高速公路隧道試驗檢測信息化管理系統研究及應用

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”規劃進一步加快了廣西高速公路網的擴張,隧道工程建設呈現井噴式增長勢態,給隧道工程建設管理帶來巨大挑戰,對檢驗檢測信息化工作提出了更高的要求。如何充分發揮監控量測和超前地質預報的施工指導作用,統籌管理區域性隧道建設工程質量,是現階段面臨的巨大挑戰。

現有關于在建隧道試驗檢測信息化系統研究主要集中在監控量測、超前地質預報等方面:張勇、楊紹戰、雷軍軍、陳兵兵等[1-4]在隧道監控量測信息化系統研究方面做了大量工作;郭安福、孟陸波等、李濤等[5-8]。基于物聯網、云計算,構建了隧道工作面地質信息管理平臺,實現了隧道工作面地質信息化管理。鄧人溦[9]充分利用現有的信息、技術和資源,就鐵路隧道襯碩質量與病害信息管理系統的設計與開發做了較為深入的研究。

現有研究側重于從技術層面實現監控量測、超前地質預報和質量檢測信息化,但未結合第三方試驗檢測機構質量體系管理和項目管理需求,而根據交通運輸部《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試驗檢測資質的單位實施,導致現有系統無法滿足檢測單位的生產需要。本文設計開發了高速公路隧道試驗檢測信息化管理系統,滿足專業檢測機構質量體系管理和項目管理需求的基礎上,具備數據溝通及時、安全預警反饋及時、質量檢測問題閉環管理等一系列優勢,該系統在樂業至望謨高速公路NO.2合同段壩巖寨2號隧道建設項目中試運行,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了儀器設備信息化管理,但與試驗檢測相關的人員、質量、安全、技術等方面管理仍然依賴大量的人工干預,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場檢測為主,項目分散,人員技術水平參差不齊,難以做到統一管理,易發生質量風險。

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

(4)公路隧道試驗檢測單位作為工程建設的參與方之一,在隧道施工安全、質量控制等方面發揮了巨大作用,實際項目開展過程中往往存在監控量測、超前地質預報信息傳遞不及時、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,容易導致決策困難、責任無法界定等。

1.2 解決思路

針對公路隧道試驗檢測行業痛點、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問題:

(1)根據交通運輸部《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參數分為監控量測、超前地質預報、質量檢測等三類,全部納入系統業務管理,實現隧道試驗檢測業務全覆蓋。

(2)該系統將“建設、勘察、設計、施工、監理、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過程中的試驗檢測相關信息。

(3)該系統具備試驗檢測單位質量管理體系相關要求,將人員、設備、質量、安全、技術等日常管理工作全部實現信息化,最大限度提高試驗檢測單位管理效率。

(4)該系統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,基本實現公路隧道試驗檢測項目無紙化辦公,在節省成本開支的同時,能最大限度減輕一線人員內業工作量,同時能保證內業資料的規范化和標準化,大大提升內業質量。

2 系統架構設計

2.1 總體架構

系統總體架構分為數據中心、組建服務、應用服務和應用展示等四個模塊。通過數據中心對基礎數據進行儲存和管理,通過組建服務對數據進行分析處理,通過應用服務對數據進行增刪改查,通過應用展示對數據進行展示,如圖1所示。

圖1 總體架構圖

2.2 技術架構

系統技術架構采用分層邏輯設計,自下而上依次為數據儲存、微服務、業務應用、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安全計算環境,如圖2所示。

2.3 功能架構

該系統功能架構基于模塊化設計,分為基礎模塊和功能模塊,其中基礎模塊包括首頁、建設項目信息管理、組織及設備管理、質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、監控量測、超前地質預報、質量檢測等模塊,可根據需要隨時增加新的功能模塊,如圖3所示。

圖3 功能架構圖

3 功能模塊設計

3.1 基礎模塊

3.1.1 首頁

首頁主要對項目信息進行統計匯總,每個功能模塊分配一塊展示區域,動態統計匯總隧道試驗檢測項目信息。

3.1.2 建設項目信息管理模塊

(1)根據廣西地區高速公路項目建設特點,按照路線管理-標段管理-隧道管理的邏輯架構建立隧道基本信息數據庫。

(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)標段管理包括基礎信息和單位信息兩部分。基礎信息包括標段名稱、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段;基本信息包括隧道位置、樁號、長度、結構形式等;工程信息包括工程概況、工程地質概況、水文地質概況和不良地質概況等;附件信息包含勘察文件和設計文件,文件支持常見文檔格式上傳。

