灌浆数据采集分析管理系统的研制及工程应用

祝 捷，罗 熠

（长江科学院仪器自动化研究所，武汉 430010）

灌浆数据采集分析管理系统的研制及工程应用

祝 捷，罗 熠

（长江科学院仪器自动化研究所，武汉 430010）

灌浆数据采集分析管理系统主要配合GJY系列灌浆自动记录仪使用，用于采集、分析和管理各类灌浆施工数据。主要介绍该软件的研制背景、功能设计、开发平台、体系结构、数据结构、运行平台、主要功能、当前在工程实践中的应用效果及改进措施。本系统已在我国几个大型水利工程应用，取得了良好的应用效果，积累了丰富的实践经验。

灌浆数据采集分析管理系统；灌浆自动记录仪；研制；应用

1 数据采集分析管理系统研制背景

在水利工程建设中，灌浆施工作为基础处理的主要方式，得到广泛应用。为确保灌浆质量，自20世纪80年代后期，由长江科学院仪器自动化研究所自行研制生产的GJY系列灌浆自动记录仪（简称记录仪）逐步在工程实践中推广运用，以电子自动测量的方式取代了以往人工手动测量灌浆数据的方式。对于记录仪记录下的各种灌浆数据，过去均采取人工手动方式管理，绘制各类图表也依赖手工操作，存在效率低下、纠错困难等诸多问题。针对这种情况，该所开发了灌浆数据采集分析管理系统软件，该软件是一套基于Windows操作平台、用于自动管理灌浆施工数据及制作处理各类后续图表、文档的32位应用软件，解决了手工管理的种种弊端，满足了广大施工单位的实际需求，为业主、监理提供了对工程质量管理的依据和手段。

2 数据采集分析管理系统研制

2.1 功能设计

软件主要用于灌浆数据的整理和施工图表的绘制，因此其软件研制需达到如下主要功能。

首先是对灌浆数据的采集，即将灌浆自动记录仪记录下来的各种灌浆数据采集汇总到一起。目前记录仪市场主要分为两大类产品，一类是单片机平台产品，这类产品一台机组只能同时监测1～2个钻孔的灌浆工作，实际施工中往往需要同时使用多台这样的机组，因此必须将不同机组记录的数据汇总到一起；另外由于单片机附带的存储器容量有限，无法保存大量的灌浆数据，也必须定期将数据读出并集中保存到专业的数据库中。另一类是笔记本平台产品，这类产品通常一台机组可以同时监控多个钻孔的灌浆工作，且运行于数据库，可以将采集到的数据直接存入数据库中。本软件的数据采集功能主要针对第一类记录仪产品。

其次是对汇总到数据库中的灌浆数据进行分层管理。所谓分层管理是指按照不同数据在工程实践中的具体含义区分类别，其类别之间又具有一定的层次关系，以这种层次关系作为基础来管理数据。由于实际数据庞杂繁多，其间又可能有遗失错漏，对数据进行分层管理极为必要。具体来说可以将灌浆数据分为工程、部位、钻孔、工作段、工作记录5个层次，对每层数据均可完成浏览、查询、新增、修改和删除操作。

最后是绘制各类工程图表。图表种类依照水泥灌浆施工技术规范以及工程实际的要求确定，以充分满足业主、监理、施工3方的需求为准，除固定格式图表外也可增加特殊格式的图表。图表中的所有数据均在数据库中有所反映。

2.2 开发平台

本软件选择微软公司的Visual Basic 6.0 SP6作为基础开发平台，针对软件中涉及到大量的数据库操作特点，运用结构化查询语言SQL进行数据的读取、保存和修改；选用VB自带的报表生成器设计所有的输出报表；绘图可通过PictureBox控件结合VB的绘图函数来实现。

2.3 体系结构

数据采集、数据管理、图表绘制是与本软件密切相关的3部分，分别对应功能设计中的3大功能，即数据采集功能、数据管理功能和图表绘制功能。其数据流程系从GJY灌浆自动记录仪到Access数据库（此为数据输入过程），再从Access数据库到后续处理图表（此为数据输出过程）。整体来看软件运行于数据库，所有数据的输入输出都基于数据库的操作（见图1）。

