)隧道管理包括路線信息、基本信息、工程信息和附件信息等四部分。路線信息指定隧道所屬路線和標(biāo)段;基本信息包括隧道位置、樁號、長度、結(jié)構(gòu)形式等;工程信息包括工程概況、工程地質(zhì)概況、水文地質(zhì)概況和不良地質(zhì)概況等;附件信息包含勘察文件和設(shè)計文件,文件支持常見文檔格式上傳。

3.1.3 組織及儀器設(shè)備管理模塊

(1)組織機構(gòu)管理:對系統(tǒng)用戶進行組織機構(gòu)管理,分單位類型、單位、部門三個層級。

(2)角色管理:對系統(tǒng)用戶角色類型進行定義和權(quán)限編輯。

(3)權(quán)限管理:對角色權(quán)限進行自定義。

(4)人員管理:對儀器設(shè)備進行建檔立卡,同時為人員分配權(quán)限。

(5)儀器設(shè)備管理:對儀器設(shè)備進行建檔立卡,同時為儀器設(shè)備分配項目權(quán)限。

3.1.4 質(zhì)量體系管理模塊

(1)質(zhì)量管理體系管理模塊包括人員管理、儀器設(shè)備管理、原始記錄模板、檢測報告模板、預(yù)警閾值管理等功能。

(2)原始記錄模板和檢測報告模板主要用于報告自動生成時的模板制定。

(3)預(yù)警閾值管理主要對施工進度、監(jiān)控量測的預(yù)警閾值進行管理。

3.1.5 試驗檢測項目管理模塊

項目管理功能是在建立隧道基本數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上,通過設(shè)置項目信息、委托信息、添加相關(guān)隧道,為隧道配置工作面、檢測內(nèi)容等,建立檢測項目庫。

3.2 功能模塊

除施工進度模塊外,其他功能模塊都包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析、原始記錄和報告管理、數(shù)據(jù)展示等四個子模塊。

3.2.1 施工進度

該模塊主要用于展示隧道掌子面、二襯、仰拱施工進度,根據(jù)規(guī)范要求進行安全步距預(yù)警,同時與其他功能模塊關(guān)聯(lián)展示試驗檢測進度。

3.2.2 監(jiān)控量測模塊

(1)數(shù)據(jù)采集:監(jiān)控量測數(shù)據(jù)采集支持APP端上傳和Web端數(shù)據(jù)錄入兩種方式,APP端數(shù)據(jù)上傳是指現(xiàn)場檢測人員通過藍牙連接全站儀將數(shù)據(jù)傳輸至APP端,或通過APP端人工記錄相關(guān)檢測信息,然后通過無線網(wǎng)絡(luò)上傳數(shù)據(jù)至服務(wù)器;Web端數(shù)據(jù)錄入主要針對儀器設(shè)備不具備數(shù)據(jù)上傳功能或現(xiàn)場不具備APP操作條件時,將原始數(shù)據(jù)通過Web端錄入系統(tǒng),形成完整的現(xiàn)場檢測記錄。

(2)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析:對檢測數(shù)據(jù)按臺賬形式列表展示,并對各斷面監(jiān)測結(jié)果通過數(shù)據(jù)詳情展示,按規(guī)范要求進行曲線擬合,判斷變形發(fā)展趨勢。

(3)原始記錄和報告管理:用于對系統(tǒng)自動生成的原始記錄和檢測報告進行管理,其中報告管理采用二級審核機制進行質(zhì)量控制,且檢測報告支持下載編輯后重新上傳。

(4)數(shù)據(jù)展示分路線、標(biāo)段、隧道等不同層級,統(tǒng)計并展示監(jiān)控量測預(yù)警、處治等信息,便于各參建方實時掌握隧道監(jiān)控量測情況。

3.2.3 超前地質(zhì)預(yù)報模塊

(1)數(shù)據(jù)采集:超前地質(zhì)預(yù)報數(shù)據(jù)采集采用APP端和Web端相結(jié)合的方式,其中現(xiàn)場原始記錄通過APP端現(xiàn)場錄入上傳,電子數(shù)據(jù)通過Web端以附件形式上傳。

