铁路桩基检测信息管理系统研发及应用

2019-03-04，

铁道建筑 2019年2期

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(1.中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，北京 100081；2.武汉中岩科技股份有限公司，湖北武汉 430074)

桩基础作为铁路桥梁的主要基础形式，是上部结构的重要支撑部件。桩基的完整性和可靠性直接关系到桥梁及轨道结构的安全性，所以桩基质量检测工作至关重要[1]。桩基检测是一项比较复杂的现场检测工作，目前存在检测过程不规范、篡改或编造数据、原始资料储存混乱、无法有效监督等问题。随着市场的规范化和检测方法多元化[2-3]，桩基检测的信息量越来越广，管理难度逐步提升[4]，依靠传统的人工管理已经不能适应时代的需求，急需开发适合铁路桩基检测的信息化管理系统对检测工作进行监督与管理。

目前铁路行业的检测信息化研究工作，主要集中在实验室、拌和站、隧道围岩监控量测、沉降观测、路基连续压实等方面。通过这一系列的信息化管理软件在铁路建设中的应用，提升了铁路建设的质量管控水平[5-7]。在桩基检测信息化管理方面，张立亭等[8]设计了一套桩基检测信息系统，此系统主要基于地理信息系统(GIS)的空间分析能力和数据管理能力，并结合MapX平台，对桩基检测工作进行信息化管理；池军等[9]结合赣州建设工程质量监管系统，探讨了桩基检测的信息化工作，基本确保了桩基检测重要数据可追溯，尽可能避免弄虚作假的现象，为桩基检测的管理提供了新思路。此外，王闯和冯敏治等[10-11]也在桩基检测施工的信息化方面做了一些研究。总体来说，目前国内对桩基检测信息系统的研发工作主要集中在房建结构领域，对于铁路桩基检测工作的管理，尚没有统一的信息化系统。铁路现行的桩基检测模式是检测人员在工地现场进行检测，检测数据以文件的形式存储在检测仪器上，而后运用单机版的分析软件对检测数据进行分析并形成报告。这种工作方式不宜实施实时监控，难以保证数据的真实性和实时性，导致管理漏洞。

本文结合当前铁路桩基检测工作的现状，对开展铁路桩基检测信息化管理的必要性和迫切性进行了探讨。基于GPRS/4G传输、数据库、网络通讯等先进的信息技术开发了铁路桩基检测信息管理系统，实现对桩基检测工作各环节的实时管控。该系统能够有效提高铁路桩基检测控制管理水平，为保证铁路建设工程质量、控制检测过程及监管检测质量提供技术支持。

图1 桩基检测信息管理系统示意

1 桩基检测信息管理系统组成

桩基检测信息管理系统由检测单位模块、管理模块、数据上传软件、具有GPS(Global Positioning System)定位功能的检测设备、移动网络、因特网及服务器、PC电脑组成(如图1所示)。GPS定位精度可达15 m，能有效锁定检测现场的地理位置，通过GPRS/4G传输数据不受时空限制，通讯费用较低，完全可以满足远程实时监控的需要。

桩基检测信息管理系统的逻辑模块组成如图2所示。

图2 系统逻辑模块组成

2 信息系统主要功能

2.1 数据采集及传输功能

远程监测系统主要实现方式是将桩基检测仪器与现场传输仪相连接，连接后通过GPRS/4G网络与服务器通讯，进行现场采集数据的实时监控。以静载试验为例，在数据服务器与设备终端进行GPRS/4G数据交换时，采用TCP协议以保证数据的完整性和可靠性。

当设备进行试验时，首先发送网络畅通询问包，收到网络畅通确认包后开始发送数据。下面以低应变检测为例予以说明。低应变检测是一个瞬时过程，在3～6次锤击后，将3～6次的数据一起通过GPRS/4G设备传播到服务器。服务器接收到低应变数据包后，首先进行解密并检查协议版本。不同的协议版本对应不同的解析程序。在工程表中检查是否存在该次试验所在的工程，如果不存在则在工程表中创建一个新的工程。该工程记录的各字段从数据包中读取，然后在低应变试验数据表中添加一条新的试验记录。如果工程表中已经存在该次试验所在的工程，则直接在低应变试验数据表中添加一条新的记录。每次试验以“桩号—第几次”的形式进行命名。

2.2 检测全过程管理功能

桩基检测信息管理系统里包括了目前桩基检测的5种主要方法：静载试验、高应变法、低应变法、钻芯法(钻孔电视)、声波透射法。系统具有以下功能，并将在实际运用中逐步完善。

