水泥攪拌樁遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)研究

楊坤

摘要 自水泥土攪拌樁技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，由于其在軟土加固方面表現(xiàn)出色、施工機(jī)械簡(jiǎn)便、施工速度快、造價(jià)較為經(jīng)濟(jì)、對(duì)環(huán)境影響較小等諸多優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛應(yīng)用，然而在水泥土樁施工管理過(guò)程中，長(zhǎng)期存在量測(cè)技術(shù)落后、人為因素影響質(zhì)量、技術(shù)與實(shí)際難結(jié)合等問(wèn)題。文章研發(fā)的地基處理實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，很好地改善了水泥土樁施工過(guò)程中存在的問(wèn)題，對(duì)以后的行業(yè)發(fā)展起到了積極的作用。

關(guān)鍵詞 水泥攪拌樁；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

中圖分類號(hào) TU447文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）05-0093-03

0 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，迫切需要將信息化技術(shù)融入工程管理[1-4]。該技術(shù)的目標(biāo)是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)際工程技術(shù)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用，把工程監(jiān)理、工程管理、工程施工、工程檢測(cè)以及工程設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)做法插上物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的翅膀，并與參建方有機(jī)結(jié)合，真正給工程管理帶來(lái)一場(chǎng)革命[5]。從工程管理中最難的軟土地基處理著手，開(kāi)發(fā)配套智能系統(tǒng)，解決地基處理質(zhì)量控制的難題。

該文應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成功開(kāi)發(fā)了一套地基處理實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由功能完備、經(jīng)濟(jì)可行的硬件系統(tǒng)和軟件平臺(tái)組成，以軟硬件結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸至平臺(tái)。由專家團(tuán)隊(duì)利用巖土知識(shí)，結(jié)合地層條件及施工數(shù)據(jù)，對(duì)單樁及整個(gè)場(chǎng)地做出質(zhì)量評(píng)估，對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行全方位質(zhì)量控制，對(duì)成樁質(zhì)量進(jìn)行全面綜合評(píng)估。

1 水泥攪拌樁遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 系統(tǒng)原理

該系統(tǒng)是通過(guò)施工過(guò)程中的精確監(jiān)測(cè)與合理分析，綜合現(xiàn)場(chǎng)各種條件與巖土工程知識(shí)，及時(shí)生成項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的巖土分析報(bào)告，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，并及時(shí)將反饋信息傳達(dá)至施工管理現(xiàn)場(chǎng)，作為指導(dǎo)修正施工操作的依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工過(guò)程的有效及時(shí)監(jiān)督和控制，從而提高了整體施工的質(zhì)量，并且對(duì)工后檢測(cè)起到具體的、針對(duì)性的定向指導(dǎo)。同時(shí)，再建立多個(gè)地區(qū)多個(gè)項(xiàng)目的檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)專業(yè)的分析總結(jié)對(duì)水泥土攪拌樁的設(shè)計(jì)與施工給出針對(duì)性的建議。

1.2 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)具有以下六大功能：

（1）實(shí)時(shí)采集、上傳、存儲(chǔ)原始施工數(shù)據(jù)，并可以隨時(shí)隨地遠(yuǎn)程查看。

（2）實(shí)時(shí)評(píng)估制樁質(zhì)量，生成單樁及群樁質(zhì)量評(píng)估報(bào)告。

（3）自動(dòng)生成多項(xiàng)施工資料。

（4）實(shí)時(shí)報(bào)警。

（5）實(shí)時(shí)分析場(chǎng)地地質(zhì)條件等影響因素。

（6）根據(jù)實(shí)際場(chǎng)地地質(zhì)條件調(diào)整施工方案。

水泥土攪拌樁質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)幾乎完全實(shí)現(xiàn)無(wú)死角監(jiān)測(cè)，切實(shí)保證施工數(shù)據(jù)的真實(shí)性，降低了施工管理難度；在施工過(guò)程中對(duì)制樁質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把控及多方面評(píng)價(jià)，保證施工方案一直符合實(shí)際場(chǎng)地條件，提高了技術(shù)與實(shí)際的結(jié)合程度，非常適用當(dāng)前的水泥土攪拌樁施工監(jiān)測(cè)和質(zhì)量控制工作。

