信息化技術在鐵路建設項目現場標準化管理中的應用

■ 黃致強 陳俊波

0 引言

鐵路建設項目標準化管理以確保工程質量和安全為核心，以管理制度標準化、人員配備標準化、現場管理標準化、過程控制標準化為基本內涵，以技術標準、管理標準、作業標準和工作流程為主要依據，以機械化、專業化、工廠化、信息化為支撐手段，建立標準化項目管理運行機制，全面實現保證質量、安全、工期、投資、環保和穩定的建設目標。

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

1 鐵路建設項目信息化技術應用現狀

鐵路信息化以現代網絡、通信、電子設備等信息技術手段為載體，有效監控和管理項目建設過程[2]。其根本目的是將通信、信息、控制技術運用于鐵路工程建設各項活動中，提升鐵路建設項目標準化管理水平，實現鐵路工程建設現代化。

我國高速鐵路建設如火如荼，發展速度日新月異，在世界上投產運營里程最長、在建規模最大，總營業里程達全世界一半以上。但我國鐵路信息化水平與世界發達國家相比還存在差距，加快鐵路工程建設信息化技術應用是我國鐵路項目實現現代化管理的需要。目前，我國不斷加快鐵路信息化建設，其中以鄭萬鐵路為依托開發并推廣的鐵路工程管理平臺具有較強的實用性。在鄭萬鐵路建設過程中，建立了綜合的信息化指揮調度中心和遠程視頻監控系統網，構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。

2 現場標準化管理中的信息化技術應用

2.1 混凝土質量控制

混凝土質量控制信息化技術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，該系統利用互聯網、物聯網技術，采用智能化的數據處理平臺，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鍵參數的在線監測與快速響應，實現混凝土生產過程數據的即時采集、統計與分析，混凝土質量的智能監控以及混凝土生產過程的動態管理。自動采集的混凝土生產數據通過終端接口實時傳輸至建設單位工地拌合站信息管理系統。

拌合站管理系統在施工時實時監控混凝土拌合時間、材料用量，有效驗證混凝土配合比的執行情況。一旦出現材料超標，自動實時將信息傳送至拌合站管理人員、項目部經理以及試驗室檢測人員、監理人員等所有相關人員的手機。相關管理人員收到材料超標短信后，馬上停止生產，進行檢查，并處理超差報警混凝土。對拌合站信息化技術應用1個月和6個月后各1周內拌合站超差報警數量進行統計，結果見表1。

由表1可知，通過信息化技術的應用，混凝土拌合站在規范操作行為的同時，提升了混凝土生產計量精度。拌合站超差報警比例由信息化技術應用1個月后的2．13%降低為應用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，每臺試驗儀器均接入試驗室管理系統，實現檢測數據實時上傳。系統根據試驗結果評定試驗是否合格并自動生成試驗報告（見圖1）。上一級管理權限人員可以隨時調閱試驗數據和報告，隨時監控所有材料的質量。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據，直到形成工程的實體，每個環節的信息數據都實時上傳、保存在試驗室管理系統內，且數據不可更改，形成一張質量管理的“天網”，使質量追溯、糾偏更加高效便捷。

信息化技術應用將“事后驗收”的鋼筋、混凝土質量管理模式轉向從源頭把關、質量全過程監控模式，實現了數據自動采集和分析，試驗報告、記錄自動生成，問題報警閉環管理。

2.2 測量控制

測量控制信息化技術包括沉降變形觀測、連續梁線形監控2項內容。

2.2.1 沉降變形觀測

沉降變形觀測信息系統通過藍牙、無線網絡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，實現外業測量數據實時采集、完整加密發送、測點變形實時預警閉環管理。通過信息化技術應用，一是保證觀測的時效性，系統具備按時測量監督功能（見圖2），管理人員可根據提示合理安排觀測計劃，督導現場觀測人員按時觀測，并可統計實際觀測頻率與規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、數據上傳時間、現場測量路徑（見圖3），上傳后數據不可更改，杜絕了人為修改、編造數據的可能；三是根據上傳的數據可以查詢司鏡人員及測量儀器等相關信息，如果觀測數據異常，可以進行追溯查詢，增強了沉降變形觀測的可追溯性；四是通過系統數據處理可自動生成某個橋墩的沉降趨勢（見圖4），避免人為數據處理可能存在差錯的現象，且大大節約數據處理過程中的人力投入。

圖1 試驗室管理系統上傳并記錄試驗信息

表1 拌合站超差報警數量

2.2.2 連續梁線形監控

連續梁線形監控信息化系統根據橋梁施工方案及相應工況力學行為的分析，確定不同工況下變形、應力等參數的預警分級及閾值設置，現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，線形測量結果電子化記錄，包括連續梁各施工階段的測量數據、現場施工照片和測量進度及其他現場情況等。通過實時上傳各連續梁施工工況的監測數據，可自動計算出各監測項目的偏差（見圖5），避免大量數據處理過程。如果發現超限情況，可及時報警提醒，在下一道工序施工前及時糾偏，避免連續梁合龍偏差。

