水泥混凝土拌和站“黑匣子”監控技術在高速公路建設的應用

陳 琳,張錦滿,李光永

(1.廣西新祥高速公路有限公司,廣西 南寧 530029;2.廣西交投科技有限公司,廣西 南寧 530025;3.廣西高速公路養護工程技術研究中心,廣西 南寧 530218)

0 引言

施工中存在的不標準行為、質量控制不規范、監督管理不到位、控制效果不顯著、執行力不足已成為施工領域的普遍問題,也是混凝土結構壽命較短的原因。在水泥混凝土施工過程中,混凝土攪拌是施工的核心部分,混凝土配合比波動過大時,會導致混凝土和易性不穩定,對混凝土質量造成嚴重的影響。在出廠之前對混凝土進行質量把控,是提高工程質量的重要環節。目前施工質量管理的傳統管理方法和動態管理方法是“事前檢查、事后把關”,只能作為記錄和反思,當出現質量問題時,很難確定哪個環節是問題所在,也很難分析問題的原因,難以在后期進行整改。如何對施工中出現的問題進行實時反饋和處理,是施工中迫切需要解決的問題。安裝“黑匣子”可對水泥混凝土拌和站生產數據進行實時監控,在施工過程中掌握水泥混凝土拌和物質量動態,及時調整水泥混凝土攪拌站的生產參數,有效保障出廠混凝土質量。

1 拌和站“黑匣子”監控系統優勢

拌和站“黑匣子”智能監測系統主要進行生產數據的實時在線監控、分析和預警,旨在預防偷工減料、私改配合比和偽造生產數據等問題。利用互聯網信息管理技術,減少管理人員,提高水泥混凝土生產質量,彌補傳統技術在質量管理方面存在的缺陷,為業主及質量監督機構等質量管理部門及時全面掌握工程質量動態提供真實可靠數據,全面提升公路工程建設的信息化管理水平[1-3]。

2 采集系統構建、工作原理及功能

2.1 系統網絡結構

客戶終端:拌和站現場需接通有線或無線網絡,拌和機工控系統能接收平臺端下發的任務單進行,并執行生產任務;服務端:接收客戶終端發送的數據,進行存儲、運算、關聯、比對、轉換等,生成可視化界面供用戶端使用;用戶端:施工、監理、業主等可登錄監控管理系統平臺進行可視化全方位查詢、數據填報等。系統網絡結構詳見圖1。

圖1 系統網絡結構圖

2.2 系統工作原理

拌和站進行生產活動,工控系統將生產數據存儲在后臺數據庫;采集端軟件偵測到拌和機系統有新的生產數據,則將數據采集并存儲至信息化系統數據庫;發送端軟件加密數據,并通過無線模塊實時發送至監控系統服務器;服務器對上傳數據進行分析并在監控管理平臺展示;平臺根據預警等級,對超限生產數據發出預警短信,通知相關管理人員及時核實混凝土質量并進行相應處置,實現了拌和站生產情況的實時跟蹤和質量管控。數據導向流程圖見圖2。

圖2 數據導向流程圖

2.3 系統功能

(1)按不同周期統計各類混凝土產量、拌和盤數及攪拌時間。

(2)按不同混凝土配合比的理論用量、實際用量、誤差情況,用圖形方式顯示,查看各材料用量誤差及累計用量。

(3)按不同拌和機、澆筑部位、出料時間,可對超限數據和超限處置率進行統計分析。

(4)生產過程中,若任一材料配料用量超出允許范圍,系統自動觸發,通過互聯網向相關管理人員發送超限預警短信,提示檢查處理。超限等級及管理人員設置詳見表1。

表1 超限等級及管理人員設置表

3 質量監控管理體系

高速公路建設項目的混凝土原材料及混合料拌和物質量按不同職責及權限分級管理,建設項目內部有施工標段、監理、業主(中心試驗室)等對拌和站生產混凝土質量進行三級管控,建設項目外部有政府監督部門省級交通質監機構監督管理。

4 監控存在問題及影響因素

工程建設項目混凝土拌和站現場工作環境復雜,施工機械多,砂石材料易揚塵,如果生產設備未得到有效維護保養,液壓閥及計量傳感器等設備易磨損老化,料斗艙門關閉延時,投料控制系統不穩定,導致投料精度超出規定值,觸發系統發送預警短信。

