楊坤

摘要 自水泥土攪拌樁技術(shù)問世以來，由于其在軟土加固方面表現(xiàn)出色、施工機械簡便、施工速度快、造價較為經(jīng)濟、對環(huán)境影響較小等諸多優(yōu)勢，得到了廣泛應(yīng)用，然而在水泥土樁施工管理過程中，長期存在量測技術(shù)落后、人為因素影響質(zhì)量、技術(shù)與實際難結(jié)合等問題。文章研發(fā)的地基處理實時在線監(jiān)測系統(tǒng)，很好地改善了水泥土樁施工過程中存在的問題，對以后的行業(yè)發(fā)展起到了積極的作用。

關(guān)鍵詞 水泥攪拌樁；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；在線監(jiān)測系統(tǒng)

中圖分類號 TU447文獻標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）05-0093-03

0 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，迫切需要將信息化技術(shù)融入工程管理[1-4]。該技術(shù)的目標(biāo)是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實際工程技術(shù)有機結(jié)合，實現(xiàn)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用，把工程監(jiān)理、工程管理、工程施工、工程檢測以及工程設(shè)計的傳統(tǒng)做法插上物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的翅膀，并與參建方有機結(jié)合，真正給工程管理帶來一場革命[5]。從工程管理中最難的軟土地基處理著手，開發(fā)配套智能系統(tǒng)，解決地基處理質(zhì)量控制的難題。

該文應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成功開發(fā)了一套地基處理實時在線監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由功能完備、經(jīng)濟可行的硬件系統(tǒng)和軟件平臺組成，以軟硬件結(jié)合的方式實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)監(jiān)測，通過網(wǎng)絡(luò)遠程傳輸至平臺。由專家團隊利用巖土知識，結(jié)合地層條件及施工數(shù)據(jù)，對單樁及整個場地做出質(zhì)量評估，對施工過程進行全方位質(zhì)量控制，對成樁質(zhì)量進行全面綜合評估。

1 水泥攪拌樁遠程監(jiān)測系統(tǒng)簡介

1.1 系統(tǒng)原理

該系統(tǒng)是通過施工過程中的精確監(jiān)測與合理分析，綜合現(xiàn)場各種條件與巖土工程知識，及時生成項目現(xiàn)場的巖土分析報告，對現(xiàn)場施工質(zhì)量進行評估，并及時將反饋信息傳達至施工管理現(xiàn)場，作為指導(dǎo)修正施工操作的依據(jù)，實現(xiàn)對施工過程的有效及時監(jiān)督和控制，從而提高了整體施工的質(zhì)量，并且對工后檢測起到具體的、針對性的定向指導(dǎo)。同時，再建立多個地區(qū)多個項目的檢測數(shù)據(jù)庫，通過專業(yè)的分析總結(jié)對水泥土攪拌樁的設(shè)計與施工給出針對性的建議。

1.2 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)具有以下六大功能：

（1）實時采集、上傳、存儲原始施工數(shù)據(jù)，并可以隨時隨地遠程查看。

（2）實時評估制樁質(zhì)量，生成單樁及群樁質(zhì)量評估報告。

（3）自動生成多項施工資料。

（4）實時報警。

（5）實時分析場地地質(zhì)條件等影響因素。

（6）根據(jù)實際場地地質(zhì)條件調(diào)整施工方案。

水泥土攪拌樁質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)幾乎完全實現(xiàn)無死角監(jiān)測，切實保證施工數(shù)據(jù)的真實性，降低了施工管理難度；在施工過程中對制樁質(zhì)量進行嚴(yán)格把控及多方面評價，保證施工方案一直符合實際場地條件，提高了技術(shù)與實際的結(jié)合程度，非常適用當(dāng)前的水泥土攪拌樁施工監(jiān)測和質(zhì)量控制工作。

2 水泥攪拌樁遠程監(jiān)測系統(tǒng)主要內(nèi)容

2.1 系統(tǒng)組成

質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)猶如“醫(yī)療儀器”，由電磁流量計、測斜儀、電流計、深度儀、GPS定位儀等傳感器、在線自動制漿站和監(jiān)控主機組成。樁機啟動工作時，各傳感器便正式采集施工過程的各項數(shù)據(jù)，所收集的數(shù)據(jù)經(jīng)過有線傳輸?shù)奖O(jiān)控主機，然后監(jiān)控主機初步分析數(shù)據(jù)信息，并上傳、存儲至云端服務(wù)器。監(jiān)控主機初步分析若發(fā)現(xiàn)施工參數(shù)超出境界限制，系統(tǒng)將立即觸發(fā)警報，提示現(xiàn)場操作人員進行及時檢查。在線自動制漿站只需預(yù)設(shè)水量和灰量，即可自動批量制漿，并將制漿數(shù)據(jù)實時上傳并存儲至云端服務(wù)器。

