■ 黃致強 陳俊波

0 引言

鐵路建設(shè)項目標準化管理以確保工程質(zhì)量和安全為核心，以管理制度標準化、人員配備標準化、現(xiàn)場管理標準化、過程控制標準化為基本內(nèi)涵，以技術(shù)標準、管理標準、作業(yè)標準和工作流程為主要依據(jù)，以機械化、專業(yè)化、工廠化、信息化為支撐手段，建立標準化項目管理運行機制，全面實現(xiàn)保證質(zhì)量、安全、工期、投資、環(huán)保和穩(wěn)定的建設(shè)目標。

在我國高速鐵路標準化建設(shè)已持續(xù)縱深推進10余年，“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)飛速發(fā)展的當今，高速鐵路基本建設(shè)大潮帶動了鐵路信息化投入的需求。隨著高速鐵路建設(shè)管理水平的不斷提高，現(xiàn)代化高速鐵路對信息化也提出了更高的發(fā)展要求[1]。鄭萬鐵路河南段采用建設(shè)項目信息化管理技術(shù)，以“四化”為支撐，突出信息化，對施工現(xiàn)場的安全和質(zhì)量進行全方位、全過程、全人員、全覆蓋監(jiān)控，實現(xiàn)工程施工中各類建設(shè)管理信息的集成、傳遞和共享，對工程建設(shè)項目實施有效控制。

1 鐵路建設(shè)項目信息化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

鐵路信息化以現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)、通信、電子設(shè)備等信息技術(shù)手段為載體，有效監(jiān)控和管理項目建設(shè)過程[2]。其根本目的是將通信、信息、控制技術(shù)運用于鐵路工程建設(shè)各項活動中，提升鐵路建設(shè)項目標準化管理水平，實現(xiàn)鐵路工程建設(shè)現(xiàn)代化。

我國高速鐵路建設(shè)如火如荼，發(fā)展速度日新月異，在世界上投產(chǎn)運營里程最長、在建規(guī)模最大，總營業(yè)里程達全世界一半以上。但我國鐵路信息化水平與世界發(fā)達國家相比還存在差距，加快鐵路工程建設(shè)信息化技術(shù)應(yīng)用是我國鐵路項目實現(xiàn)現(xiàn)代化管理的需要。目前，我國不斷加快鐵路信息化建設(shè)，其中以鄭萬鐵路為依托開發(fā)并推廣的鐵路工程管理平臺具有較強的實用性。在鄭萬鐵路建設(shè)過程中，建立了綜合的信息化指揮調(diào)度中心和遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)，構(gòu)筑了涵蓋中心試驗室和拌合站、橋梁、路基、隧道的施工信息管理系統(tǒng)。

2 現(xiàn)場標準化管理中的信息化技術(shù)應(yīng)用

2.1 混凝土質(zhì)量控制

混凝土質(zhì)量控制信息化技術(shù)包括拌合站信息化管理和試驗室信息化管理兩大核心。

2.1.1 拌合站信息化管理

混凝土拌合站操作室安裝了拌合站管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用智能化的數(shù)據(jù)處理平臺，借助高精度傳感器與信息化手段，通過對混凝土及其原材料關(guān)鍵參數(shù)的在線監(jiān)測與快速響應(yīng)，實現(xiàn)混凝土生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的即時采集、統(tǒng)計與分析，混凝土質(zhì)量的智能監(jiān)控以及混凝土生產(chǎn)過程的動態(tài)管理。自動采集的混凝土生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過終端接口實時傳輸至建設(shè)單位工地拌合站信息管理系統(tǒng)。

拌合站管理系統(tǒng)在施工時實時監(jiān)控混凝土拌合時間、材料用量，有效驗證混凝土配合比的執(zhí)行情況。一旦出現(xiàn)材料超標，自動實時將信息傳送至拌合站管理人員、項目部經(jīng)理以及試驗室檢測人員、監(jiān)理人員等所有相關(guān)人員的手機。相關(guān)管理人員收到材料超標短信后，馬上停止生產(chǎn)，進行檢查，并處理超差報警混凝土。對拌合站信息化技術(shù)應(yīng)用1個月和6個月后各1周內(nèi)拌合站超差報警數(shù)量進行統(tǒng)計，結(jié)果見表1。

由表1可知，通過信息化技術(shù)的應(yīng)用，混凝土拌合站在規(guī)范操作行為的同時，提升了混凝土生產(chǎn)計量精度。拌合站超差報警比例由信息化技術(shù)應(yīng)用1個月后的2．13%降低為應(yīng)用6個月后的0．50%，且中級超差報警和高級超差報警比例分別降低了87．5%和90．5%，有效減少了混凝土拌合計量偏差，提高了混凝土的出機質(zhì)量。

