高速公路隧道试验检测信息化管理系统研究及应用

熊雅文,王颁法,罗宏伟,兰 天

(1.广西交投科技有限公司,广西 南宁 530022;2.广西交通投资集团百色高速公路运营有限公司,广西 百色 533099)

0 引言

“十四五”规划进一步加快了广西高速公路网的扩张,隧道工程建设呈现井喷式增长势态,给隧道工程建设管理带来巨大挑战,对检验检测信息化工作提出了更高的要求。如何充分发挥监控量测和超前地质预报的施工指导作用,统筹管理区域性隧道建设工程质量,是现阶段面临的巨大挑战。

现有关于在建隧道试验检测信息化系统研究主要集中在监控量测、超前地质预报等方面:张勇、杨绍战、雷军军、陈兵兵等[1-4]在隧道监控量测信息化系统研究方面做了大量工作;郭安福、孟陆波等、李涛等[5-8]。基于物联网、云计算,构建了隧道工作面地质信息管理平台,实现了隧道工作面地质信息化管理。邓人溦[9]充分利用现有的信息、技术和资源,就铁路隧道衬硕质量与病害信息管理系统的设计与开发做了较为深入的研究。

现有研究侧重于从技术层面实现监控量测、超前地质预报和质量检测信息化,但未结合第三方试验检测机构质量体系管理和项目管理需求,而根据交通运输部《公路水运工程试验检测管理办法》,隧道工程试验检测必须由具备相应试验检测资质的单位实施,导致现有系统无法满足检测单位的生产需要。本文设计开发了高速公路隧道试验检测信息化管理系统,满足专业检测机构质量体系管理和项目管理需求的基础上,具备数据沟通及时、安全预警反馈及时、质量检测问题闭环管理等一系列优势,该系统在乐业至望谟高速公路NO.2合同段坝岩寨2号隧道建设项目中试运行,取得了良好的效果。

1 需求分析

1.1 存在的问题

目前公路隧道试验检测主要存在以下问题:

(1)隧道试验检测管理信息化程度不足。尽管有部分单位实现了仪器设备信息化管理,但与试验检测相关的人员、质量、安全、技术等方面管理仍然依赖大量的人工干预,难以形成全方位覆盖的信息化管理体系。

(2)公路隧道试验检测项目以现场检测为主,项目分散,人员技术水平参差不齐,难以做到统一管理,易发生质量风险。

(3)公路隧道试验检测相关内业资料主要依赖人工整理,普遍存在内业资料混乱,检测资料归档困难,报告质量参差不齐等问题。

(4)公路隧道试验检测单位作为工程建设的参与方之一,在隧道施工安全、质量控制等方面发挥了巨大作用,实际项目开展过程中往往存在监控量测、超前地质预报信息传递不及时、试验检测台账不清晰等问题,各参建单位无法及时掌握隧道情况,容易导致决策困难、责任无法界定等。

1.2 解决思路

针对公路隧道试验检测行业痛点、难点,本文依托广西高速公路隧道试验检测项目,从以下几个方面解决行业问题:

(1)根据交通运输部《公路水运工程试验检测管理办法》要求,将公路隧道试验检测相关参数分为监控量测、超前地质预报、质量检测等三类,全部纳入系统业务管理,实现隧道试验检测业务全覆盖。

(2)该系统将“建设、勘察、设计、施工、监理、检测”等参建单位全部纳入管理,保证各参建方能实时了解隧道建设过程中的试验检测相关信息。

(3)该系统具备试验检测单位质量管理体系相关要求,将人员、设备、质量、安全、技术等日常管理工作全部实现信息化,最大限度提高试验检测单位管理效率。

(4)该系统具备原始记录和报告自动生成,报告和方案线上审批等一系列功能,基本实现公路隧道试验检测项目无纸化办公,在节省成本开支的同时,能最大限度减轻一线人员内业工作量,同时能保证内业资料的规范化和标准化,大大提升内业质量。

2 系统架构设计

2.1 总体架构

系统总体架构分为数据中心、组建服务、应用服务和应用展示等四个模块。通过数据中心对基础数据进行储存和管理,通过组建服务对数据进行分析处理,通过应用服务对数据进行增删改查,通过应用展示对数据进行展示,如图1所示。

图1 总体架构图

2.2 技术架构

系统技术架构采用分层逻辑设计,自下而上依次为数据储存、微服务、业务应用、API层、中间层和展示层。同时通过身份鉴别、访问控制、入侵防护、DB保密性和完整性、安全审计、恶意代码防范等措施搭建系统安全计算环境,如图2所示。

2.3 功能架构

该系统功能架构基于模块化设计,分为基础模块和功能模块,其中基础模块包括首页、建设项目信息管理、组织及设备管理、质量体系管理和试验检测项目管理等5大模块;功能模块分为施工进度、监控量测、超前地质预报、质量检测等模块,可根据需要随时增加新的功能模块,如图3所示。

图3 功能架构图

3 功能模块设计

3.1 基础模块

3.1.1 首页

首页主要对项目信息进行统计汇总,每个功能模块分配一块展示区域,动态统计汇总隧道试验检测项目信息。

3.1.2 建设项目信息管理模块

(1)根据广西地区高速公路项目建设特点,按照路线管理-标段管理-隧道管理的逻辑架构建立隧道基本信息数据库。

(2)路线管理包含路线名称、编码、等级、走向和路线介绍等基本信息。

(3)标段管理包括基础信息和单位信息两部分。基础信息包括标段名称、路段编码、所属路线、起讫桩号等基本系信息;单位信息包含各参建方和试验检测单位名称和介绍等信息。

(4)隧道管理包括路线信息、基本信息、工程信息和附件信息等四部分。路线信息指定隧道所属路线和标段;基本信息包括隧道位置、桩号、长度、结构形式等;工程信息包括工程概况、工程地质概况、水文地质概况和不良地质概况等;附件信息包含勘察文件和设计文件,文件支持常见文档格式上传。