图1 灌浆数据采集分析管理系统体系结构图Fig.1 The framework picture of the software of grouting data collection＆analysis＆management system

2.4 数据结构

本软件在PC机端选用Microsoft Access2003数据库存放灌浆数据，每个工程对应一个*.mdb数据库文件。其内部数据表结构如表1所示。

表1 数据库结构表Table 1 Database Structure

2.5 运行平台

2.5.1 硬件环境

运行本软件，拟推荐使用Pentium II 233以上的IBM（或兼容）个人计算机，64 M以上内存。

2.5.2 软件环境

本软件支持中文Windows98、Windows me、Windows NT4.0、Windows 2000和WindowsXP操作系统。

3 数据采集分析管理系统主要功能

3.1 数据采集功能

本软件数据采集有两种方式：一种是以数据线直接连接记录仪和笔记本电脑，在笔记本电脑上运行本软件，将记录仪中的数据通过RS232串口直接采集到工程数据库中；另一种方式是用U盘作为中转，先将记录仪数据以*.gjy的格式保存到U盘上，然后在PC机上运行本软件，插上U盘，打开*.gjy文件并将其中的数据保存到工程数据库中。

3.1.1 采集记录仪数据

本软件直接采集记录仪上的数据时，可用专用的数据连接线，一端连接记录仪上的数据传输口，另一端连接笔记本电脑上的RS232串行通讯口，笔记本电脑这端运行本软件选择接收数据；记录仪端选择发送数据。则记录仪中存储的灌浆数据将以设定好的格式传输到软件中，并保存到当前工程数据库里。其数据流程和存储媒介见图2。

图2 采集记录仪数据图Fig.2 The picture of collecting recorder’s data

3.1.2 采集U盘数据

本软件采集U盘数据时，首先将U盘插到记录仪的U盘接口上，记录仪选择发送数据，将记录仪中存储的灌浆数据以设定好的格式传输到U盘中，以*.gjy二进制文件的形式储存，然后拔下U盘，插到PC机的U盘接口上，在PC机上运行本软件，打开*.gjy文件，按设定好的格式将*.gjy文件的内容读到软件中，保存到当前工程数据库里。其数据流程和存储媒介见图3。

图3 采集U盘数据图Fig.3 The picture of collecting data of flash RAM

3.2 数据管理功能

本软件可以管理工程数据库中的所有数据，可按工程——部位——钻孔——工作段——工作记录的方式分层检索查看，并可对每一层数据进行新增、修改和删除操作。例如：

（1）首先新建一个工程或者打开一个已有工程，如名称为三峡.mdb，软件主界面将出现一个部位栏，其中显示三峡工程内的所有部位。

（2）管理三峡工程内的部位、钻孔、工作段、工作记录信息。其中部位信息需要用户手工建立，而钻孔、工作段和工作记录信息则根据具体情况，即可以由用户手工逐一建立，又可以通过数据采集的方式自动建立。

（3）假设在三峡工程内新建一个部位，点击新增按钮，弹出新增对话框，填入需新增部位的名称、开竣工日期等信息，点击确定按钮，即可在部位栏中出现一行新增的部位信息。

（4）假设部位栏里建立了3个部位，分别是部位1、部位2、部位3。选中部位2，点击属性按钮，弹出属性对话框，其中显示新建该部位时填入的所有信息，此时可以对这些信息进行修改，然后按确定按钮，则部位栏中显示的部位2的信息作出了相应更改。

（5）选中部位2，点击前进按钮，部位栏转变为钻孔栏，显示部位2下的所有钻孔信息。假设目前部位2下有3个钻孔，分别是钻孔1、钻孔2、钻孔3，选中钻孔2，点击前进按钮，钻孔栏转变为工作段栏，显示钻孔2下的所有工作段信息。假设目前钻孔2下有3个工作段，分别是工作段1、工作段2、工作段3，选中工作段2，点击前进按钮，工作段栏转变为工作记录栏，显示工作段2的所有工作记录。如此每前进一步都可以进入更深一层，浏览更详尽具体的数据。反之如果点击后退按钮则回溯到上一层数据，即从工作段2的所有工作记录——钻孔2下的所有工作段信息——部位2下的所有钻孔信息——三峡工程内的所有部位。

