智能化檢測在工程質量檢測中的運用

朱 堅

（南京市江北新區建設和交通工程質量安全監督站，江蘇 南京 210000）

0 引言

以互聯網、大數據和人工智能為代表的新一代信息技術發展日新月異，信息化已經是當今時代發展的大趨勢，代表著先進生產力。中國社會率先進入了 5 G 時代，實現了彎道超車。在工程質量檢測領域，信息化技術也得到了大量的運用，可以說信息化全過程檢測管理將是工程質量檢測發展的趨勢。筆者單位從 2000 年開始涉足檢測系統的電子化、信息化，如今逐步添加和完善了信息化檢測系統。在信息化檢測系統中，最重要、最體現價值的是智能化檢測，智能化檢測最大限度地消除人為影響，準確性可靠，安全性風險管控，保存檢測過程中的所有影像和數據，具有最大程度的可追溯性與可復現性，可以說實現了檢測的公開、公平、公正和科學。

1 信息化在工程檢測領域的運用

筆者單位工程質量檢測信息化系統，主要表現在檢測設備管理、檢測人員管理、檢測委托（合同）管理、檢測過程管理、檢測報告管理等多方面信息化的運用。

檢測設備管理的信息化，主要表現在檢測機構所有的設備相關信息均呈現在檢測信息化系統中，設備的購置發票、驗收證據、檢定/校準單位、檢定/校準證書和有效期、檢定/校準確認書、運行狀態、授權操作人員等均為電子化存在系統中。

檢測人員管理的信息化，主要表現在檢測機構所有人員的相關信息均呈現在檢測信息系統中，人員勞動合同、人員學歷學位、教育經歷、培訓和考核經歷、獎勵和懲處經歷、監督人員報告、人員授權文件、資格確認文件等均為電子化存在系統中。

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

檢測報告管理的信息化，主要表現在檢測報告的進度查詢、電子報告的出具與打印、收費系統與報告發放的連接、報告完成的信息發布、報告的防偽措施、報告的真偽驗證、檢測結果自動上報管理機關等。

檢測過程管理的信息化，主要表現在現場檢測定位、檢測人員識別、監測樣品盲樣識別、檢測過程環境監控（包括標養室、恒溫恒濕室）、檢測影像保存、檢測數據（曲線、圖表等）的保存、檢測過程數據實時上傳（如靜載檢測、基坑監測等）、檢測過程影像自動上傳等。

智能化檢測設備的大量接入，是保證檢測過程管理信息化的重要環節。

2 智能化檢測的運用

筆者單位的智能化檢測，主要用于混凝土抗壓強度檢測、鋼筋力學性能檢測、鋼筋重量偏差檢測、混凝土抗滲檢測、混凝土強度回彈檢測等［1］。

2.1 混凝土抗壓強度智能化檢測

該系統包括智能檢測控制單元、檢測機器人、標識識別單元、檢測設備（壓力機系統）、自動清掃單元、數據管理單元、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算機硬件和控制軟件組成，可采用全自動、半自動、手動三種模式。在全自動模式下，各單元連續運行，實現混凝土試塊（芯樣）從樣品車到檢測到樣品留置全過程自動化。一個智能控制檢測單元+一套檢測機器人可以控制兩臺檢測設備（壓力機）。

檢測機器人可以完成自動化檢測過程中的樣品抓取、轉運、放置等功能。機器手可抓取重量 30 kg，移動速度 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）。

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

檢測設備（壓力機）系統，包括尺寸測量儀和壓力試驗機。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。壓力機配有傳送帶、導向帶，把合格與不合格的樣品，分別傳送到不同的樣品留置區。壓力機最大負荷 2 000 kN，0.5 級精度，位移測量范圍 80 mm，位移分辨力 0.001 mm，力加載速率調節范圍（0.005 %～10 %）F·S/s，功率 3.0 kW（380 V）。

自動清掃單元，用于清理每次試驗后上下壓板之間的殘留物。

數據管理單元包括數據存儲裝置、檢測軟件功能、視頻監控功能；能夠進行數據采集、存儲、計算、分析、上傳、查詢等功能；能夠自動生成檢測原始記錄和報告模板；在檢測過程中，留有每段檢測影像，可實現預覽、回放；數據存儲裝置要能保證存儲六個月。

