CN113487157A - 基于云技术的预应力施工质量无人化监管平台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于云技术的预应力施工质量无人化监管平台及方法。该预应力施工质量无人化监管平台包括：项目管理模块、参数建模模块、施工计划模块、每个预应力构件施工机具上设置的数据采集模块、施工监管模块、数据分析模块和消息管理模块。该预应力施工质量无人化监管平台实现了现场数据采集自动采集传输，施工计划的快速提交审核，监管数据的自动处理发布，质量问题的整改落实，对破除传统监管模式中的信息壁垒，打通数据信息通道，在设计、施工、监理、检测以及主管单位部门间形成消息互通、信息互动、数据共享的新监管方式，能有效提高施工质量监管效率，降低监管工作成本。

Description

基于云技术的预应力施工质量无人化监管平台及方法

技术领域

本发明涉及预应力领域，具体涉及一种基于云技术的预应力施工质量无人化监管平台及方法。

背景技术

在交通基础设施建设领域，我国正处在由基建大国向基建强国进行转型升级的过程中，伴随着新基建概念的兴起与成熟，工程建设领域也呈现出了“数字化、网络化、智能化”三化融合的发展态势。随着现代制造业的发展，预应力技术在材料、工艺、施工等方面取得了巨大的发展和演进，随着工程建设理念的进步，其应用场景也越来越广泛，工况环境也越来越复杂，尤其是用于大规模的极端环境下的工程建造，如大跨径桥梁、大变形地下空间以及特殊大跨高层建筑结构。但同时，正是由于预应力技术的应用范围广，普及程度深，在不同的行业及工程中也呈现出了发展不平衡的状态，由于其涉及的工程属性、作用、标准的不同，致使预应力施工在质量监管方面长期存在着耗人、耗时、耗力的问题。

目前，针对预应力施工质量的监管，一般以建设单位为主体，联合设计单位、监理单位、施工单位、试验检测单位各方，按照工程建设质量管理的要求，在实施过程中主要以资料填报、现场记录、事后抽样等方式进行，也有部分项目在施工过程中采取独立的第三方质量专项咨询监管，也有部分地区的行政主管部门开展专项巡查方式。针对预应力工程的施工质量监管，其典型的实施方式为由设计单位提供设计文件，在设计文件中明确构件类型及相关理论参数，试验检测单位提供相关工艺材料试验检测参数，施工单位按照设计要求按图组织施工，监理单位现场旁站监督施工过程。

但现有的质量监管方式由于缺乏完备的技术体系、专业化的技术人员和技术手段，其质量监管实施过程难以满足当前工程建设中的实际需求，具体表现为：

(1)由于施工环境恶劣，作业条件差，劳动强度大，预应力施工已经成为了一个高风险的行业工种，尤其是在预应力张拉和灌浆两项关键工序中，因涉及到结构物高应力状态的作业，一旦出现操作上的失误，便可能引发严重的安全事故，因此现场相关人员的安全风险倍增，导致监管人员不愿到现场旁站监督甚至进行准确的数据测量，一方面存在着直接获取困难的问题，另一方面存在着取得的数据在准确性和客观性上不足的问题。

(2)由于影响施工质量的主要因素涉及现场的人员、机械、材料、工艺方法及环境多个方面，这些影响因素在目前的实施方式中分别由不同的主体单位进行提供，各单位之间由于工作重点和理解层次的不同，相互独立，没有形成统一的标准，存在着在施工过程中难以统一标准，质量监管中也难以进行综合分析利用的问题。

(3)由于施工现场地点分散，进度不一，加之施工操作人员水平和施工机具性能质量差异化大，监管人员通常需要同时兼顾多个工点的施工情况，同时还要求具备专业的知识水平和现场经验，一般情况下难以主动发现问题并实时控制质量，存在着施工质量监管控制滞后的问题。

