智能化檢測在工程質(zhì)量檢測中的運(yùn)用

朱 堅(jiān)

（南京市江北新區(qū)建設(shè)和交通工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，江蘇 南京 210000）

0 引言

以互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能為代表的新一代信息技術(shù)發(fā)展日新月異，信息化已經(jīng)是當(dāng)今時(shí)代發(fā)展的大趨勢，代表著先進(jìn)生產(chǎn)力。中國社會(huì)率先進(jìn)入了 5 G 時(shí)代，實(shí)現(xiàn)了彎道超車。在工程質(zhì)量檢測領(lǐng)域，信息化技術(shù)也得到了大量的運(yùn)用，可以說信息化全過程檢測管理將是工程質(zhì)量檢測發(fā)展的趨勢。筆者單位從 2000 年開始涉足檢測系統(tǒng)的電子化、信息化，如今逐步添加和完善了信息化檢測系統(tǒng)。在信息化檢測系統(tǒng)中，最重要、最體現(xiàn)價(jià)值的是智能化檢測，智能化檢測最大限度地消除人為影響，準(zhǔn)確性可靠，安全性風(fēng)險(xiǎn)管控，保存檢測過程中的所有影像和數(shù)據(jù)，具有最大程度的可追溯性與可復(fù)現(xiàn)性，可以說實(shí)現(xiàn)了檢測的公開、公平、公正和科學(xué)。

1 信息化在工程檢測領(lǐng)域的運(yùn)用

筆者單位工程質(zhì)量檢測信息化系統(tǒng)，主要表現(xiàn)在檢測設(shè)備管理、檢測人員管理、檢測委托（合同）管理、檢測過程管理、檢測報(bào)告管理等多方面信息化的運(yùn)用。

檢測設(shè)備管理的信息化，主要表現(xiàn)在檢測機(jī)構(gòu)所有的設(shè)備相關(guān)信息均呈現(xiàn)在檢測信息化系統(tǒng)中，設(shè)備的購置發(fā)票、驗(yàn)收證據(jù)、檢定/校準(zhǔn)單位、檢定/校準(zhǔn)證書和有效期、檢定/校準(zhǔn)確認(rèn)書、運(yùn)行狀態(tài)、授權(quán)操作人員等均為電子化存在系統(tǒng)中。

檢測人員管理的信息化，主要表現(xiàn)在檢測機(jī)構(gòu)所有人員的相關(guān)信息均呈現(xiàn)在檢測信息系統(tǒng)中，人員勞動(dòng)合同、人員學(xué)歷學(xué)位、教育經(jīng)歷、培訓(xùn)和考核經(jīng)歷、獎(jiǎng)勵(lì)和懲處經(jīng)歷、監(jiān)督人員報(bào)告、人員授權(quán)文件、資格確認(rèn)文件等均為電子化存在系統(tǒng)中。

檢測委托（合同）管理，主要表現(xiàn)在客戶遠(yuǎn)程委托、取樣見證人員識別、樣品拍照留存、盲樣標(biāo)識系統(tǒng)、委托協(xié)議與合同樣本管理、合同與委托信息連接、合同（委托）與收費(fèi)系統(tǒng)連接等。

檢測報(bào)告管理的信息化，主要表現(xiàn)在檢測報(bào)告的進(jìn)度查詢、電子報(bào)告的出具與打印、收費(fèi)系統(tǒng)與報(bào)告發(fā)放的連接、報(bào)告完成的信息發(fā)布、報(bào)告的防偽措施、報(bào)告的真?zhèn)悟?yàn)證、檢測結(jié)果自動(dòng)上報(bào)管理機(jī)關(guān)等。

檢測過程管理的信息化，主要表現(xiàn)在現(xiàn)場檢測定位、檢測人員識別、監(jiān)測樣品盲樣識別、檢測過程環(huán)境監(jiān)控（包括標(biāo)養(yǎng)室、恒溫恒濕室）、檢測影像保存、檢測數(shù)據(jù)（曲線、圖表等）的保存、檢測過程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳（如靜載檢測、基坑監(jiān)測等）、檢測過程影像自動(dòng)上傳等。