2 水泥攪拌樁遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要內(nèi)容

2.1 系統(tǒng)組成

質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)猶如“醫(yī)療儀器”，由電磁流量計(jì)、測(cè)斜儀、電流計(jì)、深度儀、GPS定位儀等傳感器、在線自動(dòng)制漿站和監(jiān)控主機(jī)組成。樁機(jī)啟動(dòng)工作時(shí)，各傳感器便正式采集施工過(guò)程的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，所收集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)有線傳輸?shù)奖O(jiān)控主機(jī)，然后監(jiān)控主機(jī)初步分析數(shù)據(jù)信息，并上傳、存儲(chǔ)至云端服務(wù)器。監(jiān)控主機(jī)初步分析若發(fā)現(xiàn)施工參數(shù)超出境界限制，系統(tǒng)將立即觸發(fā)警報(bào)，提示現(xiàn)場(chǎng)操作人員進(jìn)行及時(shí)檢查。在線自動(dòng)制漿站只需預(yù)設(shè)水量和灰量，即可自動(dòng)批量制漿，并將制漿數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳并存儲(chǔ)至云端服務(wù)器。

整個(gè)系統(tǒng)分為四個(gè)部分：現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)—信號(hào)傳輸系統(tǒng)—監(jiān)管中心—遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)客戶端。

2.2 數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集依靠數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行，數(shù)據(jù)采集儀通過(guò)各類傳感技術(shù)可以準(zhǔn)確測(cè)量施工過(guò)程中的各種參數(shù)。數(shù)據(jù)采集儀可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能以及GPS定位功能。數(shù)據(jù)采集詳情如表1所示。

2.3 自動(dòng)制漿機(jī)

目前國(guó)內(nèi)水泥土攪拌樁的制漿仍采用傳統(tǒng)的人工方式，該方法存在一些明顯的不足。制漿過(guò)程中，在成本較高、工人勞動(dòng)強(qiáng)度較大的情況下，需要人工傾倒水泥粉末，造成嚴(yán)重的粉塵污染，影響工人職業(yè)健康安全。這些因素造成攪拌不均、漿料比例起伏較大、漿料質(zhì)量難以保證。為解決這些問(wèn)題，該文自主研發(fā)了攪拌樁自動(dòng)化制漿系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有制漿效率高、漿液比例穩(wěn)定、自動(dòng)化程度高、人工節(jié)省、勞動(dòng)強(qiáng)度低、測(cè)量精確、性能穩(wěn)定、支持網(wǎng)上傳輸?shù)裙δ艿耐瑫r(shí)，能充分保證施工的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

自動(dòng)制漿機(jī)有以下優(yōu)勢(shì)：

2.3.1 具備高度自動(dòng)化、簡(jiǎn)單易學(xué)的操作方式

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了直觀友好的用戶界面，采用便捷的操作方式，使工人能夠輕松上手，只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的培訓(xùn)。工人只需依據(jù)預(yù)設(shè)的水灰比例，在顯示屏上輸入水和水泥的重量，點(diǎn)擊確認(rèn)鍵即可完成自動(dòng)供水、供灰、攪拌和放漿等一系列連續(xù)動(dòng)作。

2.3.2 實(shí)現(xiàn)高效制漿、穩(wěn)定的漿液比重

利用兩臺(tái)同時(shí)輸送水泥的螺旋式輸送機(jī)，達(dá)到每小時(shí)12 m3的制漿能力，提高供灰效率，滿足同時(shí)施工的多臺(tái)攪拌樁機(jī)。先進(jìn)的高速攪拌機(jī)（槳葉轉(zhuǎn)速600轉(zhuǎn)/min）

和精密的傳感器，確保漿液比重準(zhǔn)確而穩(wěn)定，配備的稱量系統(tǒng)進(jìn)一步增強(qiáng)了精度。

2.3.3 性能穩(wěn)定，安全適用

自動(dòng)控制柜所采用的元器件表現(xiàn)出穩(wěn)定的性能，故障率低，操作簡(jiǎn)便且容易維護(hù)。連接的各種電氣設(shè)備均配備自動(dòng)保護(hù)裝置，可迅速而有效地切斷主回路，以應(yīng)對(duì)電路短路、過(guò)載、缺相、接地等故障，確保各種電器設(shè)備的安全運(yùn)行。