(4)由于缺乏有效的协同化工作平台，导致监管过程难以动态掌握现场实际情况，很难将各相关单位联合起来，落实质量隐患排查的管理机制、责任体系和工作流程。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种基于云技术的预应力施工质量无人化监管平台及方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种基于云技术的预应力施工质量无人化监管平台，包括：

项目管理模块，用于配置项目信息，所述项目管理模块与数据分析模块通信连接；

参数建模模块，用于提取设计文件中影响构件质量的参数，根据参数的类型建立轻量化的通用构件模型，将建立好的模型进行编码储存；该参数建模模块与所述数据分析模块通信连接；

施工计划模块，通过输入单位工程、构件编号以及通用构件模型编码将项目构件模型实例化，并对实例化后的对象进行储存；接收现场上报的单位工程、构件编号，自动匹配实例化对象并标记，将匹配结果发送至消息管理模块；

每个预应力构件施工机具上设置数据采集模块，每个所述数据采集模块采集与其对应的预应力构件施工机具的运行数据，并对每条数据进行独立编码，编码完成发送至所述施工监管模块；

施工监管模块，接收所述数据采集模块发送的数据，将该数据与对应的实例化对象进行数据自动归集匹配，并将数据发送给数据分析模块；

数据分析模块，接收所述施工监管模块发送的数据，分析该接收到的数据与设置的标准数据之间的偏差，并将偏差结果发送到消息管理模块；

消息管理模块，用于实时推送监管信息至相关单位人员应用端。

本发明还提出了一种预应力施工质量无人化监管方法，针对预应力施工工程设置如上述的预应力施工质量无人化监管平台；

提取设计文件中影响构件质量的参数，根据参数的类型建立轻量化的通用构件模型，将建立好的模型进行编码储存；

输入单位工程、构件编号以及通用构件模型编码将项目构件模型实例化，并对实例化后的对象进行储存；接收现场上报的单位工程、构件编号，自动匹配实例化对象并标记，将匹配结果进行发送；

实时采集各预应力构件施工机具的运行数据，并对每条数据进行独立编码；

将编码后的运行数据与对应的实例化对象进行数据自动归集匹配；

分析自动归集匹配后的数据与设置的标准数据之间的偏差，并将偏差结果进行发送。

本发明的有益效果是：该预应力施工质量无人化监管平台实现了现场数据自动采集传输，施工计划的快速提交审核，监管数据的自动处理发布，质量问题的整改落实，对破除传统监管模式中的信息壁垒，打通数据信息通道，在设计、施工、监理、检测以及主管单位部门间形成消息互通、信息互动、数据共享的新监管方式，能有效提高施工质量监管效率，降低监管工作成本。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是预应力施工质量无人化监管平台的原理框图；

图2是项目管理操作流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，本发明提供了一种基于云技术的预应力施工质量无人化监管平台，该平台通过远程自动采集质量数据，减少人员现场工作旁站及测量记录工作，保证数据的准确性与客观真实性；采用统一化的云平台进行监管数据、信息的互联互通，实现各单位相关人员的协同作业，动态掌握现场实际情况，根据实际情况落实质量隐患排查的管理机制、责任体系和工作流程，进而主动发现问题并实时控制和解决施工质量问题，提升预应力施工质量监管效率，降低监管实施成本。

具体地，该平台包括项目管理模块、参数建模模块、施工计划模块、数据采集模块、施工监管模块、数据分析处理模块和消息管理模块。

其中，项目管理模块用于配置项目信息，配置的项目信息包括项目组织机构、用户角色权限和工点属性信息，具体如图2所示。项目管理模块与数据分析模块通信连接。

参数建模模块通过提取设计文件中影响构件质量的设计参数，根据设计参数的类型建立轻量化的通用构件模型，将建立好的模型进行编码储存。这里根据设计参数确定设计参数对应的构件的类型，比如构件的位置、尺寸、形式等，不同的设计参数代表不同的工程实体对象，因此模型是有多个的。但在一个项目中，模型的数量是有限的，其中有些参数是相同或相似的，因此对建立好的模型进行分类编码，形成模型库。该参数建模模块与所述数据分析模块通信连接。