(2)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析:按不同的預(yù)報方法,對超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)果列表展示,通過數(shù)據(jù)詳情展示詳細(xì)檢測數(shù)據(jù)。

(3)原始記錄和報告管理:用于對系統(tǒng)自動生成的原始記錄和檢測報告進行管理,其中報告管理采用二級審核機制進行質(zhì)量控制,且檢測報告支持下載編輯后重新上傳。

(4)數(shù)據(jù)展示用于分路線、標(biāo)段、隧道等不同層級,統(tǒng)計并展示地質(zhì)預(yù)報不良地質(zhì)體信息,便于各參建方實時掌握隧道前方地質(zhì)條件,采取合理的應(yīng)對措施。

3.2.4 質(zhì)量檢測模塊

(1)數(shù)據(jù)采集:質(zhì)量數(shù)據(jù)采集采用APP端和Web端相結(jié)合的方式,其中現(xiàn)場原始記錄通過APP端現(xiàn)場錄入上傳,電子數(shù)據(jù)通過Web端以附件形式上傳。

(2)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析:按不同的檢測內(nèi)容,對檢測結(jié)果列表展示,通過數(shù)據(jù)詳情展示詳細(xì)檢測數(shù)據(jù)。

(3)原始記錄和報告管理:用于對系統(tǒng)自動生成的原始記錄和檢測報告進行管理,其中報告管理采用二級審核機制進行質(zhì)量控制,且檢測報告支持下載編輯后重新上傳。

(4)數(shù)據(jù)展示用于分路線、標(biāo)段、隧道等不同層級,統(tǒng)計并展示地質(zhì)預(yù)報不良地質(zhì)體信息,便于各參建方實時掌握隧道前方地質(zhì)條件,采取合理的應(yīng)對措施。

4 應(yīng)用案例

本系統(tǒng)應(yīng)用在廣西樂業(yè)至望謨高速公路全線隧道監(jiān)控量測和超前地質(zhì)預(yù)報項目中,以NO.2合同段壩巖寨2號隧道工程為例介紹系統(tǒng)使用效果,具體如下:

(1)實現(xiàn)了對隧道現(xiàn)場檢測人員信息化臺賬管理,實時掌握人員流動狀態(tài)。

(2)實現(xiàn)隧道工程概況、地質(zhì)條件、水文條件等關(guān)鍵信息錄入,配置工作面和分區(qū)段圍巖地質(zhì)條件,與隧道監(jiān)測斷面、安全步距等進行關(guān)聯(lián)和預(yù)警提醒。

(3)通過設(shè)置檢測項目,并配置檢測人員和儀器設(shè)備,將不同隧道的不同檢測項目落實到具體責(zé)任人。

(4)實現(xiàn)了施工進度、監(jiān)控量測、超前地質(zhì)預(yù)報進度聯(lián)合展示,實時了解項目進展,確保及時提供監(jiān)測和預(yù)報服務(wù)。

(5)按斷面樁號進行排序,展示各斷面監(jiān)控量測進展情況。

(6)分預(yù)報不同的預(yù)報方法,按照掌子面樁號順序展示地質(zhì)預(yù)報情況。

5 結(jié)語

通過在樂業(yè)至望謨高速公路NO.2合同段壩巖寨2號隧道試用該高速公路隧道試驗檢測信息化管理系統(tǒng),隧道各參建方能實時掌握隧道變形和前方地質(zhì)條件,針對復(fù)雜地質(zhì)條件,能及時調(diào)整施工方案,制定針對性安全防范措施,大大提高了在建高速公路隧道試驗檢測項目管理效率,為隧道檢測的安全和質(zhì)量管理提供了有力的幫助,同時該系統(tǒng)具備在廣西推廣使用的可行性,有助于行業(yè)管理機構(gòu)實時掌握廣西隧道建設(shè)安全和質(zhì)量情況,市場應(yīng)用前景非常廣闊。