2.3.4 節(jié)約人工材料，綠色環(huán)保

傳統(tǒng)的人工制漿，需要人員多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且現(xiàn)場(chǎng)粉塵多，浪費(fèi)材料，污染環(huán)境，影響工人職業(yè)健康；而自動(dòng)制漿只需一人操作即可，大大降低了用工成本，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，且現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的粉塵少，節(jié)約材料，保證環(huán)境。

2.3.5 數(shù)據(jù)上傳與監(jiān)控功能無(wú)縫對(duì)接

在自動(dòng)化制漿系統(tǒng)中添加網(wǎng)絡(luò)模塊，實(shí)現(xiàn)制漿過(guò)程的實(shí)時(shí)上傳，包括單次用水量、用灰量、水灰比等數(shù)據(jù)傳送至在線監(jiān)測(cè)網(wǎng)站，以實(shí)現(xiàn)對(duì)制漿過(guò)程的即時(shí)監(jiān)控。在線監(jiān)控網(wǎng)站還可以進(jìn)行單日或一定時(shí)間段的用漿量、水泥用量統(tǒng)計(jì)。通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳和在線監(jiān)控，有效防止了工人的偷工減料和虛假操作，確保了制漿過(guò)程的真實(shí)可靠性。

2.4 數(shù)據(jù)分析及評(píng)估

所有數(shù)據(jù)均從現(xiàn)場(chǎng)直接傳輸?shù)皆贫耍麄€(gè)過(guò)程嚴(yán)謹(jǐn)可靠，能夠做到數(shù)據(jù)的不泄露，因此所有數(shù)據(jù)形成的表格都能夠直接打印，從而形成真實(shí)可靠的施工報(bào)表。基于現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)，通過(guò)軟件平臺(tái)可以看到項(xiàng)目標(biāo)段信息、設(shè)備信息、工區(qū)信息、實(shí)時(shí)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)列表、預(yù)警等信息，平臺(tái)界面如圖1所示。

評(píng)估從兩方面進(jìn)行：

（1）簡(jiǎn)單評(píng)估，通過(guò)樁長(zhǎng)、流量、速度參數(shù)，進(jìn)行綜合打分，按分值進(jìn)行判斷。

（2）復(fù)雜評(píng)估，通過(guò)監(jiān)測(cè)參數(shù)，結(jié)合土層情況分析打分，按分值進(jìn)行判斷。

2.5 系統(tǒng)測(cè)試與評(píng)價(jià)

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完成后，為了避免系統(tǒng)出現(xiàn)缺陷，需要詳細(xì)測(cè)試系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。具體的測(cè)試內(nèi)容如下：

2.5.1 功能模塊測(cè)試

（1）登錄測(cè)試。打開(kāi)瀏覽器并輸入系統(tǒng)的網(wǎng)址，進(jìn)入系統(tǒng)的登錄頁(yè)面。在這個(gè)系統(tǒng)中，用戶被分為三種角色：系統(tǒng)管理員、項(xiàng)目技術(shù)人員和項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。在登錄頁(yè)面輸入正確的用戶名、密碼以及動(dòng)態(tài)驗(yàn)證碼后，系統(tǒng)將對(duì)用戶的身份進(jìn)行驗(yàn)證。如果驗(yàn)證成功，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)一步檢查其擁有的權(quán)限，并根據(jù)權(quán)限開(kāi)放相應(yīng)的功能頁(yè)面和服務(wù)。如果驗(yàn)證未能通過(guò)，系統(tǒng)將會(huì)給出相應(yīng)的錯(cuò)誤提示信息。

（2）角色分類及權(quán)限分配。系統(tǒng)管理員通過(guò)操作系統(tǒng)組織管理菜單來(lái)實(shí)現(xiàn)角色的分類，同時(shí)也由系統(tǒng)管理員分配各個(gè)角色對(duì)應(yīng)的菜單權(quán)限。