施工计划模块通过输入单位工程、构件编号以及通用构件模型编码将项目构件模型实例化，即根据通用构件模型编码调用一种通用构件模型，添加单位工程信息和构件编号，在施工计划中形成一个唯一编号的实体构件对象；然后对实例化后的对象进行储存；接收现场上报的单位工程、构件编号，上报的形式包括但不限于接入短信、小程序等，自动匹配实例化对象并标记，将匹配结果发送至消息管理模块。这里自动匹配的实现分为2个步骤环节：S1：根据提交上报人员的身份信息和组织关系确定人员隶属关系；S2：根据上报的单位工程、构件编号与实例化对象中的单位工程、构件编号匹配设计参数。匹配的原则：及时性：分配快速；准确性：定位准确；完整性：不缺不漏。这里的单位工程指具备独立施工条件并能形成独立使用功能的建筑物或构筑物为一个单位工程；构件编号包括但不限于起始跨号、结束跨号、梁号等。

每个预应力构件施工机具上设置的数据采集模块，每个数据采集模块采集与其对应的预应力构件施工机具的运行数据，并对每条数据进行独立编码，编码完成发送至所述施工监管模块。

本实施例中，数据采集模块包括采集单元和传输单元。具体实施时，可在每个预应力构件的施工机具上设置物联终端，每个物联终端内部集成采集单元、对该采集单元所采集数据进行处理的边缘计算模块、数据储存模块和传输单元。物联终端通过机械连接装置安装在施工机具上，采用模块化的设计组装方式，可根据现场施工机具管路结构快速匹配，以使物联终端内的传感器能够稳定可靠地接入施工机具获取对应的状态及参数，并针对施工现场的恶劣工况采用全封闭式的防水、防尘防护罩。

采集单元包括但不限于应力采集单元、应变采集单元和流量采集单元，应力采集单元、应变采集单元和流量采集单元分别与边缘计算模块连接，各个应力采集单元、应变采集单元和流量采集单元对其传感器的信号进行实时监控，并将监控的值经过协议编码后传输给边缘计算模块，以此完成数据采集过程。

边缘计算模块用于现场数据处理及基本逻辑控制，包括数据处理单元和逻辑控制单元。数据处理单元在接收到数据后，对接收的数据编码进行解码，根据编码协议逆向定位数据来源，然后将该数据重新打包编码发送至逻辑控制单元；在重新打包时，依次打包编码物联终端的ID号、时间数据、电量数据、应力数据、应变数据和流量数据。逻辑控制单元在接收到数据后实时进行逻辑运算，本实施例中仅用应力数据来判断是否达到触发阈值，如达到触发阈值，触发追踪模块追踪与该数据信息对应的采集单元，具体为：逻辑控制单元实时监测接收到的数据中应力数据是否大于触发阈值，如420，如果达到，则将收到的数据存储至物联终端的数据储存模块并发送至施工监管模块，并在数据储存模块内对该数据的发送状态进行标记，如发送成功，则标记为已发送，如发送失败，则标记为未发送；逻辑控制单元实时判断数据储存模块中是否存在未发送的数据，如有，则将未发送数据通过通信模块发送至施工监管模块；如无，则不发送数据。因此，逻辑控制单元的作用有两点：

数据存储逻辑控制：对需要存储的数据进行筛选，即达到阈值触发条件的数据才进行存储，作用是完成数据在物联终端上的本地存储。

数据发送逻辑控制：对物联终端本地存储的数据进行传输，即通过通信模块将本地数据发送至管理中心，作用是完成物联终端本地存储数据的上传，包含实时上传和失败后重传的逻辑控制。