2.1.2 試驗室信息化管理

施工工地各試驗室的日常檢測也都采用了信息化技術(shù)，每臺試驗儀器均接入試驗室管理系統(tǒng)，實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)實時上傳。系統(tǒng)根據(jù)試驗結(jié)果評定試驗是否合格并自動生成試驗報告（見圖1）。上一級管理權(quán)限人員可以隨時調(diào)閱試驗數(shù)據(jù)和報告，隨時監(jiān)控所有材料的質(zhì)量。從鋼筋、混凝土到組成龐大工程的上千種材料，每種材料從出廠時的批號、進場時的試驗檢測數(shù)據(jù)，直到形成工程的實體，每個環(huán)節(jié)的信息數(shù)據(jù)都實時上傳、保存在試驗室管理系統(tǒng)內(nèi)，且數(shù)據(jù)不可更改，形成一張質(zhì)量管理的“天網(wǎng)”，使質(zhì)量追溯、糾偏更加高效便捷。

信息化技術(shù)應(yīng)用將“事后驗收”的鋼筋、混凝土質(zhì)量管理模式轉(zhuǎn)向從源頭把關(guān)、質(zhì)量全過程監(jiān)控模式，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)自動采集和分析，試驗報告、記錄自動生成，問題報警閉環(huán)管理。

2.2 測量控制

測量控制信息化技術(shù)包括沉降變形觀測、連續(xù)梁線形監(jiān)控2項內(nèi)容。

2.2.1 沉降變形觀測

沉降變形觀測信息系統(tǒng)通過藍牙、無線網(wǎng)絡(luò)等方式連接電子水準儀進行測量及平差，具備平差超限提示功能，實現(xiàn)外業(yè)測量數(shù)據(jù)實時采集、完整加密發(fā)送、測點變形實時預(yù)警閉環(huán)管理。通過信息化技術(shù)應(yīng)用，一是保證觀測的時效性，系統(tǒng)具備按時測量監(jiān)督功能（見圖2），管理人員可根據(jù)提示合理安排觀測計劃，督導(dǎo)現(xiàn)場觀測人員按時觀測，并可統(tǒng)計實際觀測頻率與規(guī)范要求觀測頻率的比值，如果比值大于1，則表示觀測頻率滿足規(guī)范要求；二是從上傳的水準線路可以看到本測段的觀測時間、數(shù)據(jù)上傳時間、現(xiàn)場測量路徑（見圖3），上傳后數(shù)據(jù)不可更改，杜絕了人為修改、編造數(shù)據(jù)的可能；三是根據(jù)上傳的數(shù)據(jù)可以查詢司鏡人員及測量儀器等相關(guān)信息，如果觀測數(shù)據(jù)異常，可以進行追溯查詢，增強了沉降變形觀測的可追溯性；四是通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理可自動生成某個橋墩的沉降趨勢（見圖4），避免人為數(shù)據(jù)處理可能存在差錯的現(xiàn)象，且大大節(jié)約數(shù)據(jù)處理過程中的人力投入。

圖1 試驗室管理系統(tǒng)上傳并記錄試驗信息

表1 拌合站超差報警數(shù)量

2.2.2 連續(xù)梁線形監(jiān)控

連續(xù)梁線形監(jiān)控信息化系統(tǒng)根據(jù)橋梁施工方案及相應(yīng)工況力學(xué)行為的分析，確定不同工況下變形、應(yīng)力等參數(shù)的預(yù)警分級及閾值設(shè)置，現(xiàn)場采用手持終端或手機APP軟件通過藍牙連接電子水準儀、全站儀進行測量及平差，線形測量結(jié)果電子化記錄，包括連續(xù)梁各施工階段的測量數(shù)據(jù)、現(xiàn)場施工照片和測量進度及其他現(xiàn)場情況等。通過實時上傳各連續(xù)梁施工工況的監(jiān)測數(shù)據(jù)，可自動計算出各監(jiān)測項目的偏差（見圖5），避免大量數(shù)據(jù)處理過程。如果發(fā)現(xiàn)超限情況，可及時報警提醒，在下一道工序施工前及時糾偏，避免連續(xù)梁合龍偏差。

2.3 現(xiàn)場控制

根據(jù)項目施工特點，現(xiàn)場控制信息化技術(shù)主要包括路基連續(xù)壓實技術(shù)、預(yù)制梁生產(chǎn)信息化控制技術(shù)、隧道施工信息化控制技術(shù)、視頻安全監(jiān)控技術(shù)等。