（6）选中部位2，点击删除按钮，软件将询问是否确定删除部位2及以下信息，若点击确定则系统不仅将删除部位2，而且将删除部位2下的3个钻孔及3个钻孔下的所有工作段和所有工作段下的所有工作记录。

（7）若需新增、修改或删除钻孔、工作段，其方法与新增、修改或删除部位是一致的。

（8）随着工程进展，当前工程中的数据逐渐增多，在需要时可生成工程报表和工程图表。

3.3 图表绘制功能

本软件可以按照水泥灌浆施工技术规范的要求制作各类后续处理图表。其中报表制作有两种方式，一种是通过VB中的报表生成器来实现，直接生成需要的报表供浏览和打印。此功能要求首先在报表生成器中绘制出报表的模板，然后从数据库中取出报表所需的各项数据，生成一个临时表，将临时表各字段分别绑定到报表模板的对应列中，对于汇总合计数据则分别计算后填入表尾相应位置。另一种是将报表导出到Excel中，生成Excel文件，方便随时浏览、修改、保存和打印。绘图可通过PictureBox控件来实现，直接生成需要的图样供浏览和打印，还可以将图样保存为BMP格式的电子文档。本软件主要可以生成以下几种图表：

（1）施工记录表：记录具体某段灌浆或压水的详细数据记录，每一行显示一条工作记录；

（2）灌浆孔成果一览表：记录一个灌浆孔的各段灌浆数据，每一行显示一个灌浆段；

（3）部位灌浆分序统计表：记录一个部位下不同排序不同孔序的各个钻孔透水率区间值和单位注入量区间值等信息，每一行显示一个钻孔；

（4）部位各次序孔灌浆成果表：记录一个部位下不同排序的每一个孔序的钻孔数量、透水率区间值和单位注入量区间值等信息，每一行显示一个孔序；

（5）灌浆工程完成情况表：按部位顺序记录一个工程下各个部位的钻孔数量、钻孔总深度、水泥注入量等信息，每一行显示一个部位；

（6）帷幕灌浆工程检查孔压水试验成果一览表：按部位顺序记录一个工程下各个部位的检查孔数量、透水率区间值等信息，每一行显示一个部位；

（7）施工曲线图（P-T图）（Q-T图）：记录某段灌浆或压水的压力随时间实时变化曲线图、流量随时间实时变化曲线图；

（8）帷幕灌浆综合剖面图：以剖面图的形式绘制出一个部位下各钻孔每一段的单位耗灰量情况，以连续的小矩形块表示每一段，以矩形块的宽度表示每一段单位耗灰量的大小。

（9）透水率频率及累计曲线图：以透水率区间值作为横轴，以频率0至100%作为纵轴，绘制一个部位下某一排序的所有钻孔的所有工作段的压水透水率的频率曲线图及累计频率曲线图。频率曲线图是指处于各个透水率区间的工作段数量占全部工作段数量的比例图，累计频率曲线图是指比例从0至100%连续变化的曲线图。

（10）单位注入量频率及累计曲线图：以单位注入量区间值作为横轴，以频率0至100%作为纵轴，绘制一个部位下某一排序所有钻孔的所有工作段单位注入量的频率曲线图及累计频率曲线图。频率曲线图是指处于各个单位注入量区间的工作段数量占全部工作段数量的比例图，累计频率曲线图是指比例从0至100%连续变化的曲线图。

