韋 偉，任高峰，侯立波，胡仲春

(1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，武漢 430070;2.中鐵十四局集團(tuán)有限公司，濟(jì)南 250014)

基于Google Earth的高速公路樁基施工可視化管理系統(tǒng)

韋 偉1，任高峰1，侯立波2，胡仲春2

(1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，武漢 430070;2.中鐵十四局集團(tuán)有限公司，濟(jì)南 250014)

針對高速公路具有明顯的地理特征，其橋梁樁基施工存在較大不確定性和較高風(fēng)險的問題，使用SQL server 2008數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)表設(shè)計和存儲，在Visual Studio 2010平臺上采用C#語言開發(fā)了“基于Google Earth的高速公路樁基施工可視化管理系統(tǒng)”。該系統(tǒng)應(yīng)用于江羅高速14標(biāo)橋梁樁基施工管理中，實現(xiàn)樁基施工質(zhì)量、現(xiàn)場進(jìn)度和施工安全的可視化、數(shù)字化、信息化管理，提升了施工企業(yè)信息化管理水平。

Google Earth； 高速公路； 樁基施工； 可視化管理

樁基施工質(zhì)量關(guān)系到橋梁的整體結(jié)構(gòu)，是高速公路橋梁建設(shè)成敗的關(guān)鍵因素之一[1]。在樁基施工過程中，會產(chǎn)生大量的施工信息，反應(yīng)施工狀態(tài)、進(jìn)度、質(zhì)量、資金等信息。傳統(tǒng)的以人工為主的施工管理模式已逐漸不能滿足大型復(fù)雜工程施工管理的要求[2]。在計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)非常發(fā)達(dá)的前提下，施工管理發(fā)展的趨勢要求施工單位引入現(xiàn)代化的信息管理軟件代替一部分人工進(jìn)行管理。

Google Earth是對真實地球的數(shù)字化、虛擬化、可視化的描述和重現(xiàn)，其海量的地理數(shù)據(jù)構(gòu)成了具有多分辨率、多視角和3D性能的顯示平臺，數(shù)據(jù)以KML格式存儲，允許導(dǎo)入和導(dǎo)出，提供應(yīng)用程序接口Google Earth API，支持二次開發(fā)功能[3]。儲誠誠、楊新林[4, 5]等人運用編程語言對Google Earth進(jìn)行二次開發(fā)，成功應(yīng)用于高速公路工程環(huán)境影響評價可視化管理、鐵路工程地質(zhì)勘察等領(lǐng)域。探討在Visual Studio 2010平臺上開發(fā)樁基施工可視化管理系統(tǒng)，充分發(fā)揮Google Earth的優(yōu)勢，融合復(fù)雜多源的數(shù)據(jù)信息，為施工管理者提供總體直觀、科學(xué)有效、形象生動的樁基施工可視化管理。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

該系統(tǒng)是樁基施工可視化、數(shù)字化、信息化管理方面的一個初步應(yīng)用，系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)必須遵循科學(xué)性、針對性、實用性、穩(wěn)定性、開放性和界面友好性等原則[6]。在Visual Studio 2010平臺上采用C#語言對Google Earth進(jìn)行二次開發(fā)，充分利用Google Earth的API和KML技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)功能。系統(tǒng)使用SQL server 2008數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)表設(shè)計和存儲，保障系統(tǒng)條理清晰、功能齊全和運行安全、穩(wěn)定。

2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

樁基施工管理數(shù)據(jù)主要包括數(shù)字、文字、圖形、圖像和表格等形式的數(shù)據(jù)，主要分為空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)主要指點、線、面及空間實體的坐標(biāo)、高程、距離、產(chǎn)狀等信息[7]。在本系統(tǒng)開發(fā)中，樁基坐標(biāo)是重要的空間數(shù)據(jù)，由于Google Earth采用的是WGS 84坐標(biāo)系統(tǒng)，為了使樁基坐標(biāo)數(shù)據(jù)能夠在Google Earth上進(jìn)行準(zhǔn)確顯示，需要將樁基西安1980坐標(biāo)轉(zhuǎn)為WGS 84坐標(biāo)。設(shè)計高速公路樁基施工屬性數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括各數(shù)據(jù)庫的字段、記錄和索引等。經(jīng)過分析、篩選，屬性數(shù)據(jù)庫主要包括：樁基編號、里程樁號、鉆孔編號、樁基坐標(biāo)、設(shè)計樁徑、設(shè)計樁長、實際樁長、樁心偏位、傾斜度、泥漿密度、開孔日期、終孔日期、灌注日期、檢樁結(jié)果、技術(shù)人員、設(shè)計員等[8]。將空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)設(shè)計樁基施工管理多源信息數(shù)據(jù)庫。