传输单元集成于物联终端内部，通过电路板直接连接于采集单元上，并采用无线通信方式与管理中心进行数据和指令交互。传输单元接收到数据后，将其自身的ID编号与其接收到的数据进行协议编码，编码完成后主动向施工监管模块握手，完成连接后将数据采用透传模式进行发送，发送完毕并接收到施工监管模块返回数据后断开连接，并将接收到的数据发送给边缘计算模块，边缘计算模块标记其发送成功的数据，并存放于数据存储模块中；如传输单元向施工监管模块发送数据失败，边缘计算模块标记其未发送成功的数据，并存放于数据存储模块中。

每个所述物联终端内部还集成有电源管理模块，电源管理模块用于整个系统电量管理，用电优化，安全管理，电源管理模块包含电量监测单元、分配管理单元。电量监测单元通过对主电路中的电压根据节能管理算法进行监测，通常30s～43200s监测一次，将采集的电压值进行编码后发送给分配管理单元。分配管理单元接收到采集的电压数据后进行判断，如果最近一次采集的电压大于设定值，如3100，则进入正常模式，所有模块逻辑正常工作，当最近一次采集电压小于等于设定值，则进入节能模式，传输模块不再进行供电。

施工监管模块接收数据采集模块发送的数据后，由于在施工计划中，每个传输单元对应且仅对应一个实例化对象，因此根据传输单元的ID编号查询对应实例化对象是否存在，即判断当前施工的构件是否已在施工计划里生成实体构件对象，如果存在，则将数据存入对应的实例化对象中，完成数据的自动归集匹配，并将数据发送给数据分析模块；否则将查询结果发送至消息管理模块，待构件模型实例化完成后继续完成自动归集匹配，并将数据发送给数据分析模块。

数据分析模块接收施工监管模块发送的数据后分析该接收到的数据与设置的标准数据之间的偏差，并将偏差结果发送到消息管理模块。

具体地，数据分析模块计算接收到的每组数据中的控制应力、伸长值、锚固回缩量、锚固后的实际有效预应力、张拉同步性、持荷时间、浆液初始流动度及温度、压浆量、稳压压力及时间信息以及相邻数据的时间间隔，计算时采用现有方法计算即可，例如采用数字滤波算法剔除噪声数据、然后对数据进行线性回归及插值计算、生成标准规范规定的各类参数曲线、识别提取指标关注的数据点、数据状态等。然后将计算得到上述结果值带入预先设立的贝叶斯模型进行工艺匹配，匹配完成后根据质量验收标准中规定的指标参数进行偏差结果计算和评估，然后将偏差结果存入实例化后的实体构件的施工监测数据中，并将偏差结果发送到消息管理模块。在匹配时，将计算得到的结果值在预先设立的贝叶斯模型中与设定的值进行匹配，设定值可以是经验值，也可以是规定值。

消息管理模块用于实时推送监管信息至相关单位人员应用端；包括监控中心可视化屏、PC端Web页面、移动端可视化页面，能根据监管流程预设推送机制，实现不同层级权限的定向推送及流程闭环化管理。消息管理模块发布的消息包含需要整改落实的问题，并且整改落实的具体信息也会进行动态更新和发布。

该预应力施工质量无人化监管平台还包括与数据分析模块连接的报表管理模块，用于定制结果呈现方式，根据不同需求将数据及数据结果报表化。

本申请还提出了一种预应力施工质量无人化监管方法，针对预应力施工工程设置如上述的预应力施工质量无人化监管平台；根据上述的预应力施工质量无人化监管平台中各模块的功能执行下述步骤，以实现对预应力施工质量的无人化监管：

提取设计文件中影响构件质量的参数，根据参数的类型建立轻量化的通用构件模型，将建立好的模型进行编码储存；

输入单位工程、构件编号以及通用构件模型编码将项目构件模型实例化，并对实例化后的对象进行储存；接收现场上报的单位工程、构件编号，自动匹配实例化对象并标记，将匹配结果进行发送；

实时采集各预应力构件施工机具的运行数据，并对每条数据进行独立编码；

将编码后的运行数据与对应的实例化对象进行数据自动归集匹配；

分析自动归集匹配后的数据与设置的标准数据之间的偏差，并将偏差结果进行发送。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种基于云技术的预应力施工质量无人化监管平台，其特征在于，包括：

