鐵路樁基檢測信息管理系統研發及應用

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(1.中國鐵道科學研究院集團有限公司 鐵道建筑研究所，北京 100081；2.武漢中巖科技股份有限公司，湖北 武漢 430074)

樁基礎作為鐵路橋梁的主要基礎形式，是上部結構的重要支撐部件。樁基的完整性和可靠性直接關系到橋梁及軌道結構的安全性，所以樁基質量檢測工作至關重要[1]。樁基檢測是一項比較復雜的現場檢測工作，目前存在檢測過程不規范、篡改或編造數據、原始資料儲存混亂、無法有效監督等問題。隨著市場的規范化和檢測方法多元化[2-3]，樁基檢測的信息量越來越廣，管理難度逐步提升[4]，依靠傳統的人工管理已經不能適應時代的需求，急需開發適合鐵路樁基檢測的信息化管理系統對檢測工作進行監督與管理。

目前鐵路行業的檢測信息化研究工作，主要集中在實驗室、拌和站、隧道圍巖監控量測、沉降觀測、路基連續壓實等方面。通過這一系列的信息化管理軟件在鐵路建設中的應用，提升了鐵路建設的質量管控水平[5-7]。在樁基檢測信息化管理方面，張立亭等[8]設計了一套樁基檢測信息系統，此系統主要基于地理信息系統(GIS)的空間分析能力和數據管理能力，并結合MapX平臺，對樁基檢測工作進行信息化管理；池軍等[9]結合贛州建設工程質量監管系統，探討了樁基檢測的信息化工作，基本確保了樁基檢測重要數據可追溯，盡可能避免弄虛作假的現象，為樁基檢測的管理提供了新思路。此外，王闖和馮敏治等[10-11]也在樁基檢測施工的信息化方面做了一些研究。總體來說，目前國內對樁基檢測信息系統的研發工作主要集中在房建結構領域，對于鐵路樁基檢測工作的管理，尚沒有統一的信息化系統。鐵路現行的樁基檢測模式是檢測人員在工地現場進行檢測，檢測數據以文件的形式存儲在檢測儀器上，而后運用單機版的分析軟件對檢測數據進行分析并形成報告。這種工作方式不宜實施實時監控，難以保證數據的真實性和實時性，導致管理漏洞。

本文結合當前鐵路樁基檢測工作的現狀，對開展鐵路樁基檢測信息化管理的必要性和迫切性進行了探討。基于GPRS/4G傳輸、數據庫、網絡通訊等先進的信息技術開發了鐵路樁基檢測信息管理系統，實現對樁基檢測工作各環節的實時管控。該系統能夠有效提高鐵路樁基檢測控制管理水平，為保證鐵路建設工程質量、控制檢測過程及監管檢測質量提供技術支持。

圖1 樁基檢測信息管理系統示意

1 樁基檢測信息管理系統組成

樁基檢測信息管理系統由檢測單位模塊、管理模塊、數據上傳軟件、具有GPS(Global Positioning System)定位功能的檢測設備、移動網絡、因特網及服務器、PC電腦組成(如圖1所示)。GPS定位精度可達15 m，能有效鎖定檢測現場的地理位置，通過GPRS/4G傳輸數據不受時空限制，通訊費用較低，完全可以滿足遠程實時監控的需要。

樁基檢測信息管理系統的邏輯模塊組成如圖2所示。

圖2 系統邏輯模塊組成

2 信息系統主要功能

2.1 數據采集及傳輸功能

遠程監測系統主要實現方式是將樁基檢測儀器與現場傳輸儀相連接，連接后通過GPRS/4G網絡與服務器通訊，進行現場采集數據的實時監控。以靜載試驗為例，在數據服務器與設備終端進行GPRS/4G數據交換時，采用TCP協議以保證數據的完整性和可靠性。