整個系統(tǒng)分為四個部分：現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)—信號傳輸系統(tǒng)—監(jiān)管中心—遠程監(jiān)測客戶端。

2.2 數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集依靠數(shù)據(jù)采集儀進行，數(shù)據(jù)采集儀通過各類傳感技術(shù)可以準(zhǔn)確測量施工過程中的各種參數(shù)。數(shù)據(jù)采集儀可以實現(xiàn)報警功能以及GPS定位功能。數(shù)據(jù)采集詳情如表1所示。

2.3 自動制漿機

目前國內(nèi)水泥土攪拌樁的制漿仍采用傳統(tǒng)的人工方式，該方法存在一些明顯的不足。制漿過程中，在成本較高、工人勞動強度較大的情況下，需要人工傾倒水泥粉末，造成嚴(yán)重的粉塵污染，影響工人職業(yè)健康安全。這些因素造成攪拌不均、漿料比例起伏較大、漿料質(zhì)量難以保證。為解決這些問題，該文自主研發(fā)了攪拌樁自動化制漿系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有制漿效率高、漿液比例穩(wěn)定、自動化程度高、人工節(jié)省、勞動強度低、測量精確、性能穩(wěn)定、支持網(wǎng)上傳輸?shù)裙δ艿耐瑫r，能充分保證施工的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

自動制漿機有以下優(yōu)勢：

2.3.1 具備高度自動化、簡單易學(xué)的操作方式

該系統(tǒng)設(shè)計了直觀友好的用戶界面，采用便捷的操作方式，使工人能夠輕松上手，只需進行簡單的培訓(xùn)。工人只需依據(jù)預(yù)設(shè)的水灰比例，在顯示屏上輸入水和水泥的重量，點擊確認鍵即可完成自動供水、供灰、攪拌和放漿等一系列連續(xù)動作。

2.3.2 實現(xiàn)高效制漿、穩(wěn)定的漿液比重

利用兩臺同時輸送水泥的螺旋式輸送機，達到每小時12 m3的制漿能力，提高供灰效率，滿足同時施工的多臺攪拌樁機。先進的高速攪拌機（槳葉轉(zhuǎn)速600轉(zhuǎn)/min）

和精密的傳感器，確保漿液比重準(zhǔn)確而穩(wěn)定，配備的稱量系統(tǒng)進一步增強了精度。

2.3.3 性能穩(wěn)定，安全適用

自動控制柜所采用的元器件表現(xiàn)出穩(wěn)定的性能，故障率低，操作簡便且容易維護。連接的各種電氣設(shè)備均配備自動保護裝置，可迅速而有效地切斷主回路，以應(yīng)對電路短路、過載、缺相、接地等故障，確保各種電器設(shè)備的安全運行。

2.3.4 節(jié)約人工材料，綠色環(huán)保

傳統(tǒng)的人工制漿，需要人員多，勞動強度大，而且現(xiàn)場粉塵多，浪費材料，污染環(huán)境，影響工人職業(yè)健康；而自動制漿只需一人操作即可，大大降低了用工成本，減輕了工人的勞動強度，且現(xiàn)場產(chǎn)生的粉塵少，節(jié)約材料，保證環(huán)境。

2.3.5 數(shù)據(jù)上傳與監(jiān)控功能無縫對接

在自動化制漿系統(tǒng)中添加網(wǎng)絡(luò)模塊，實現(xiàn)制漿過程的實時上傳，包括單次用水量、用灰量、水灰比等數(shù)據(jù)傳送至在線監(jiān)測網(wǎng)站，以實現(xiàn)對制漿過程的即時監(jiān)控。在線監(jiān)控網(wǎng)站還可以進行單日或一定時間段的用漿量、水泥用量統(tǒng)計。通過實時數(shù)據(jù)上傳和在線監(jiān)控，有效防止了工人的偷工減料和虛假操作，確保了制漿過程的真實可靠性。

2.4 數(shù)據(jù)分析及評估

所有數(shù)據(jù)均從現(xiàn)場直接傳輸?shù)皆贫?，整個過程嚴(yán)謹(jǐn)可靠，能夠做到數(shù)據(jù)的不泄露，因此所有數(shù)據(jù)形成的表格都能夠直接打印，從而形成真實可靠的施工報表?；诂F(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)，通過軟件平臺可以看到項目標(biāo)段信息、設(shè)備信息、工區(qū)信息、實時的生產(chǎn)數(shù)據(jù)列表、預(yù)警等信息，平臺界面如圖1所示。