项目管理模块，用于配置项目信息，所述项目管理模块与数据分析模块通信连接；

参数建模模块，用于提取设计文件中影响构件质量的参数，根据参数的类型建立轻量化的通用构件模型，将建立好的模型进行编码储存；该参数建模模块与所述数据分析模块通信连接；

施工计划模块，通过输入单位工程、构件编号以及通用构件模型编码将项目构件模型实例化，并对实例化后的对象进行储存；接收现场上报的单位工程、构件编号，自动匹配实例化对象并标记，将匹配结果发送至消息管理模块；

每个预应力构件施工机具上设置数据采集模块，每个所述数据采集模块采集与其对应的预应力构件施工机具的运行数据，并对每条数据进行独立编码，编码完成发送至所述施工监管模块；

施工监管模块，接收所述数据采集模块发送的数据，将该数据与对应的实例化对象进行数据自动归集匹配，并将数据发送给数据分析模块；

数据分析模块，接收所述施工监管模块发送的数据，分析该接收到的数据与设置的标准数据之间的偏差，并将偏差结果发送到消息管理模块；

消息管理模块，用于实时推送监管信息至相关单位人员应用端。

2.根据权利要求1所述的基于云技术的预应力施工质量无人化监管平台，其特征在于，所述项目管理模块配置的项目信息包括项目组织机构、用户角色权限和工点属性信息。

3.根据权利要求1所述的基于云技术的预应力施工质量无人化监管平台，其特征在于，所述现场数据采集模块包括：

采集单元，采集与其对应的预应力构件施工机具的运行数据，将采集的数据发送给传输单元；

传输单元，将其自身的ID编号与其接收到的数据进行协议编码，编码完成后主动向施工监管模块握手，完成连接后采用透传模式进行数据发送。

4.根据权利要求1所述的基于云技术的预应力施工质量无人化监管平台，其特征在于，施工监管模块接收所述数据采集模块发送的数据，确认与该数据对应的实例化对象是否完成标记；如已经完成标记，则将该数据存入对应的实例化对象中，完成数据的自动归集匹配，并将数据发送给数据分析模块；否则将查询结果发送至消息管理模块，待实例化对象完成标记后继续完成数据的自动归集匹配，并将数据发送给数据分析模块。

5.根据权利要求1所述的基于云技术的预应力施工质量无人化监管平台，其特征在于，数据分析模块计算接收到的每组数据中的控制应力、伸长值、锚固回缩量、锚固后的实际有效预应力、张拉同步性、持荷时间、浆液初始流动度及温度、压浆量、稳压压力及时间信息以及相邻数据的时间间隔，并将计算得到上述结果值带入预先设立的贝叶斯模型进行工艺匹配，匹配完成后根据质量验收标准进行偏差结果计算，然后将偏差结果存入实例化后的施工监测数据中，并将偏差结果发送到消息管理模块。

6.根据权利要求1所述的基于云技术的预应力施工质量无人化监管平台，其特征在于，还包括与所述数据分析模块连接的报表管理模块，用于定制结果呈现方式，根据不同需求将数据及数据结果报表化。

7.一种预应力施工质量无人化监管方法，其特征在于，针对预应力施工工程设置如权利要求1-6任一项所述的预应力施工质量无人化监管平台；

提取设计文件中影响构件质量的参数，根据参数的类型建立轻量化的通用构件模型，将建立好的模型进行编码储存；

输入单位工程、构件编号以及通用构件模型编码将项目构件模型实例化，并对实例化后的对象进行储存；接收现场上报的单位工程、构件编号，自动匹配实例化对象并标记，将匹配结果进行发送；

实时采集各预应力构件施工机具的运行数据，并对每条数据进行独立编码；

将编码后的运行数据与对应的实例化对象进行数据自动归集匹配；

分析自动归集匹配后的数据与设置的标准数据之间的偏差，并将偏差结果进行发送。

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