2.3.1 路基連續(xù)壓實技術(shù)

路基碾壓作業(yè)時，為實時控制路基質(zhì)量，在壓路機上安裝1套路基連續(xù)壓實系統(tǒng)。碾軋過程中，通過壓路機上的振動傳感器和數(shù)字處理器可實時上傳壓實數(shù)據(jù)至控制終端，路基連續(xù)壓實系統(tǒng)對照提前輸入的振動壓實目標值進行分析。若合格，壓路機駕駛室顯示屏上的壓實狀態(tài)分布圖呈現(xiàn)綠色，否則為紅色，提醒司機在紅色區(qū)域繼續(xù)碾軋（見圖6）。

路基連續(xù)壓實系統(tǒng)使高速鐵路路基質(zhì)量檢測由整體檢測代替點狀局部檢測，施工過程中由實時監(jiān)測代替事后檢測，并可通過系統(tǒng)分析反推路基壓實工藝，壓路機可在不合格的地方精準發(fā)力，在保證壓實質(zhì)量的前提下提高路基壓實工效。以一段長100 m、寬30 m路基一層基床以下路堤填筑為例，進行現(xiàn)場試驗：采用普通壓實工藝施工，因其填筑完成后對壓實質(zhì)量無直觀評定標準，經(jīng)試驗檢測，因壓實質(zhì)量不達標需重新碾壓面積占本段路基面積的比例約為2．0%；而采用連續(xù)壓實技術(shù)后，操作手可根據(jù)壓路機顯示屏顯示內(nèi)容精確掌握碾壓遍數(shù)、行駛軌跡和壓實質(zhì)量，經(jīng)現(xiàn)場檢測，因壓實質(zhì)量不達標需重新碾壓面積占本段路基面積的比例低于0．3%，壓實點不合格的比例降低了85%，有效提高了路基壓實質(zhì)量[3]。

圖2 沉降變形觀測信息系統(tǒng)中測量監(jiān)督提示

圖3 沉降變形觀測信息系統(tǒng)中觀測時間、數(shù)據(jù)上傳時間、現(xiàn)場測量路徑信息

圖4 沉降變形觀測信息系統(tǒng)中橋墩沉降趨勢信息

圖5 連續(xù)梁線形監(jiān)控信息化系統(tǒng)顯示測點偏差值等信息

圖6 路基連續(xù)壓實系統(tǒng)中壓實質(zhì)量的顯示

2.3.2 預(yù)制梁生產(chǎn)信息化控制技術(shù)

預(yù)制梁生產(chǎn)信息化控制技術(shù)包括智能張拉技術(shù)和靜載試驗信息化控制技術(shù)。

智能張拉技術(shù)集成機械技術(shù)、傳感技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)等信息化技術(shù)，自動完成預(yù)應(yīng)力張拉、持荷、錨固全過程，控制加載速率、停頓點、持荷時間等要素，實時采集張拉力與伸長值，顯示張拉力與時間、伸長值與時間、張拉力與伸長值的關(guān)系曲線，通過計算機程序控制整個預(yù)應(yīng)力張拉過程，可精確施加張拉力、準確測量伸長量并及時校核伸長量，真正實現(xiàn)預(yù)應(yīng)力張拉的“雙控”，具有實現(xiàn)“多頂同步”操作的特點。該技術(shù)與傳統(tǒng)人工張拉技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：

（1）張拉自動同步。智能張拉技術(shù)通過計算機同時控制2個或多個千斤頂?shù)膹埨ぷ?，?shù)據(jù)無線傳輸，實現(xiàn)“多頂同步”張拉施工；而傳統(tǒng)人工張拉，1臺油泵控制1個千斤頂，不同油泵供油速率不能完全同步，不能實現(xiàn)真正意義上的同步張拉。

（2）張拉應(yīng)力精確控制。智能張拉技術(shù)由計算機控制油泵運行，張拉應(yīng)力的精度達到1%（0．1 MPa）；而傳統(tǒng)人工張拉依靠人工油表讀數(shù)，其表面刻度數(shù)值精度為0．5 MPa，并且機器運行振動致使油表指針晃動，加上人工讀數(shù)誤差等因素，其應(yīng)力誤差一般在-5%～5%。由此可見，智能張拉應(yīng)力精度較傳統(tǒng)工藝至少提高了5倍。