通信單元與系統網絡相連接，自動生成檢測原始記錄和報告模板共享到檢測軟件系統中、能夠實時與監管平臺交互相關信息和數據。

異常情況報警單元具備自動監控和報警功能，對異常狀態自動報警：對智能檢測通電情況自動監控，斷電時自動報警；檢測系統設有安全防護圍欄，有人侵入安全防護圍欄，自動異常報警；報警通過聲、光報警器發出信號，同時發出報警信號到管理人手機上；異常報警時，系統自動停止。系統對樣品車中的樣品數量進行自動監控，樣品數量不足時自動報警。

檢測過程：委托時，標貼粘貼在樣品非承壓面，整齊擺放在樣品車上，樣品車推至待檢區域。樣品標貼信息包括：樣品編號及單個序號、澆筑時間、強度等級、試驗齡期等。機械手抓取樣品，移至掃描識別工位，圖像采集裝置識別樣品標簽，相關信息解析后發送到數據管理單元。機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；將尺寸數據上傳到數據管理單元；尺寸不符合要求，移至到異常樣品存放區，尺寸符合，移至到壓力機待檢工位。自動清掃裝置清掃壓力機壓板，從待檢工位把樣品推送到壓板中間位置，根據識別單元上傳的信息，自動調節試驗機加荷速度，進行試驗，試驗結果傳送到數據管理單元。整個過程由數據管理單元監控系統進行拍攝并保存。根據判定合格與否，最后傳輸帶把樣品傳到合格區域或者非合格區域留置。

2.2 鋼筋力學性能智能化檢測

該系統同樣包括智能檢測控制單元、檢測機器人、標識識別單元、檢測設備（拉力機系統）、自動清掃單元、數據管理單元、通信單元、異常情況告警單元等。

檢測機器人可以完成自動化檢測過程中的樣品抓取、轉運、放置等功能。機器手最大負載 60 kg，工作半徑 2 050 mm，復位精度＜0.06 mm，效率 20 根/h。

檢測設備（拉力機）系統，包括尺寸測量儀和拉力試驗機。尺寸測量儀采用光柵接觸測量，測量樣品的寬度、厚度，計算橫截面積，尺寸精度 3 μm。拉力機最大負荷 1 000 kN，0.5 級精度，橫梁位移速度調節范圍（0.005～200）mm/min，位移示值誤差 0.5 % 以內，力加載速率調節范圍（0.05 %～5 %）F·S/s，功率 12 kW（380 V）；拉力機配有全自動縱向引伸計，標距范圍（15～205）mm，變形量 100 mm，分辨力 0.000 5 mm，夾持范圍（0.2～40）mm，準確度 0.5 級。拉力機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。

自動清掃單元，用于清理每次試驗后上下鉗口之間的殘留物。

檢測過程：檢測用樣品標貼粘貼在距離鋼筋端頭 100 mm 左右，整齊擺放在試樣架上，試樣架推至待檢區域。樣品標貼信息包括：樣品編號及單個序號、鋼筋牌號、公稱尺寸等。機械手抓取樣品，移至掃描識別工位，圖像采集裝置識別樣品標簽，相關信息解析后發送到數據管理單元。機械手把樣品移至到尺寸測量工位，測量樣品寬度厚度；將尺寸數據上傳到數據管理單元，計算樣品橫截面積；實際結果與委托信息不一致，移至到異常樣品存放區，信息一致，移至到拉力機前。自動清掃裝置清掃壓力機鉗口之間，機械手將樣品垂直送到拉力機上下鉗口中間，上下鉗口關閉，根據識別單元上傳的信息，自動調節試驗機加荷速度，進行試驗（非接觸式引伸計測量延伸率）。試驗結果（力值和延伸率）傳送到數據管理單元。如果有斷面收縮率測量參數，機械手將樣品斷面移至尺寸測量工位測量。整個過程由數據管理單元監控系統進行拍攝并保存。根據判定合格與否，最后把樣品移至合格區域或者非合格區域留置。