（3）用戶管理。系統(tǒng)管理員通過(guò)在系統(tǒng)用戶菜單中進(jìn)行操作來(lái)管理用戶信息，這個(gè)管理過(guò)程包括用戶的增加、刪除，以及對(duì)用戶信息的更改和用戶角色的分配。

（4）設(shè)備管理。系統(tǒng)管理員通過(guò)操作設(shè)備列表菜單來(lái)管理設(shè)備信息，管理的內(nèi)容涵蓋設(shè)備的增加、設(shè)備信息的更改、設(shè)備文件的上傳以及指定設(shè)備所屬項(xiàng)目。

（5）項(xiàng)目管理。項(xiàng)目信息的管理由系統(tǒng)管理員訪問(wèn)項(xiàng)目列表菜單操作實(shí)現(xiàn)，管理的內(nèi)容涵蓋項(xiàng)目的創(chuàng)建、查看、修改，以及指定項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。同時(shí)，通過(guò)點(diǎn)擊項(xiàng)目所有樁機(jī)按鈕，可查看該項(xiàng)目下所有樁機(jī)的信息。

（6）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能包括地圖監(jiān)測(cè)、圖形化監(jiān)測(cè)和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)。查看所有在線樁機(jī)的分布情況由系統(tǒng)管理員通過(guò)操作地圖監(jiān)測(cè)菜單實(shí)現(xiàn)，而其他用戶只可以查看用戶所屬項(xiàng)目在線樁機(jī)的分布情況。

（7）成樁信息。成樁信息包括成樁列表、詳細(xì)數(shù)據(jù)、曲線、過(guò)程曲線和施工平面圖。用戶可以通過(guò)對(duì)列表菜單的操作來(lái)查看當(dāng)前的資料信息。精確到某一樁的信息，需要輸入樁機(jī)編號(hào)、樁號(hào)等信息檢索，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Word、Excel表格中。用戶可以將某段時(shí)間的水泥用量、樁數(shù)等資料通過(guò)統(tǒng)計(jì)功能進(jìn)行匯總，從而得出結(jié)論。

（8）質(zhì)量評(píng)估。項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員可以記錄并管理地層信息以及試樁數(shù)據(jù)，并基于以上信息制定相關(guān)的施工設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)定水泥用量和最大傾斜度指標(biāo)可通過(guò)操作樁基施工質(zhì)量菜單實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)痘┕べ|(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估，并將不合格的施工樁基進(jìn)行匯總。

2.5.2 用戶界面測(cè)試

系統(tǒng)評(píng)價(jià)中，用戶界面設(shè)計(jì)的友好性是一個(gè)重要的考量指標(biāo)。在這個(gè)方面主要進(jìn)行了頁(yè)面布局、鼠標(biāo)操作、鍵盤操作、窗口切換等方面的測(cè)試。

2.5.3 兼容性測(cè)試

不同瀏覽器在解釋函數(shù)、CSS等方面有所差異，這就意味著即使是同一個(gè)網(wǎng)頁(yè)，在不同的瀏覽器下顯示效果也可能不一樣。為了確保系統(tǒng)可以在各種不同的瀏覽器下正常運(yùn)行，進(jìn)行兼容性處理是非常必要的。該部分基于幾款主流瀏覽器測(cè)試了系統(tǒng)兼容性。

3 結(jié)語(yǔ)

該文研究了一種水泥攪拌樁遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）對(duì)成樁深度、施工工藝、水泥用量等施工數(shù)據(jù)進(jìn)行不間斷采集，并實(shí)時(shí)上傳存儲(chǔ)到云端服務(wù)器，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、全過(guò)程監(jiān)控施工。

（2）一旦施工過(guò)程中某一參數(shù)超出允許偏差范圍，現(xiàn)場(chǎng)和后臺(tái)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，直到查明原因并加以解決，警報(bào)才會(huì)解除。

（3）綜合巖土工程技術(shù)團(tuán)隊(duì)的評(píng)審意見(jiàn)，從樁長(zhǎng)、水泥用量、段漿量、與實(shí)際土層的契合度、群樁質(zhì)量等多個(gè)方面對(duì)單樁進(jìn)行評(píng)價(jià)，解決了基礎(chǔ)處理質(zhì)量控制方面的難題，為今后項(xiàng)目的發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用。

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