智能化檢測設(shè)備的大量接入，是保證檢測過程管理信息化的重要環(huán)節(jié)。

2 智能化檢測的運(yùn)用

筆者單位的智能化檢測，主要用于混凝土抗壓強(qiáng)度檢測、鋼筋力學(xué)性能檢測、鋼筋重量偏差檢測、混凝土抗?jié)B檢測、混凝土強(qiáng)度回彈檢測等［1］。

2.1 混凝土抗壓強(qiáng)度智能化檢測

該系統(tǒng)包括智能檢測控制單元、檢測機(jī)器人、標(biāo)識識別單元、檢測設(shè)備（壓力機(jī)系統(tǒng)）、自動(dòng)清掃單元、數(shù)據(jù)管理單元、通信單元、異常情況告警單元等。

智能檢測控制單元主要由計(jì)算機(jī)硬件和控制軟件組成，可采用全自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)三種模式。在全自動(dòng)模式下，各單元連續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)混凝土試塊（芯樣）從樣品車到檢測到樣品留置全過程自動(dòng)化。一個(gè)智能控制檢測單元+一套檢測機(jī)器人可以控制兩臺檢測設(shè)備（壓力機(jī)）。

檢測機(jī)器人可以完成自動(dòng)化檢測過程中的樣品抓取、轉(zhuǎn)運(yùn)、放置等功能。機(jī)器手可抓取重量 30 kg，移動(dòng)速度 1 m/s，有效行程長 4 200 mm，寬 2 200 mm，高 1 500 mm，功率 2.25 kW（220 V）。

標(biāo)識識別單元能識別委托時(shí)打印并貼附在樣品上的一維條形碼或者二維碼，能夠連續(xù)掃描或自感應(yīng)掃描，掃描精度較高，掃描范圍較大。

檢測設(shè)備（壓力機(jī)）系統(tǒng)，包括尺寸測量儀和壓力試驗(yàn)機(jī)。尺寸測量儀采用激光測距，測量混凝土試塊（芯樣）的長寬高面等尺寸，尺寸測量精度 0.1 mm。壓力機(jī)配有傳送帶、導(dǎo)向帶，把合格與不合格的樣品，分別傳送到不同的樣品留置區(qū)。壓力機(jī)最大負(fù)荷 2 000 kN，0.5 級精度，位移測量范圍 80 mm，位移分辨力 0.001 mm，力加載速率調(diào)節(jié)范圍（0.005 %～10 %）F·S/s，功率 3.0 kW（380 V）。

自動(dòng)清掃單元，用于清理每次試驗(yàn)后上下壓板之間的殘留物。

數(shù)據(jù)管理單元包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置、檢測軟件功能、視頻監(jiān)控功能；能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、計(jì)算、分析、上傳、查詢等功能；能夠自動(dòng)生成檢測原始記錄和報(bào)告模板；在檢測過程中，留有每段檢測影像，可實(shí)現(xiàn)預(yù)覽、回放；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置要能保證存儲(chǔ)六個(gè)月。

通信單元與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相連接，自動(dòng)生成檢測原始記錄和報(bào)告模板共享到檢測軟件系統(tǒng)中、能夠?qū)崟r(shí)與監(jiān)管平臺交互相關(guān)信息和數(shù)據(jù)。

異常情況報(bào)警單元具備自動(dòng)監(jiān)控和報(bào)警功能，對異常狀態(tài)自動(dòng)報(bào)警：對智能檢測通電情況自動(dòng)監(jiān)控，斷電時(shí)自動(dòng)報(bào)警；檢測系統(tǒng)設(shè)有安全防護(hù)圍欄，有人侵入安全防護(hù)圍欄，自動(dòng)異常報(bào)警；報(bào)警通過聲、光報(bào)警器發(fā)出信號，同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號到管理人手機(jī)上；異常報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止。系統(tǒng)對樣品車中的樣品數(shù)量進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控，樣品數(shù)量不足時(shí)自動(dòng)報(bào)警。