2.3 鋼筋重量偏差智能化檢測

鋼筋重量偏差檢測設備具備半智能化檢測能力。設備采用激光光柵、機器視覺、圖像識別、深度學習和云計算技術，實現對樣品的長度、重量同時識別與測量，可智能去除樣品上標簽的影響，自動記錄與報告，檢測照片自動保存，檢測結果自動推送到檢測軟件系統。樣品長度最大可達 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：設備連接網絡，設備開機后需要檢測的任務編號自動傳入設備，檢測時需要選擇任務編號。設備開機后，設備自動記錄空倉質量，人工把 5 根樣品放入設備，按啟動按鈕，設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，然后自動計算出結果。過程中的影像自動保存，單個數據與總數據自動推送到檢測軟件，設備也可以打印出記錄與報告。

2.4 混凝土抗滲智能化檢測

全自動混凝土抗滲儀也屬于半智能化檢測設備。設備一次可以檢測 4 組試件，每組試件可以單獨裝拆，互不影響。設備實現電腦控制，自動加壓，自動檢測漏水，自動判斷結果，自動記錄結果，自動上傳信息，自動出具記錄與報告，包括試驗壓力、漏水壓力、檢測時間與過程曲線。設備試驗壓力為 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 組同時密封，密封時間不超過 5 min，并且安全穩定。

該設備最大的特點就是全過程由計算機自動控制，一鍵操作，無需涂抹密封材料，自動密封、自動逐級加壓、自動恒壓、自動裝脫模、自動診斷漏水。

檢測過程：設備連接網絡，設備開機后需要檢測的任務編號自動傳入設備，在控制電腦上分別設置每個倉位的任務單編號，對應地把樣品放入到樣品倉中。完畢后點擊開始按鈕，設備自動運行，直到出結果。

2.5 混凝土強度回彈智能化檢測

混凝土強度智能化回彈儀也屬于半智能化檢測設備。設備由機械回彈儀部分、數據采集與傳送模塊兩部分組成，具備多元化輸入模式；1 000 個構件存儲容量；內置三軸陀螺儀，自動判斷角度，完成數據修正，免去角度參數手動輸入；測區回彈值與強度換算，即彈即得；支持不完整測區隨時查看結果；藍牙可連接手機 APP 數據、檢測時間等信息隨時上傳；藍牙連接打印機隨時打印記錄結果；自動記錄率定結果，判斷設備校正結果；內置 GPS，自動記錄檢測位置。

檢測過程：檢測前，率定設備，自動記錄率定結果并判斷校正結果。檢測前可批量錄入需要檢測的任務編號、檢測部位位置；也可每個構件單獨錄入；可按錄入順序批量回彈，數據自動保存數據、檢測時間，并上傳檢測軟件；也可按單個構件的測區進行檢測。檢測后，仍然可以自動記錄率定數據，判定設備校正結果。

3 智能化檢測的不足與展望

目前，智能化檢測在工程質量檢測領域參與度還不足，參與項目還比較少?，F有智能化檢測設備與普通檢測設備相比，價格要高很多，性價比并不最優?，F有智能化檢測設備還不完全智能，只能按照原有設定的程序進行，一旦標準有變化、或者檢測過程有突發情況，使用者沒有辦法自己處理。部分智能化設備人工參與度還較高，并不能完全消除人為影響。現有智能化設備都比較精細，高精度、高集成，零件越多、環節越多、集成度越高，發生故障的概率越大，一旦發生故障，都要求生產廠家維護和維修，耽誤時間，并且產生較高的費用。

但智能化符合“工業 4.0”戰略，是不可逆轉的時代潮流，必將為檢測行業發展注入活力，帶來行業的巨大變革。對于檢測行業來說，應依托于計算機網絡、大數據、物聯網和人工智能等技術，大力推進智能化儀器生產、實驗室升級和數字化平臺建設，通過工業大數據的感知、匯聚與處理，尤其是融合獨特的視覺處理技術帶來的精準定位，通過機器人智能分析、推理、判斷、構思、決策，打造實驗室自動化的基礎生態。尤其應有更多人機交互的功能，比如儀器維護提醒、異常數據的識別、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，心里不慌。

4 結語

面對國際新形勢、國家新要求，檢測機構應與時俱進，牢牢抓住新一輪科技革命和產業變革重要機遇，大膽地嘗試和摸索，充分發揮科技創新的滲透性、擴散性、顛覆性作用，在發展方向、目標、路徑上堅持向科技創新要方法、要答案，堅持以智能化檢測的實踐為基礎，面向國家重大深入實施創新驅動發展戰略，推動技術創新一體化布局，加快促進科技成果轉化為現實生產力，加快檢測行業往智能化方向健康發展。Q