當設備進行試驗時，首先發送網絡暢通詢問包，收到網絡暢通確認包后開始發送數據。下面以低應變檢測為例予以說明。低應變檢測是一個瞬時過程，在3～6次錘擊后，將3～6次的數據一起通過GPRS/4G設備傳播到服務器。服務器接收到低應變數據包后，首先進行解密并檢查協議版本。不同的協議版本對應不同的解析程序。在工程表中檢查是否存在該次試驗所在的工程，如果不存在則在工程表中創建一個新的工程。該工程記錄的各字段從數據包中讀取，然后在低應變試驗數據表中添加一條新的試驗記錄。如果工程表中已經存在該次試驗所在的工程，則直接在低應變試驗數據表中添加一條新的記錄。每次試驗以“樁號—第幾次”的形式進行命名。

2.2 檢測全過程管理功能

樁基檢測信息管理系統里包括了目前樁基檢測的5種主要方法：靜載試驗、高應變法、低應變法、鉆芯法(鉆孔電視)、聲波透射法。系統具有以下功能，并將在實際運用中逐步完善。

1)檢測機構管理。管理檢測機構的資質等基本信息。數據內容有：數據鎖定狀態、資質證號、檢測機構名稱、資質是否到期狀態、計量認證號、法定代表人、人員總數、檢測范圍等信息。檢測機構人員登錄系統可對本企業的信息進行新增、修改、刪除等操作。建設單位與檢測機構確認信息錄入完成后，建設單位可通過鎖定功能對企業信息包括該企業的檢測設備、人員、檢測能力一并鎖定，鎖定后檢測機構不能再對這些信息進行修改。檢測管理流程如圖3所示。

圖3 檢測管理流程

2)檢測設備管理。管理檢測設備基本信息。數據內容包括：主要儀器設備的檢定/校準等信息，設備鎖定狀態、設備編號、設備名稱、型號規格、廠商、檢測機構名稱、設備有效檢定日期、是否到期狀態等。如果數據鎖定狀態顯示未鎖定狀態，管理人員可對設備信息進行新增、刪除和修改操作。可通過所屬機構、設備名稱、有效日期等條件對設備信息進行檢索。

3)檢測人員管理。管理檢測人員基本信息，主要技術人員、管理人員的變動情況等信息。數據內容包括：數據鎖定狀態、姓名、性別、年齡、職務、身份證號、崗位證書編號、檢測機構名稱、從事檢測項目、證書注冊類型、證書有效期等。如果數據鎖定狀態顯示為未鎖定狀態，管理人員可對人員信息進行新增、刪除和修改操作。可通過所屬檢測機構、姓名、從事檢測項目等條件對人員信息進行檢索。

4)數據實時查看。管理平臺上可實時查看數據，比如靜載試驗數據可查看數據詳表、數據總表、Q-s曲線、s-lgQ曲線、s-lgt曲線、測試日志等信息。圖4為查看狀態的數據詳表。

圖4 數據詳表示例

5)GIS地理信息查看。可在電子地圖上查看工程詳細地點，并可區分正在實時檢測的工程和已經檢測結束的工程。

6)現場照片存檔。可將工程檢測中的重要細節進行拍照留檔。靜載設備配置攝像頭，可要求對試驗關鍵點(如配重塊堆載、自動荷載測試儀初始化等)拍照并上傳到遠程監測平臺存檔。

7)檢測結果統計。檢測單位在現場實時傳輸檢測原始數據后，在室內經過分析處理(一般24 h內)，應把分析結果人工錄入至信息管理系統，方便建設單位對全線樁基檢測的進度和質量進行統計，同時鐵路總公司可以掌握全路樁基檢測情況，如檢測進度、不合格樁比例等。