檢測過程：委托時(shí)，標(biāo)貼粘貼在樣品非承壓面，整齊擺放在樣品車上，樣品車推至待檢區(qū)域。樣品標(biāo)貼信息包括：樣品編號及單個(gè)序號、澆筑時(shí)間、強(qiáng)度等級、試驗(yàn)齡期等。機(jī)械手抓取樣品，移至掃描識別工位，圖像采集裝置識別樣品標(biāo)簽，相關(guān)信息解析后發(fā)送到數(shù)據(jù)管理單元。機(jī)械手把樣品移至到尺寸測量工位，測量樣品邊長、承壓面平面度、相鄰面的夾角；將尺寸數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)管理單元；尺寸不符合要求，移至到異常樣品存放區(qū)，尺寸符合，移至到壓力機(jī)待檢工位。自動(dòng)清掃裝置清掃壓力機(jī)壓板，從待檢工位把樣品推送到壓板中間位置，根據(jù)識別單元上傳的信息，自動(dòng)調(diào)節(jié)試驗(yàn)機(jī)加荷速度，進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果傳送到數(shù)據(jù)管理單元。整個(gè)過程由數(shù)據(jù)管理單元監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行拍攝并保存。根據(jù)判定合格與否，最后傳輸帶把樣品傳到合格區(qū)域或者非合格區(qū)域留置。

2.2 鋼筋力學(xué)性能智能化檢測

該系統(tǒng)同樣包括智能檢測控制單元、檢測機(jī)器人、標(biāo)識識別單元、檢測設(shè)備（拉力機(jī)系統(tǒng)）、自動(dòng)清掃單元、數(shù)據(jù)管理單元、通信單元、異常情況告警單元等。

檢測機(jī)器人可以完成自動(dòng)化檢測過程中的樣品抓取、轉(zhuǎn)運(yùn)、放置等功能。機(jī)器手最大負(fù)載 60 kg，工作半徑 2 050 mm，復(fù)位精度＜0.06 mm，效率 20 根/h。

檢測設(shè)備（拉力機(jī)）系統(tǒng)，包括尺寸測量儀和拉力試驗(yàn)機(jī)。尺寸測量儀采用光柵接觸測量，測量樣品的寬度、厚度，計(jì)算橫截面積，尺寸精度 3 μm。拉力機(jī)最大負(fù)荷 1 000 kN，0.5 級精度，橫梁位移速度調(diào)節(jié)范圍（0.005～200）mm/min，位移示值誤差 0.5 % 以內(nèi)，力加載速率調(diào)節(jié)范圍（0.05 %～5 %）F·S/s，功率 12 kW（380 V）；拉力機(jī)配有全自動(dòng)縱向引伸計(jì)，標(biāo)距范圍（15～205）mm，變形量 100 mm，分辨力 0.000 5 mm，夾持范圍（0.2～40）mm，準(zhǔn)確度 0.5 級。拉力機(jī)夾具采用液壓平推夾具，夾持力 1 200 kN，開口 80 mm，可夾取最大 50 mm 直徑的棒材，40 mm 厚的板材。

自動(dòng)清掃單元，用于清理每次試驗(yàn)后上下鉗口之間的殘留物。

檢測過程：檢測用樣品標(biāo)貼粘貼在距離鋼筋端頭 100 mm 左右，整齊擺放在試樣架上，試樣架推至待檢區(qū)域。樣品標(biāo)貼信息包括：樣品編號及單個(gè)序號、鋼筋牌號、公稱尺寸等。機(jī)械手抓取樣品，移至掃描識別工位，圖像采集裝置識別樣品標(biāo)簽，相關(guān)信息解析后發(fā)送到數(shù)據(jù)管理單元。機(jī)械手把樣品移至到尺寸測量工位，測量樣品寬度厚度；將尺寸數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)管理單元，計(jì)算樣品橫截面積；實(shí)際結(jié)果與委托信息不一致，移至到異常樣品存放區(qū)，信息一致，移至到拉力機(jī)前。自動(dòng)清掃裝置清掃壓力機(jī)鉗口之間，機(jī)械手將樣品垂直送到拉力機(jī)上下鉗口中間，上下鉗口關(guān)閉，根據(jù)識別單元上傳的信息，自動(dòng)調(diào)節(jié)試驗(yàn)機(jī)加荷速度，進(jìn)行試驗(yàn)（非接觸式引伸計(jì)測量延伸率）。試驗(yàn)結(jié)果（力值和延伸率）傳送到數(shù)據(jù)管理單元。如果有斷面收縮率測量參數(shù)，機(jī)械手將樣品斷面移至尺寸測量工位測量。整個(gè)過程由數(shù)據(jù)管理單元監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行拍攝并保存。根據(jù)判定合格與否，最后把樣品移至合格區(qū)域或者非合格區(qū)域留置。