實現(xiàn)樁基施工可視化管理關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)庫在后臺存儲樁基施工信息，并在Google Earth上以不同的圖標(biāo)顯示與數(shù)據(jù)庫對應(yīng)，不同的顏色表示巖溶發(fā)育情況(極強(qiáng)發(fā)育、強(qiáng)發(fā)育、中等發(fā)育、弱發(fā)育)，不同形狀的圖標(biāo)表示施工狀態(tài)(未施工、在施工、已完工)，不同的數(shù)字表示檢樁結(jié)果(I類樁、II類樁、III類樁、IV類樁)，如表1所示，更加形象生動再現(xiàn)施工場景。

表1 不同圖標(biāo)和顏色含義

3 系統(tǒng)實現(xiàn)與應(yīng)用

系統(tǒng)設(shè)計包括登錄模塊、項目概況模塊、樁基基本信息模塊、質(zhì)量管理模塊、進(jìn)度管理模塊、安全管理模塊、地圖管理模塊、三維模擬模塊等8大功能模塊，以下針對實例應(yīng)用介紹其中的幾個功能模塊。

3.1 江羅高速公路14標(biāo)概況

廣東省江羅高速公路第14合同標(biāo)段起點里程為K126+200，位于云安縣鎮(zhèn)安鎮(zhèn)牛根樹村，終點里程為K138+300，位于云安縣鎮(zhèn)安鎮(zhèn)上馬崗村，標(biāo)段全長12.1 km。該標(biāo)段共設(shè)4個工區(qū)，橋梁9座總長2 251.32 m，其中大橋5座，中橋1座，通道橋3座，9座橋梁一共有471根樁基，樁徑為1.2～2.2 m，最短樁長15 m，最長樁長57 m，均采用灌注樁基礎(chǔ)，施工工藝為人工挖孔或沖擊成孔。

3.2 項目概況模塊

項目概況模塊主要分為文本資料信息、圖片資料信息和項目部管理人員信息。文本資料信息主要包括項目背景介紹、橋梁基本信息等；圖片資料主要包括項目組織架構(gòu)圖、地質(zhì)環(huán)境圖、施工現(xiàn)場圖等；項目部管理人員信息包括姓名、年齡、職務(wù)、聯(lián)系方式等基本信息。該模塊方便用戶快速了解整個項目概況，用戶還可上傳更多、更新的圖文資料。

3.3 樁基基本信息模塊

樁基基本信息模塊里包含樁基設(shè)計信息和成樁信息。樁基設(shè)計信息主要是從復(fù)雜多源的資料圖紙中提取樁基設(shè)計的相關(guān)數(shù)據(jù)，成樁是樁基根據(jù)設(shè)計規(guī)范和要求施工建設(shè)好的樁基，其質(zhì)量性能直接影響到橋梁后期運營的安全[9]。用戶要了解江羅高速公路14標(biāo)橋梁樁基總體情況，包括地理位置、分布、設(shè)計、對應(yīng)鉆孔編號等。點擊“樁基基本信息”，彈出新窗口，可以詳細(xì)查看樁基設(shè)計信息和成樁信息。

3.4 質(zhì)量管理模塊

質(zhì)量管理模塊又分為三個子模塊，分別是樁基鉆孔質(zhì)量控制、溶洞處理記錄和混凝土灌注質(zhì)量控制。采集樁基鉆孔過程重要質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)，包括孔徑、樁心偏差、傾斜度[10]，生成質(zhì)量控制圖，運用判斷規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)異常判斷，系統(tǒng)自動提醒預(yù)警，方便管理人員及時調(diào)整施工方案，將事后控制轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥氖虑翱刂?。圖1所示為一種常見的數(shù)據(jù)異常情況。

在鉆孔施工過程中，如遇到溶洞，對照鉆孔地質(zhì)柱狀圖，分析溶洞情況，采取針對性措施進(jìn)行處理，并做好統(tǒng)計記錄，為工程類似問題提供決策參考。在混凝土灌注前，檢查混凝土的坍落度、初凝時間等是否符合相關(guān)設(shè)計規(guī)范要求，并記錄灌注時間、天氣、實際砼方量、灌注過程遇到的問題等。