2.3 現場控制

根據項目施工特點，現場控制信息化技術主要包括路基連續壓實技術、預制梁生產信息化控制技術、隧道施工信息化控制技術、視頻安全監控技術等。

2.3.1 路基連續壓實技術

路基碾壓作業時，為實時控制路基質量，在壓路機上安裝1套路基連續壓實系統。碾軋過程中，通過壓路機上的振動傳感器和數字處理器可實時上傳壓實數據至控制終端，路基連續壓實系統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分布圖呈現綠色，否則為紅色，提醒司機在紅色區域繼續碾軋（見圖6）。

路基連續壓實系統使高速鐵路路基質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測代替事后檢測，并可通過系統分析反推路基壓實工藝，壓路機可在不合格的地方精準發力，在保證壓實質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，進行現場試驗：采用普通壓實工藝施工，因其填筑完成后對壓實質量無直觀評定標準，經試驗檢測，因壓實質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%；而采用連續壓實技術后，操作手可根據壓路機顯示屏顯示內容精確掌握碾壓遍數、行駛軌跡和壓實質量，經現場檢測，因壓實質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量[3]。

圖2 沉降變形觀測信息系統中測量監督提示

圖3 沉降變形觀測信息系統中觀測時間、數據上傳時間、現場測量路徑信息

圖4 沉降變形觀測信息系統中橋墩沉降趨勢信息

圖5 連續梁線形監控信息化系統顯示測點偏差值等信息

圖6 路基連續壓實系統中壓實質量的顯示

2.3.2 預制梁生產信息化控制技術

預制梁生產信息化控制技術包括智能張拉技術和靜載試驗信息化控制技術。

智能張拉技術集成機械技術、傳感技術、計算機網絡等信息化技術，自動完成預應力張拉、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系曲線，通過計算機程序控制整個預應力張拉過程，可精確施加張拉力、準確測量伸長量并及時校核伸長量，真正實現預應力張拉的“雙控”，具有實現“多頂同步”操作的特點。該技術與傳統人工張拉技術相比，具有以下優點：

（1）張拉自動同步。智能張拉技術通過計算機同時控制2個或多個千斤頂的張拉工作，數據無線傳輸，實現“多頂同步”張拉施工；而傳統人工張拉，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，不能實現真正意義上的同步張拉。

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

（3）伸長量精確控制。傳統的人工鋼尺測量精度最高為0．50 mm，而智能張拉系統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會及時自動報警，真正達到“雙控”的目的。

（4）數據記錄真實可靠。實現張拉應力、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，杜絕人工填寫數據造假的可能。

（5）安全性得到有效保障。智能張拉技術應用中，整個張拉過程由計算機控制，數據無線傳輸，操作人員遠離張拉錨頭等危險區域，確保了人身安全。

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

2.3.3 隧道施工信息化控制技術

隧道施工信息化控制技術包括隧道三維掃描技術、隧道圍巖量測技術、隧道超前地質預報技術、隧道安全步距預警技術。

利用隧道三維掃描技術，實現隧道開挖面、二次襯砌的空間輪廓數據自動采集和分析，對可能存在的空間問題進行報警，實現信息遠程共享，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，實現外業量測數據的實時采集、實時傳輸，測點變形的實時預警，及時掌握圍巖變形情況，采取有效對策，確保隧道施工安全。

利用隧道超前地質預報技術，實現數據采集、分析、預報的統一管理，共享可能存在的不良地質信息，實現信息閉環管理、遠程快速決策。

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

2.3.4 視頻安全監控技術

視頻安全監控技術包括安全視頻監控和原材料把關視頻監控。安全視頻監控的應用是在高風險工點設置視頻監控攝像頭，通過對球形攝像頭的360°巡轉、放大、回放等操作，實現施工現場的全面監控。巡查人員一旦發現隱患，立即聯系分管領導，第一時間進行整改，從而消滅隱患于萌芽狀態。通過實時不間斷的遠程監控，增強出現問題的快速反應能力，提高管理水平。通過該監控系統的運用，可實現以下4點效果：一是關鍵、重點工程的過程監控全覆蓋；二是規范作業人員行為，形成自我約束；三是及時發現安全質量隱患，增強安全防范力度；四是通過手機客戶端可隨時查看現場生產情況，實現安全監控的便捷性，提高安全管理的工作效率。

圖7 隧道安全步距預警

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

圖8 原材料把關視頻監控

3 結束語

通過信息化技術在混凝土質量控制、測量控制、路基連續壓實、預制梁生產、視頻安全監控等鐵路工程建設中的應用，實現了鐵路工程建設現場管理標準化，使鐵路建設安全和質量處于可控狀態，適應鐵路工程建設跨越式發展的要求。