2.3 鋼筋重量偏差智能化檢測

鋼筋重量偏差檢測設(shè)備具備半智能化檢測能力。設(shè)備采用激光光柵、機(jī)器視覺、圖像識別、深度學(xué)習(xí)和云計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對樣品的長度、重量同時(shí)識別與測量，可智能去除樣品上標(biāo)簽的影響，自動(dòng)記錄與報(bào)告，檢測照片自動(dòng)保存，檢測結(jié)果自動(dòng)推送到檢測軟件系統(tǒng)。樣品長度最大可達(dá) 620 mm，長度測量精度±1 mm，重量測量精度±0.5 % 且≤5 g，檢測范圍為公稱直徑 6 mm 到 50 mm。

檢測過程：設(shè)備連接網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備開機(jī)后需要檢測的任務(wù)編號自動(dòng)傳入設(shè)備，檢測時(shí)需要選擇任務(wù)編號。設(shè)備開機(jī)后，設(shè)備自動(dòng)記錄空倉質(zhì)量，人工把 5 根樣品放入設(shè)備，按啟動(dòng)按鈕，設(shè)備通過激光光柵測量樣品長度，通過電子秤稱出樣品總重量，然后自動(dòng)計(jì)算出結(jié)果。過程中的影像自動(dòng)保存，單個(gè)數(shù)據(jù)與總數(shù)據(jù)自動(dòng)推送到檢測軟件，設(shè)備也可以打印出記錄與報(bào)告。

2.4 混凝土抗?jié)B智能化檢測

全自動(dòng)混凝土抗?jié)B儀也屬于半智能化檢測設(shè)備。設(shè)備一次可以檢測 4 組試件，每組試件可以單獨(dú)裝拆，互不影響。設(shè)備實(shí)現(xiàn)電腦控制，自動(dòng)加壓，自動(dòng)檢測漏水，自動(dòng)判斷結(jié)果，自動(dòng)記錄結(jié)果，自動(dòng)上傳信息，自動(dòng)出具記錄與報(bào)告，包括試驗(yàn)壓力、漏水壓力、檢測時(shí)間與過程曲線。設(shè)備試驗(yàn)壓力為 1.2 MPa/2.4 MPa，壓力分辨率為 0.01 MPa；壓力保持誤差為±0.05 MPa；試件密封最大壓力為 4.0 MPa；采用水密封形式，可 4 組同時(shí)密封，密封時(shí)間不超過 5 min，并且安全穩(wěn)定。

該設(shè)備最大的特點(diǎn)就是全過程由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，一鍵操作，無需涂抹密封材料，自動(dòng)密封、自動(dòng)逐級加壓、自動(dòng)恒壓、自動(dòng)裝脫模、自動(dòng)診斷漏水。

檢測過程：設(shè)備連接網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備開機(jī)后需要檢測的任務(wù)編號自動(dòng)傳入設(shè)備，在控制電腦上分別設(shè)置每個(gè)倉位的任務(wù)單編號，對應(yīng)地把樣品放入到樣品倉中。完畢后點(diǎn)擊開始按鈕，設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行，直到出結(jié)果。