3.1.3 組織及儀器設備管理模塊

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

(2)角色管理:對系統用戶角色類型進行定義和權限編輯。

(3)權限管理:對角色權限進行自定義。

(4)人員管理:對儀器設備進行建檔立卡,同時為人員分配權限。

(5)儀器設備管理:對儀器設備進行建檔立卡,同時為儀器設備分配項目權限。

3.1.4 質量體系管理模塊

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

(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)預警閾值管理主要對施工進度、監控量測的預警閾值進行管理。

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據庫的基礎上,通過設置項目信息、委托信息、添加相關隧道,為隧道配置工作面、檢測內容等,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據采集、數據統計和分析、原始記錄和報告管理、數據展示等四個子模塊。

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,根據規范要求進行安全步距預警,同時與其他功能模塊關聯展示試驗檢測進度。

3.2.2 監控量測模塊

(1)數據采集:監控量測數據采集支持APP端上傳和Web端數據錄入兩種方式,APP端數據上傳是指現場檢測人員通過藍牙連接全站儀將數據傳輸至APP端,或通過APP端人工記錄相關檢測信息,然后通過無線網絡上傳數據至服務器;Web端數據錄入主要針對儀器設備不具備數據上傳功能或現場不具備APP操作條件時,將原始數據通過Web端錄入系統,形成完整的現場檢測記錄。

(2)數據統計和分析:對檢測數據按臺賬形式列表展示,并對各斷面監測結果通過數據詳情展示,按規范要求進行曲線擬合,判斷變形發展趨勢。

(3)原始記錄和報告管理:用于對系統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量控制,且檢測報告支持下載編輯后重新上傳。

(4)數據展示分路線、標段、隧道等不同層級,統計并展示監控量測預警、處治等信息,便于各參建方實時掌握隧道監控量測情況。

3.2.3 超前地質預報模塊

(1)數據采集:超前地質預報數據采集采用APP端和Web端相結合的方式,其中現場原始記錄通過APP端現場錄入上傳,電子數據通過Web端以附件形式上傳。

(2)數據統計和分析:按不同的預報方法,對超前地質預報結果列表展示,通過數據詳情展示詳細檢測數據。

(3)原始記錄和報告管理:用于對系統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量控制,且檢測報告支持下載編輯后重新上傳。

(4)數據展示用于分路線、標段、隧道等不同層級,統計并展示地質預報不良地質體信息,便于各參建方實時掌握隧道前方地質條件,采取合理的應對措施。

3.2.4 質量檢測模塊

(1)數據采集:質量數據采集采用APP端和Web端相結合的方式,其中現場原始記錄通過APP端現場錄入上傳,電子數據通過Web端以附件形式上傳。

(2)數據統計和分析:按不同的檢測內容,對檢測結果列表展示,通過數據詳情展示詳細檢測數據。

(3)原始記錄和報告管理:用于對系統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量控制,且檢測報告支持下載編輯后重新上傳。

(4)數據展示用于分路線、標段、隧道等不同層級,統計并展示地質預報不良地質體信息,便于各參建方實時掌握隧道前方地質條件,采取合理的應對措施。

4 應用案例

本系統應用在廣西樂業至望謨高速公路全線隧道監控量測和超前地質預報項目中,以NO.2合同段壩巖寨2號隧道工程為例介紹系統使用效果,具體如下:

(1)實現了對隧道現場檢測人員信息化臺賬管理,實時掌握人員流動狀態。

(2)實現隧道工程概況、地質條件、水文條件等關鍵信息錄入,配置工作面和分區段圍巖地質條件,與隧道監測斷面、安全步距等進行關聯和預警提醒。

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

(4)實現了施工進度、監控量測、超前地質預報進度聯合展示,實時了解項目進展,確保及時提供監測和預報服務。

(5)按斷面樁號進行排序,展示各斷面監控量測進展情況。

(6)分預報不同的預報方法,按照掌子面樁號順序展示地質預報情況。

5 結語

通過在樂業至望謨高速公路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,隧道各參建方能實時掌握隧道變形和前方地質條件,針對復雜地質條件,能及時調整施工方案,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量管理提供了有力的幫助,同時該系統具備在廣西推廣使用的可行性,有助于行業管理機構實時掌握廣西隧道建設安全和質量情況,市場應用前景非常廣闊。