評估從兩方面進行：

（1）簡單評估，通過樁長、流量、速度參數(shù)，進行綜合打分，按分值進行判斷。

（2）復(fù)雜評估，通過監(jiān)測參數(shù)，結(jié)合土層情況分析打分，按分值進行判斷。

2.5 系統(tǒng)測試與評價

系統(tǒng)開發(fā)完成后，為了避免系統(tǒng)出現(xiàn)缺陷，需要詳細測試系統(tǒng)的各項功能。具體的測試內(nèi)容如下：

2.5.1 功能模塊測試

（1）登錄測試。打開瀏覽器并輸入系統(tǒng)的網(wǎng)址，進入系統(tǒng)的登錄頁面。在這個系統(tǒng)中，用戶被分為三種角色：系統(tǒng)管理員、項目技術(shù)人員和項目負責(zé)人。在登錄頁面輸入正確的用戶名、密碼以及動態(tài)驗證碼后，系統(tǒng)將對用戶的身份進行驗證。如果驗證成功，系統(tǒng)會進一步檢查其擁有的權(quán)限，并根據(jù)權(quán)限開放相應(yīng)的功能頁面和服務(wù)。如果驗證未能通過，系統(tǒng)將會給出相應(yīng)的錯誤提示信息。

（2）角色分類及權(quán)限分配。系統(tǒng)管理員通過操作系統(tǒng)組織管理菜單來實現(xiàn)角色的分類，同時也由系統(tǒng)管理員分配各個角色對應(yīng)的菜單權(quán)限。

（3）用戶管理。系統(tǒng)管理員通過在系統(tǒng)用戶菜單中進行操作來管理用戶信息，這個管理過程包括用戶的增加、刪除，以及對用戶信息的更改和用戶角色的分配。

（4）設(shè)備管理。系統(tǒng)管理員通過操作設(shè)備列表菜單來管理設(shè)備信息，管理的內(nèi)容涵蓋設(shè)備的增加、設(shè)備信息的更改、設(shè)備文件的上傳以及指定設(shè)備所屬項目。

（5）項目管理。項目信息的管理由系統(tǒng)管理員訪問項目列表菜單操作實現(xiàn)，管理的內(nèi)容涵蓋項目的創(chuàng)建、查看、修改，以及指定項目負責(zé)人。同時，通過點擊項目所有樁機按鈕，可查看該項目下所有樁機的信息。

（6）實時監(jiān)測。實時監(jiān)測功能包括地圖監(jiān)測、圖形化監(jiān)測和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測。查看所有在線樁機的分布情況由系統(tǒng)管理員通過操作地圖監(jiān)測菜單實現(xiàn)，而其他用戶只可以查看用戶所屬項目在線樁機的分布情況。

（7）成樁信息。成樁信息包括成樁列表、詳細數(shù)據(jù)、曲線、過程曲線和施工平面圖。用戶可以通過對列表菜單的操作來查看當(dāng)前的資料信息。精確到某一樁的信息，需要輸入樁機編號、樁號等信息檢索，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Word、Excel表格中。用戶可以將某段時間的水泥用量、樁數(shù)等資料通過統(tǒng)計功能進行匯總，從而得出結(jié)論。

（8）質(zhì)量評估。項目設(shè)計人員可以記錄并管理地層信息以及試樁數(shù)據(jù)，并基于以上信息制定相關(guān)的施工設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)定水泥用量和最大傾斜度指標(biāo)可通過操作樁基施工質(zhì)量菜單實現(xiàn)，能夠?qū)痘┕べ|(zhì)量進行實時評估，并將不合格的施工樁基進行匯總。

2.5.2 用戶界面測試

系統(tǒng)評價中，用戶界面設(shè)計的友好性是一個重要的考量指標(biāo)。在這個方面主要進行了頁面布局、鼠標(biāo)操作、鍵盤操作、窗口切換等方面的測試。

2.5.3 兼容性測試

不同瀏覽器在解釋函數(shù)、CSS等方面有所差異，這就意味著即使是同一個網(wǎng)頁，在不同的瀏覽器下顯示效果也可能不一樣。為了確保系統(tǒng)可以在各種不同的瀏覽器下正常運行，進行兼容性處理是非常必要的。該部分基于幾款主流瀏覽器測試了系統(tǒng)兼容性。

3 結(jié)語

該文研究了一種水泥攪拌樁遠程監(jiān)測系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點：

（1）對成樁深度、施工工藝、水泥用量等施工數(shù)據(jù)進行不間斷采集，并實時上傳存儲到云端服務(wù)器，可實現(xiàn)實時、全過程監(jiān)控施工。

（2）一旦施工過程中某一參數(shù)超出允許偏差范圍，現(xiàn)場和后臺會自動報警，直到查明原因并加以解決，警報才會解除。

（3）綜合巖土工程技術(shù)團隊的評審意見，從樁長、水泥用量、段漿量、與實際土層的契合度、群樁質(zhì)量等多個方面對單樁進行評價，解決了基礎(chǔ)處理質(zhì)量控制方面的難題，為今后項目的發(fā)展起到了積極的推動作用。

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