2.5 混凝土強(qiáng)度回彈智能化檢測

混凝土強(qiáng)度智能化回彈儀也屬于半智能化檢測設(shè)備。設(shè)備由機(jī)械回彈儀部分、數(shù)據(jù)采集與傳送模塊兩部分組成，具備多元化輸入模式；1 000 個(gè)構(gòu)件存儲(chǔ)容量；內(nèi)置三軸陀螺儀，自動(dòng)判斷角度，完成數(shù)據(jù)修正，免去角度參數(shù)手動(dòng)輸入；測區(qū)回彈值與強(qiáng)度換算，即彈即得；支持不完整測區(qū)隨時(shí)查看結(jié)果；藍(lán)牙可連接手機(jī) APP 數(shù)據(jù)、檢測時(shí)間等信息隨時(shí)上傳；藍(lán)牙連接打印機(jī)隨時(shí)打印記錄結(jié)果；自動(dòng)記錄率定結(jié)果，判斷設(shè)備校正結(jié)果；內(nèi)置 GPS，自動(dòng)記錄檢測位置。

檢測過程：檢測前，率定設(shè)備，自動(dòng)記錄率定結(jié)果并判斷校正結(jié)果。檢測前可批量錄入需要檢測的任務(wù)編號、檢測部位位置；也可每個(gè)構(gòu)件單獨(dú)錄入；可按錄入順序批量回彈，數(shù)據(jù)自動(dòng)保存數(shù)據(jù)、檢測時(shí)間，并上傳檢測軟件；也可按單個(gè)構(gòu)件的測區(qū)進(jìn)行檢測。檢測后，仍然可以自動(dòng)記錄率定數(shù)據(jù)，判定設(shè)備校正結(jié)果。

3 智能化檢測的不足與展望

目前，智能化檢測在工程質(zhì)量檢測領(lǐng)域參與度還不足，參與項(xiàng)目還比較少?，F(xiàn)有智能化檢測設(shè)備與普通檢測設(shè)備相比，價(jià)格要高很多，性價(jià)比并不最優(yōu)?，F(xiàn)有智能化檢測設(shè)備還不完全智能，只能按照原有設(shè)定的程序進(jìn)行，一旦標(biāo)準(zhǔn)有變化、或者檢測過程有突發(fā)情況，使用者沒有辦法自己處理。部分智能化設(shè)備人工參與度還較高，并不能完全消除人為影響?，F(xiàn)有智能化設(shè)備都比較精細(xì)，高精度、高集成，零件越多、環(huán)節(jié)越多、集成度越高，發(fā)生故障的概率越大，一旦發(fā)生故障，都要求生產(chǎn)廠家維護(hù)和維修，耽誤時(shí)間，并且產(chǎn)生較高的費(fèi)用。

但智能化符合“工業(yè) 4.0”戰(zhàn)略，是不可逆轉(zhuǎn)的時(shí)代潮流，必將為檢測行業(yè)發(fā)展注入活力，帶來行業(yè)的巨大變革。對于檢測行業(yè)來說，應(yīng)依托于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)，大力推進(jìn)智能化儀器生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)室升級和數(shù)字化平臺建設(shè)，通過工業(yè)大數(shù)據(jù)的感知、匯聚與處理，尤其是融合獨(dú)特的視覺處理技術(shù)帶來的精準(zhǔn)定位，通過機(jī)器人智能分析、推理、判斷、構(gòu)思、決策，打造實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化的基礎(chǔ)生態(tài)。尤其應(yīng)有更多人機(jī)交互的功能，比如儀器維護(hù)提醒、異常數(shù)據(jù)的識別、更多的醒目的潛在干擾提示，以及合理的推薦方案等（如干擾方程、多譜線選擇），讓使用者心中有數(shù)，心里不慌。

4 結(jié)語

面對國際新形勢、國家新要求，檢測機(jī)構(gòu)應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，牢牢抓住新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革重要機(jī)遇，大膽地嘗試和摸索，充分發(fā)揮科技創(chuàng)新的滲透性、擴(kuò)散性、顛覆性作用，在發(fā)展方向、目標(biāo)、路徑上堅(jiān)持向科技創(chuàng)新要方法、要答案，堅(jiān)持以智能化檢測的實(shí)踐為基礎(chǔ)，面向國家重大深入實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新一體化布局，加快促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力，加快檢測行業(yè)往智能化方向健康發(fā)展。Q