混凝土企業智慧試驗室的建設核心

張圓，蔣震

（中建西部建設湖南有限公司，湖南 長沙 410004）

0 引言

目前，智慧試驗室仍未有明確統一的概念，但眾多智慧試驗室項目的研究者和開發者從不同的應用場景提出了各自的設計思路和建設核心。在眾多應用對象中，對高校智慧試驗室建設的研究較為廣泛，其中大部分研究者認為智慧試驗室是以物聯網技術為核心，借助最新的信息技術實現試驗室的智能化、安全化、可視化管理，資源的互聯與信息共享，人員的互動協作等全面的智能感知實驗環境和綜合信息服務平臺[1-3]。對于混凝土企業，智慧試驗室是基于大數據構架，對生產、試驗、技術質量及設備、環境等數據進行采集、計算、存儲、加工、統一標準，形成標準數據存儲和數據層，可以為企業、技術中心和各廠站中各個角色提供高效的數據服務。實現數據管理的時效性、可靠性和穩定性，從而實現精細化質量管理。

1 混凝土試驗室現狀分析

目前，商品混凝土生產及質量控制的各環節均有相應的技術規范，企業往往也有相應的技術規程和標準化手冊，如果能夠嚴格的按照規范和標準化手冊實施，將有效地監管混凝土生產過程，混凝土質量也將得到有效的控制。但是，在實際生產實踐中發現，混凝土預拌廠在原材料進廠、材料檢測、攪拌樓生產、后期質量檢測等方面依然存在很大程度的粗放式管理，表面上看是預拌廠試驗室技術人員配置與管理制度問題，但本質上是試驗室系統問題。現存的試驗室系統沿用傳統的人員檢測、記錄、統計、分析等組成的人工系統，試驗室人員的工作效能和專業素質決定了該系統搜集與反饋的信息。信息的獲取和反饋太依靠于人的特質，導致信息本身誤差大、準確性差、數據關聯度差、滯后性、統計復雜、可追溯性差等問題。同時，繁雜的數據記錄、匯總及上報等重復性工作耗費了大量的人力資源，不但準確性差，甚至出現數據造假等現象，為混凝土產品質量和工程結構安全帶來了巨大的隱患。

2 混凝土智慧試驗室的核心

對于混凝土生產企業而言，智慧試驗室的開發者需要從試驗室的視角出發，去消化系統使用者即質量管理者和試驗室技術人員的內在需求，剖析試驗室管理工作面臨的根本性矛盾，探尋試驗室技術管理在未來可能存在的新模式。只有從這三點出發才能從根本上設計出符合混凝土行業規律的智慧試驗室管理系統。

混凝土企業生產過程中質量檢測是試驗室最主要的工作[4,5]，包括各種原材料進場檢測、新拌混凝土工作性能檢測、力學試驗等，該項工作因其耗時、工作強度大、項目繁雜而需要大量的檢測人員，多數企業會盡力壓縮試驗室人員配置以降低人力成本，但這必然造成檢測工作負荷過大。同時企業又會以質量檢測指標的合格率考核試驗室人員，檢測數據由試驗室人員輸出，其輸出的數據又會被用于自身的考核，因此這是一種“既是運動員又是裁判”式的考核，而且這是混凝土試驗室這類第一方試驗室[5]所固有的特性，在這種特性和繁重的工作強度下，試驗室檢測數據及質量管理數據失真（客觀）和造假（主觀）幾乎變得不可避免。這一切都是因為“人”的元素造成的。如果實現質量控制點的自動化檢測或自動化監控，將“人”從這套矛盾的體系中解放出來，將信息的獲取、統計和分析由軟硬件替代，確保了數據的準確性、及時性和可追溯性，則可以系統性地解決數據來源的問題。因此試驗室數據獲取的自動化是智慧試驗室設計的核心與起點，如果不先解決數據的自動化采集問題，數據的集成、數據庫的建立、可視化以及大數據分析等均會失去自身的意義，僅僅成為滿足展示性需要的工具，反而加大了一線人員的工作量。

3 混凝土智慧試驗室方案設計

3.1 設計思路

調研目前混凝土行業實際檢測水平、自動化水平的基礎上，設立初步智慧試驗室技術方案（如圖 1 和圖 2所示）。智慧試驗室采用模塊化設計，主要包含原材料自動采樣模塊、試驗室操作模塊、攪拌樓生產取樣模塊以及數據存儲分析模塊。結合現狀，該方案實現的核心在于試驗數據的自動獲取，這也是方案實現中最困難的部分，因此在智慧試驗室方案設計中，第三方科技（軟件）公司往往會有意識地繞過這一核心，只在現有的基礎上對數據進行集合，然后進行簡單的可視化開發，如此，智慧試驗室管理系統將會淪為展示性工具，無法有效發揮其目標功能。

圖1 混凝土智慧試驗室主要模塊組成

圖2 智慧試驗室信息匯總流程圖

3.2 自動化檢測實現方法實例

以原材料的檢測為例，目前大部分試驗都是手工完成，亦無數據接口，數據的準確性完全取決于規范執行的程度。例如試驗室檢測膠凝材料粉體的密度，目前仍使用最原始的李氏瓶，如圖3所示，整個過程對操作技能和環境的要求較高，筆者在參與智慧試驗室項目中對此類試驗進行自動化優化設計，如圖 4 所示。

圖3 李氏瓶

圖4 一種粉體密度自動測量裝置示意圖

該粉體密度自動測量裝置主要由連通器、溫度感應器、電子秤、標準體積塊和實驗平板組成，利用流體靜力平衡原理和已知液體的密度可直接計算得到所測粉體的密度，克服了試驗室常用的李氏瓶測量法溫度條件嚴苛、操作復雜且人為讀數造成的誤差，所得數據通過接口可直接上傳至管理系統。

4 小結

試驗室數據獲取的自動化是智慧試驗室設計的核心與起點。粉體密度自動測量裝置的開發實例說明目前傳統的人力檢測手段可以通過開發新的儀器或方法實現自動化采集。新檢測技術的開發應該首先納入到智慧試驗室的開發過程中，并予以充分的經費和人才支持。當試驗室檢測全面實現自動化時，智慧試驗室的“智慧之旅”才能真正啟航。