1)检测机构管理。管理检测机构的资质等基本信息。数据内容有：数据锁定状态、资质证号、检测机构名称、资质是否到期状态、计量认证号、法定代表人、人员总数、检测范围等信息。检测机构人员登录系统可对本企业的信息进行新增、修改、删除等操作。建设单位与检测机构确认信息录入完成后，建设单位可通过锁定功能对企业信息包括该企业的检测设备、人员、检测能力一并锁定，锁定后检测机构不能再对这些信息进行修改。检测管理流程如图3所示。

图3 检测管理流程

2)检测设备管理。管理检测设备基本信息。数据内容包括：主要仪器设备的检定/校准等信息，设备锁定状态、设备编号、设备名称、型号规格、厂商、检测机构名称、设备有效检定日期、是否到期状态等。如果数据锁定状态显示未锁定状态，管理人员可对设备信息进行新增、删除和修改操作。可通过所属机构、设备名称、有效日期等条件对设备信息进行检索。

3)检测人员管理。管理检测人员基本信息，主要技术人员、管理人员的变动情况等信息。数据内容包括：数据锁定状态、姓名、性别、年龄、职务、身份证号、岗位证书编号、检测机构名称、从事检测项目、证书注册类型、证书有效期等。如果数据锁定状态显示为未锁定状态，管理人员可对人员信息进行新增、删除和修改操作。可通过所属检测机构、姓名、从事检测项目等条件对人员信息进行检索。

4)数据实时查看。管理平台上可实时查看数据，比如静载试验数据可查看数据详表、数据总表、Q-s曲线、s-lgQ曲线、s-lgt曲线、测试日志等信息。图4为查看状态的数据详表。

图4 数据详表示例

5)GIS地理信息查看。可在电子地图上查看工程详细地点，并可区分正在实时检测的工程和已经检测结束的工程。

6)现场照片存档。可将工程检测中的重要细节进行拍照留档。静载设备配置摄像头，可要求对试验关键点(如配重块堆载、自动荷载测试仪初始化等)拍照并上传到远程监测平台存档。

7)检测结果统计。检测单位在现场实时传输检测原始数据后，在室内经过分析处理(一般24 h内)，应把分析结果人工录入至信息管理系统，方便建设单位对全线桩基检测的进度和质量进行统计，同时铁路总公司可以掌握全路桩基检测情况，如检测进度、不合格桩比例等。

8)远程视频观看。监管人员可通过4G网络随时连接工地远程观看现场试验视频。当监督员观看视频时则视频即时通过将视频影像进行远程传输，不观看则不传输，节省网络资源。

9)远程锁定。当监管人员发现某工地检测数据异常时，如能确定是未按管理流程或未进行规范操作，可远程锁定此次检测，在整改完成之前无法进行检测和上传。

10)远程报警处理。静载检测时间跨度较长，多数要跨夜晚进行。检测人员相对比较疲惫，或暂时未在仪器旁值守，此时如出现有可能影响工程和人员安全的情况，仪器上软件判定后将报警信息发送至管理平台，并以短信形式通知监管人员。在极端情况下如一段时间内各方面仍无反应，管理平台可发送指令远程暂停或停止该检测。

11)短信平台。在短信平台建立企业通讯信息库，其数据内容有工程名称、所属检测机构、建设单位、建设单位联系人及电话、监理单位联系人及电话、监督站人员联系电话等。网络数据交换平台在进行结果上传时，如果发现有不合格报告，短信平台会通过短信系统自动向建设工程主体单位的相关人员发送报告概要信息。对于长时间未上传报告的检测机构，监督人员可以从企业通讯库中查询出检测机构的联系方式并发送短信通知或询问。

12)全面兼容。信息管理系统提供上传数据协议、数据接口调用等外部接入功能，适合不同的需求。系统全面兼容桩基检测必须的数据表示方式，开放接口，方便所有具备上传功能的仪器设备接入。

3 桩基检测信息化管理系统的应用

3.1 静载试验应用

为试验桩基检测信息化管理系统的应用效果，在武昌一工地开展了桩基检测的静载试验。

试验桩的桩型为钻孔灌注桩，是工程验收桩，主要承受竖向荷载。试验桩为4#，5#桩，桩长28 m，桩径为 1 000 mm，其设计承载力为 5 500 kN，预估极限承载力为 11 000 kN。试验遵循规范JGJ 106—2014《建筑基桩检测技术规范》，加载最大值为 11 000 kN，分10级加载，首级加载量为分级荷载的2倍，具体加载分级见表1。现场检测采集的数据如图5所示。