3.1.3 组织及仪器设备管理模块

(1)组织机构管理:对系统用户进行组织机构管理,分单位类型、单位、部门三个层级。

(2)角色管理:对系统用户角色类型进行定义和权限编辑。

(3)权限管理:对角色权限进行自定义。

(4)人员管理:对仪器设备进行建档立卡,同时为人员分配权限。

(5)仪器设备管理:对仪器设备进行建档立卡,同时为仪器设备分配项目权限。

3.1.4 质量体系管理模块

(1)质量管理体系管理模块包括人员管理、仪器设备管理、原始记录模板、检测报告模板、预警阈值管理等功能。

(2)原始记录模板和检测报告模板主要用于报告自动生成时的模板制定。

(3)预警阈值管理主要对施工进度、监控量测的预警阈值进行管理。

3.1.5 试验检测项目管理模块

项目管理功能是在建立隧道基本数据库的基础上,通过设置项目信息、委托信息、添加相关隧道,为隧道配置工作面、检测内容等,建立检测项目库。

3.2 功能模块

除施工进度模块外,其他功能模块都包含数据采集、数据统计和分析、原始记录和报告管理、数据展示等四个子模块。

3.2.1 施工进度

该模块主要用于展示隧道掌子面、二衬、仰拱施工进度,根据规范要求进行安全步距预警,同时与其他功能模块关联展示试验检测进度。

3.2.2 监控量测模块

(1)数据采集:监控量测数据采集支持APP端上传和Web端数据录入两种方式,APP端数据上传是指现场检测人员通过蓝牙连接全站仪将数据传输至APP端,或通过APP端人工记录相关检测信息,然后通过无线网络上传数据至服务器;Web端数据录入主要针对仪器设备不具备数据上传功能或现场不具备APP操作条件时,将原始数据通过Web端录入系统,形成完整的现场检测记录。

(2)数据统计和分析:对检测数据按台账形式列表展示,并对各断面监测结果通过数据详情展示,按规范要求进行曲线拟合,判断变形发展趋势。

(3)原始记录和报告管理:用于对系统自动生成的原始记录和检测报告进行管理,其中报告管理采用二级审核机制进行质量控制,且检测报告支持下载编辑后重新上传。

(4)数据展示分路线、标段、隧道等不同层级,统计并展示监控量测预警、处治等信息,便于各参建方实时掌握隧道监控量测情况。

3.2.3 超前地质预报模块

(1)数据采集:超前地质预报数据采集采用APP端和Web端相结合的方式,其中现场原始记录通过APP端现场录入上传,电子数据通过Web端以附件形式上传。

(2)数据统计和分析:按不同的预报方法,对超前地质预报结果列表展示,通过数据详情展示详细检测数据。

(3)原始记录和报告管理:用于对系统自动生成的原始记录和检测报告进行管理,其中报告管理采用二级审核机制进行质量控制,且检测报告支持下载编辑后重新上传。

(4)数据展示用于分路线、标段、隧道等不同层级,统计并展示地质预报不良地质体信息,便于各参建方实时掌握隧道前方地质条件,采取合理的应对措施。

3.2.4 质量检测模块

(1)数据采集:质量数据采集采用APP端和Web端相结合的方式,其中现场原始记录通过APP端现场录入上传,电子数据通过Web端以附件形式上传。

(2)数据统计和分析:按不同的检测内容,对检测结果列表展示,通过数据详情展示详细检测数据。

(3)原始记录和报告管理:用于对系统自动生成的原始记录和检测报告进行管理,其中报告管理采用二级审核机制进行质量控制,且检测报告支持下载编辑后重新上传。

(4)数据展示用于分路线、标段、隧道等不同层级,统计并展示地质预报不良地质体信息,便于各参建方实时掌握隧道前方地质条件,采取合理的应对措施。

4 应用案例

本系统应用在广西乐业至望谟高速公路全线隧道监控量测和超前地质预报项目中,以NO.2合同段坝岩寨2号隧道工程为例介绍系统使用效果,具体如下:

(1)实现了对隧道现场检测人员信息化台账管理,实时掌握人员流动状态。

(2)实现隧道工程概况、地质条件、水文条件等关键信息录入,配置工作面和分区段围岩地质条件,与隧道监测断面、安全步距等进行关联和预警提醒。

(3)通过设置检测项目,并配置检测人员和仪器设备,将不同隧道的不同检测项目落实到具体责任人。

(4)实现了施工进度、监控量测、超前地质预报进度联合展示,实时了解项目进展,确保及时提供监测和预报服务。

(5)按断面桩号进行排序,展示各断面监控量测进展情况。

(6)分预报不同的预报方法,按照掌子面桩号顺序展示地质预报情况。

5 结语

通过在乐业至望谟高速公路NO.2合同段坝岩寨2号隧道试用该高速公路隧道试验检测信息化管理系统,隧道各参建方能实时掌握隧道变形和前方地质条件,针对复杂地质条件,能及时调整施工方案,制定针对性安全防范措施,大大提高了在建高速公路隧道试验检测项目管理效率,为隧道检测的安全和质量管理提供了有力的帮助,同时该系统具备在广西推广使用的可行性,有助于行业管理机构实时掌握广西隧道建设安全和质量情况,市场应用前景非常广阔。