在樁基成樁并且檢測后，通過系統(tǒng)可以方便查看檢測結(jié)果，圖標(biāo)中不同的數(shù)字代表不同的結(jié)果類型。用戶可以形象直觀地了解整座橋梁樁基的檢測結(jié)果，分別查看Ⅰ類樁、Ⅱ類樁、Ⅲ類樁、Ⅳ類樁的具體分布。點擊樁基圖標(biāo)彈出小窗口顯示其樁基編號和對應(yīng)的鉆孔編號，可進(jìn)一步查看樁基的地質(zhì)情況和施工過程遇到的問題。

3.5 進(jìn)度管理模塊

該模塊從施工總體進(jìn)度、各橋施工進(jìn)度、各樁實際施工天數(shù)、各樁施工進(jìn)度分析等方面進(jìn)行進(jìn)度分析與管理。用戶可以查詢、統(tǒng)計一段時間內(nèi)施工量，統(tǒng)計每根樁基實際施工天數(shù)并與計劃比較，分析樁基施工進(jìn)度(按計劃完成、比計劃快、比計劃慢)。可以通過柱狀圖形象展示樁基施工總體進(jìn)度，查詢和了解未施工、在施工、已完工的樁基數(shù)量。該模塊實現(xiàn)樁基施工狀態(tài)與位置信息、施工場地的可視化，用戶可以通過不同形狀的圖標(biāo)了解樁基不同的施工狀態(tài)(未施工、在施工、已完工)，如圖2所示，方便管理者直觀掌握橋梁樁基施工總體情況和進(jìn)度。

4 結(jié) 論

通過對樁基施工可視化管理的研究及系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，得出以下結(jié)論：

a.Google Earth作為一個具有海量數(shù)據(jù)的三維瀏覽平臺，在點多線長且具有明顯地理特征的公路工程管理中可以發(fā)揮較強(qiáng)的可視化顯示優(yōu)勢。系統(tǒng)實現(xiàn)樁基施工的可視化、數(shù)字化、信息化管理，施工管理者可以突破時空限制，遠(yuǎn)程瀏覽施工三維地圖，及時了解樁基地質(zhì)情況、施工狀態(tài)以及樁基檢測結(jié)果，既能從全局上形象直觀地把握施工進(jìn)度控制，又能詳細(xì)了解每一根樁基的施工信息。

b.根據(jù)樁基施工現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)，自動繪制樁基施工關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)控制圖，實時、動態(tài)、直觀了解灌注樁主要質(zhì)量指標(biāo)變化趨勢，遇到數(shù)據(jù)異常發(fā)出預(yù)警，及時查找灌注樁施工質(zhì)量波動的原因并進(jìn)行改正。確保樁基施工全過程孔徑、樁心、傾斜度等指標(biāo)符合相關(guān)規(guī)范要求，達(dá)到直觀地、歷史地和全面地反映和監(jiān)控灌注樁施工過程質(zhì)量指標(biāo)，為樁基施工質(zhì)量管理提供一種直觀和科學(xué)的有效工具。

c.系統(tǒng)實現(xiàn)地理環(huán)境信息、勘察設(shè)計信息、施工管理信息等多源復(fù)雜信息的融合集成，數(shù)據(jù)庫存儲地理信息、工程地質(zhì)勘察報告、設(shè)計圖紙與施工影像資料，方便工程檢查和驗收工作的開展，減少查找翻閱紙質(zhì)報告和圖紙等不必要麻煩，提高施工企業(yè)施工效率和信息化管理水平。

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AVisual Construction Management System for Pile Foundation of Highway Based on Google Earth

WEI Wei1,REN Gao-feng1,HOU Li-bo2,HU Zhong-chun2

(1.School of Resource and Environmental Engineering, Wuhan University of Technology，Wuhan 430070,China;2.China Railway 14th Group Corporation, Jinan 250014, China)

In view of the problem that highway has obvious geographical characteristics, and its pile foundation construction is of great uncertainty and high risks, using SQL server 2008 for database design and storage, a Visual Construction Management System for Pile Foundation of Highway Based on Google Earth has been developed by using C# on Visual Studio 2010.Then the Management System is used in the pile foundation construction management of the 14th section in Jiang-luo Highway.The visual, digital and informationalized management of construction quality, construction schedule and construction safety for pile foundation have come true.So it can enhance the level of information management of the construction enterprise.

google earth; highway; pile foundation construction; visual management

10.3963/j.issn.1674-6066.2015.02.020

2015-03-03.

難動用資源高效開采及采動損害控制技術(shù)(2014-Ⅶ-023)和隱患資源采動損害機(jī)理基礎(chǔ)問題探究(2014-Ⅳ-140).

韋 偉(1989-)，碩士生.E-mail:237749545@qq.com