個別拌和站投料控制系統不穩定,無法有效控制。預警短信頻繁發送,為避免追責,通過在拌和站工控系統安裝小程序篡改上傳超限生產數據,使實際投料用量與標準配比用量無偏差,上傳數據失真,未能觸發預警信息。篡改前、后材料用量對比見表2。

表2 篡改前、后材料用量對比表

5 監控管理措施

對拌和站進行實時監控,事前預控不合格混凝土質量產生,降低材料浪費,減少生產成本。采用動態管理的方法,對拌和站生產過程進行跟蹤監控,過程透明能夠“隨時查、隨時管”。系統快速、及時、準確地收集過程數據,通過GPRS遠程信息傳輸和數據存儲分析,將生產數據存入數據庫中,并將實際值與設計值進行比較。如偏差超出預定值,進行預警及時糾偏,防微杜漸,保證混凝土生產質量[4]。混凝土拌和站信息化動態管理圖見圖3。

圖3 混凝土拌和站信息化動態管理圖

施工標段:對混凝土各原材料料源進行質量調查分析,確保進場材料符合國家標準或行業標準。對拌和站計量衡器有效標定,拌和站出料系統動態標定,確保設備稱量精度達到規范要求。混凝土配合比設計,外購原材料及設備廠家資質報備。開盤前填報混凝土生產配合比通知單,按規定對自動化工控系統設置生產參數。每班抽檢混凝土拌和物坍落度等技術指標。定期對拌和站設備進行維護保養,及時更換易損配件。每天登錄系統平臺查看監控生產數據,對短信預警超限情況進行排查分析,實現及時整改閉環處理。

監理:抽檢進場各種原材料,審批混凝土配合比報告,簽認開盤混凝土生產配合比通知單。對短信預警超限情況進行跟蹤檢查分析原因,每周登錄管理系統平臺查看監控數據,督促施工標段對生產數據超限情況進行整改處理。對施工標段開展各項質量控制工作進行旁站監督,對整改不達標情況可進行經濟處罰。

業主(中心試驗室):日常對原材料及拌和站“黑匣子”監控情況進行監督檢查管理,通過現場檢查或遠程登陸拌和站本地工控系統后臺數據庫進行排查。每周登錄管理系統平臺查看監控生產數據,統計分析一周內生產數據超限情況,并對超限原因進行分析,督促標段整改閉環處理。提高監控系統安全性,防止人為篡改監控生產數據。制定混凝土質量管理制度,對混凝土拌和站生產數據超限整改不達標的責任單位施以違約金處罰。

省級交通質監機構:作為政府監督機構,對項目建設情況進行監督管理。每季度通報拌和站生產數據監控情況予以通報,將整改不達標的從業單位納入年度信用評價,作為采信依據予以相應扣分處理。

應用效果分析:各單位在日常質量管控中,遵循技術規范及管理要求,進行大量抽樣試驗及監控數據統計分析。統計周期內各標段水泥混凝土拌和站生產數據超限情況如表3所示。初級超限率最高為1.14%、中級超限率最高為0.49%、高級超限率最高為0.33%,各級超限率較低。施工單位、監理單位、中心試驗室按頻率要求對各個拌和站生產的混凝土質量進行檢測,坍落度及強度等指標滿足設計要求。選取同一時間段內抽取的C30及C50混凝土強度評定結果見表4,從評定結果可以看出,強度滿足設計要求,變異系數較小。綜上,各拌和站監控生產數據超限率低,混凝土生產配合比控制良好,“黑匣子”監控使混凝土施工質量得到有效控制,質量控制達到“優等”。

表3 拌和站生產數據超限情況統計表

表4 混凝土強度評定結果表

6 結語

高速公路建設項目水泥混凝土拌和站采用“黑匣子”監控技術,各級管理部門實施強有力的質量管控措施。拌和站出現的生產數據超限問題基本得到及時有效整改,確保生產數據的真實性和及時性。混凝土生產配合比得到有效控制,保證水泥混凝土拌和物質量,為建設項目創建品質工程奠定堅實基礎[5]。“黑匣子”監控技術的應用,便于統計分析生產數據,節省施工成本,提高項目管理效率及信息化管理水平。拌和站“黑匣子”監控技術在高速公路建設中具有重要意義。