4 数据采集分析管理系统应用实例

本软件研制完成后，先后在广西龙滩电站、广西百色水利枢纽、云南金安桥电站、四川向家坝水电工程等水电工程中得以广泛应用并取得良好的应用效果，积累了丰富的实践经验。

4.1 应用情况

本软件主要交付水利工程施工单位使用。首先通过安装光盘或直接拷贝安装包的方式交付软件给用户，然后指导用户安装使用，详细讲解软件的使用方法和操作步骤。用户根据使用说明书和具体的讲解，尝试手工建立工程、部位、钻孔等信息，然后采集实际的灌浆数据并保存到建好的工程数据库中。采集时可直接将安装有本软件的笔记本电脑带到工地现场，通过专用的数据连接线连接记录仪与笔记本电脑，然后运行软件进行数据采集；但更方便的方法是将U盘插到记录仪的U盘插口上，将记录仪数据以*.gjy的文件格式保存到U盘上，然后将U盘带回后方资料整理员处，通过本软件打开*.gjy文件并保存其中的灌浆数据。工程数据库中有了实际数据后，可尝试对这些数据进行查询或修改，并依据数据量的多少尝试绘制各种施工图表。例如，针对每一段工作数据可绘制施工记录表和施工曲线图；积齐一个钻孔的数据后可绘制这个钻孔的灌浆孔成果一览表；积齐一个部位的数据后可绘制这个部位的部位灌浆分序统计表、部位各次序孔灌浆成果表、透水率频率及累计曲线图、单位注入量频率及累计曲线图和帷幕灌浆综合剖面图。对于绘制出的图表需先行交付业主和监理审核，有不符合工程实际要求的地方需及时修改完善软件，直到所有图表均达到工程要求并通过业主和监理的审核认可为止。

4.2 应用效果及改进措施

本软件通过在以上工程的应用，取得良好的应用效果，基本能够满足工程实践的需要，能够很好的与GJY系列灌浆自动记录仪配合使用，为工程资料的汇总整理及工程图表的绘制提供了方便、快捷、高效的工作方式，极大地减轻了施工单位在灌浆资料整理上的工作量，节省了时间和人力，同时也为业主、监理有效监控灌浆施工质量提供了科学、有效、可靠的依据和手段。

本软件在实际工程应用中，也反映出了某些不足，主要表现在在绘制图表方面。本软件绘制图表时均是依据灌浆施工规范上的样表，而实际工程中使用的图表内容和格式往往不同于规范上样表的内容和格式，且各个工程均不尽相同，因此每到一个新的工程都必须修改软件。另外，图表生成的方式不够灵活，尤其绘图功能亟待加强。

展望未来，本软件在保持自身优势的前提下，尚需进一步完善图表绘制功能和数据采集功能，考虑增加多点式记录仪的功能，以便更好地满足工程实际的需求。

［1］ DL／T 5148-2001，水工建筑物水泥灌浆施工技术规范［S］.

［2］ SL 62-94，水工建筑物水泥灌浆施工技术规范［S］.

［3］ 张凤玲，王英贤，姚振和，等.GJY-II型灌浆自动记录仪简介［J］.长江科学院院报，1996，（2）：41-43.

［4］ 王英贤，张凤玲.GJY-II型灌浆自动记录仪在GIN法灌浆中的应用［J］.长江科学院院报，1998，（1）：51-53.

（编辑：赵卫兵）

Development and App lication of Grouting Data Collection＆Analysis＆M anagement System

ZHU Jie，LUO Yi
（Yangtze River Apparatus Automation Research Department，Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

The grouting data collection＆analysis＆management system cooperates to use with GJY grouting automatic recordermainly，which is used for collecting，analysing and managing various kinds of grouting data。The article introduces the developmentbackground，function design，development platform，system framework，data structure，running platform，main functions，application effect and improved measures of the software.This system has been used in several large-scale water resources projects，has

good effect and integrated rich experience.

the grouting data collection＆analysis＆management system；grouting automatic recorder；development；application

TV53

A

1001-5485（2009）08-0084-04

2008-08-28；

2009-04-28

祝 捷（1977-），女，武汉市人，工程师，学士，从事计算机软件研制开发与技术管理工作，（电话）027-82829771（电子信箱）zhujie7719＠tom.com。