（3）伸長量精確控制。傳統(tǒng)的人工鋼尺測量精度最高為0．50 mm，而智能張拉系統(tǒng)通過傳感器自動測量鋼絞線延伸量，精度可達到0．01 mm，精確度提高了50倍。且當伸長量不合格時系統(tǒng)會及時自動報警，真正達到“雙控”的目的。

（4）數(shù)據(jù)記錄真實可靠。實現(xiàn)張拉應(yīng)力、延伸量及誤差率自動計算、記錄、打印，確保原始記錄的真實可靠，杜絕人工填寫數(shù)據(jù)造假的可能。

（5）安全性得到有效保障。智能張拉技術(shù)應(yīng)用中，整個張拉過程由計算機控制，數(shù)據(jù)無線傳輸，操作人員遠離張拉錨頭等危險區(qū)域，確保了人身安全。

靜載試驗信息化控制技術(shù)具備自動加載、自動檢測、自動判定、自動輸出功能，實現(xiàn)靜載試驗過程及時監(jiān)控，實時掌握橋梁荷載、撓跨比情況，監(jiān)督成品梁質(zhì)量檢測過程[4]。

2.3.3 隧道施工信息化控制技術(shù)

隧道施工信息化控制技術(shù)包括隧道三維掃描技術(shù)、隧道圍巖量測技術(shù)、隧道超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)、隧道安全步距預(yù)警技術(shù)。

利用隧道三維掃描技術(shù)，實現(xiàn)隧道開挖面、二次襯砌的空間輪廓數(shù)據(jù)自動采集和分析，對可能存在的空間問題進行報警，實現(xiàn)信息遠程共享，提升在建隧道信息化管理水平，提高工作效率。

利用隧道圍巖量測技術(shù)，實現(xiàn)外業(yè)量測數(shù)據(jù)的實時采集、實時傳輸，測點變形的實時預(yù)警，及時掌握圍巖變形情況，采取有效對策，確保隧道施工安全。

利用隧道超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析、預(yù)報的統(tǒng)一管理，共享可能存在的不良地質(zhì)信息，實現(xiàn)信息閉環(huán)管理、遠程快速決策。

隧道安全步距預(yù)警技術(shù)是在施工過程中根據(jù)隧道安全步距的預(yù)警提示，嚴格控制步距，保證施工安全（見圖7）。

2.3.4 視頻安全監(jiān)控技術(shù)

視頻安全監(jiān)控技術(shù)包括安全視頻監(jiān)控和原材料把關(guān)視頻監(jiān)控。安全視頻監(jiān)控的應(yīng)用是在高風(fēng)險工點設(shè)置視頻監(jiān)控攝像頭，通過對球形攝像頭的360°巡轉(zhuǎn)、放大、回放等操作，實現(xiàn)施工現(xiàn)場的全面監(jiān)控。巡查人員一旦發(fā)現(xiàn)隱患，立即聯(lián)系分管領(lǐng)導(dǎo)，第一時間進行整改，從而消滅隱患于萌芽狀態(tài)。通過實時不間斷的遠程監(jiān)控，增強出現(xiàn)問題的快速反應(yīng)能力，提高管理水平。通過該監(jiān)控系統(tǒng)的運用，可實現(xiàn)以下4點效果：一是關(guān)鍵、重點工程的過程監(jiān)控全覆蓋；二是規(guī)范作業(yè)人員行為，形成自我約束；三是及時發(fā)現(xiàn)安全質(zhì)量隱患，增強安全防范力度；四是通過手機客戶端可隨時查看現(xiàn)場生產(chǎn)情況，實現(xiàn)安全監(jiān)控的便捷性，提高安全管理的工作效率。

圖7 隧道安全步距預(yù)警

在鄭萬鐵路河南段建設(shè)過程中，采用原材料把關(guān)視頻監(jiān)控技術(shù)對拌合站篩砂洗石及料倉、梁場混凝土澆筑振搗等設(shè)施或環(huán)節(jié)進行監(jiān)控，從源頭上保證材料和施工工藝達標（見圖8）。

圖8 原材料把關(guān)視頻監(jiān)控

3 結(jié)束語

通過信息化技術(shù)在混凝土質(zhì)量控制、測量控制、路基連續(xù)壓實、預(yù)制梁生產(chǎn)、視頻安全監(jiān)控等鐵路工程建設(shè)中的應(yīng)用，實現(xiàn)了鐵路工程建設(shè)現(xiàn)場管理標準化，使鐵路建設(shè)安全和質(zhì)量處于可控狀態(tài)，適應(yīng)鐵路工程建設(shè)跨越式發(fā)展的要求。