8)遠程視頻觀看。監管人員可通過4G網絡隨時連接工地遠程觀看現場試驗視頻。當監督員觀看視頻時則視頻即時通過將視頻影像進行遠程傳輸，不觀看則不傳輸，節省網絡資源。

9)遠程鎖定。當監管人員發現某工地檢測數據異常時，如能確定是未按管理流程或未進行規范操作，可遠程鎖定此次檢測，在整改完成之前無法進行檢測和上傳。

10)遠程報警處理。靜載檢測時間跨度較長，多數要跨夜晚進行。檢測人員相對比較疲憊，或暫時未在儀器旁值守，此時如出現有可能影響工程和人員安全的情況，儀器上軟件判定后將報警信息發送至管理平臺，并以短信形式通知監管人員。在極端情況下如一段時間內各方面仍無反應，管理平臺可發送指令遠程暫停或停止該檢測。

11)短信平臺。在短信平臺建立企業通訊信息庫，其數據內容有工程名稱、所屬檢測機構、建設單位、建設單位聯系人及電話、監理單位聯系人及電話、監督站人員聯系電話等。網絡數據交換平臺在進行結果上傳時，如果發現有不合格報告，短信平臺會通過短信系統自動向建設工程主體單位的相關人員發送報告概要信息。對于長時間未上傳報告的檢測機構，監督人員可以從企業通訊庫中查詢出檢測機構的聯系方式并發送短信通知或詢問。

12)全面兼容。信息管理系統提供上傳數據協議、數據接口調用等外部接入功能，適合不同的需求。系統全面兼容樁基檢測必須的數據表示方式，開放接口，方便所有具備上傳功能的儀器設備接入。

3 樁基檢測信息化管理系統的應用

3.1 靜載試驗應用

為試驗樁基檢測信息化管理系統的應用效果，在武昌一工地開展了樁基檢測的靜載試驗。

試驗樁的樁型為鉆孔灌注樁，是工程驗收樁，主要承受豎向荷載。試驗樁為4#，5#樁，樁長28 m，樁徑為 1 000 mm，其設計承載力為 5 500 kN，預估極限承載力為 11 000 kN。試驗遵循規范JGJ 106—2014《建筑基樁檢測技術規范》，加載最大值為 11 000 kN，分10級加載，首級加載量為分級荷載的2倍，具體加載分級見表1。現場檢測采集的數據如圖5所示。

表1 加載分級

圖5 現場檢測采集的數據示例

采用樁基檢測信息管理系統能實現檢測現場的遠程監督管理。現場采用無線靜載荷測試儀進行靜載試驗并實時上傳至管理系統。將現場采集數據及曲線與通過網絡登錄系統的數據進行比對，經驗證，現場采集數據與實時上傳的數據完全一致。

3.2 低應變檢測應用

現場采用RSM-PRT系列基樁低應變檢測儀進行檢測并實時上傳至管理系統。現場檢測數據及曲線如圖6所示，與通過網絡登錄系統的數據進行比對，經驗證，二者一致。

圖6 現場檢測數據

4 結論

1)樁基檢測信息化管理系統采用GPRS/4G實現數據實時傳輸，結合數據庫和網絡通訊等信息技術建立一套完整的信息系統。通過該信息系統可以實現試驗過程監督、數據實時傳輸、后臺數據查看、遠程報警等功能。

2)通過互聯網終端對全路進行基樁檢測技術服務的單位進行統一管理，達到管理信息化和集中化。對全路參與樁基檢測的檢測人員和設備集中管理，避免非持證人員擾亂市場或持證人員到處兼職的情況。

3)通過信息管理系統可以實時獲取正在實施基樁檢測工作的人員、設備、檢測數據等信息，驗證各基樁檢測單位提供的檢測數據是否符合實際情況，是否符合檢測規范，是否存在人為修改行為。

4)根據現場應用情況，采用信息管理系統對于鐵路總公司和建設單位檢查各基樁檢測單位的工作提供了極大方便，對于各基樁檢測單位起到了有效的監督制約作用，同時為各基樁檢測單位加強內部管理提供了支持，對提高基樁檢測市場的穩定性，提升各單位的檢測技術競爭力起到積極的促進作用。