基于Google Earth的高速公路桩基施工可视化管理系统

韦 伟，任高峰，侯立波，胡仲春

(1.武汉理工大学资源与环境工程学院，武汉 430070;2.中铁十四局集团有限公司，济南 250014)

基于Google Earth的高速公路桩基施工可视化管理系统

韦 伟1，任高峰1，侯立波2，胡仲春2

(1.武汉理工大学资源与环境工程学院，武汉 430070;2.中铁十四局集团有限公司，济南 250014)

针对高速公路具有明显的地理特征，其桥梁桩基施工存在较大不确定性和较高风险的问题，使用SQL server 2008数据库进行数据表设计和存储，在Visual Studio 2010平台上采用C#语言开发了“基于Google Earth的高速公路桩基施工可视化管理系统”。该系统应用于江罗高速14标桥梁桩基施工管理中，实现桩基施工质量、现场进度和施工安全的可视化、数字化、信息化管理，提升了施工企业信息化管理水平。

Google Earth； 高速公路； 桩基施工； 可视化管理

桩基施工质量关系到桥梁的整体结构，是高速公路桥梁建设成败的关键因素之一[1]。在桩基施工过程中，会产生大量的施工信息，反应施工状态、进度、质量、资金等信息。传统的以人工为主的施工管理模式已逐渐不能满足大型复杂工程施工管理的要求[2]。在计算机与网络通信技术非常发达的前提下，施工管理发展的趋势要求施工单位引入现代化的信息管理软件代替一部分人工进行管理。

Google Earth是对真实地球的数字化、虚拟化、可视化的描述和重现，其海量的地理数据构成了具有多分辨率、多视角和3D性能的显示平台，数据以KML格式存储，允许导入和导出，提供应用程序接口Google Earth API，支持二次开发功能[3]。储诚诚、杨新林[4, 5]等人运用编程语言对Google Earth进行二次开发，成功应用于高速公路工程环境影响评价可视化管理、铁路工程地质勘察等领域。探讨在Visual Studio 2010平台上开发桩基施工可视化管理系统，充分发挥Google Earth的优势，融合复杂多源的数据信息，为施工管理者提供总体直观、科学有效、形象生动的桩基施工可视化管理。

1 系统总体设计

该系统是桩基施工可视化、数字化、信息化管理方面的一个初步应用，系统设计和开发必须遵循科学性、针对性、实用性、稳定性、开放性和界面友好性等原则[6]。在Visual Studio 2010平台上采用C#语言对Google Earth进行二次开发，充分利用Google Earth的API和KML技术实现系统功能。系统使用SQL server 2008数据库进行数据表设计和存储，保障系统条理清晰、功能齐全和运行安全、稳定。

2 数据库设计

桩基施工管理数据主要包括数字、文字、图形、图像和表格等形式的数据，主要分为空间数据、属性数据。空间数据主要指点、线、面及空间实体的坐标、高程、距离、产状等信息[7]。在本系统开发中，桩基坐标是重要的空间数据，由于Google Earth采用的是WGS 84坐标系统，为了使桩基坐标数据能够在Google Earth上进行准确显示，需要将桩基西安1980坐标转为WGS 84坐标。设计高速公路桩基施工属性数据库的数据结构，包括各数据库的字段、记录和索引等。经过分析、筛选，属性数据库主要包括：桩基编号、里程桩号、钻孔编号、桩基坐标、设计桩径、设计桩长、实际桩长、桩心偏位、倾斜度、泥浆密度、开孔日期、终孔日期、灌注日期、检桩结果、技术人员、设计员等[8]。将空间数据与属性数据关联设计桩基施工管理多源信息数据库。

实现桩基施工可视化管理关键在于数据库在后台存储桩基施工信息，并在Google Earth上以不同的图标显示与数据库对应，不同的颜色表示岩溶发育情况(极强发育、强发育、中等发育、弱发育)，不同形状的图标表示施工状态(未施工、在施工、已完工)，不同的数字表示检桩结果(I类桩、II类桩、III类桩、IV类桩)，如表1所示，更加形象生动再现施工场景。

表1 不同图标和颜色含义

3 系统实现与应用

系统设计包括登录模块、项目概况模块、桩基基本信息模块、质量管理模块、进度管理模块、安全管理模块、地图管理模块、三维模拟模块等8大功能模块，以下针对实例应用介绍其中的几个功能模块。

3.1 江罗高速公路14标概况

广东省江罗高速公路第14合同标段起点里程为K126+200，位于云安县镇安镇牛根树村，终点里程为K138+300，位于云安县镇安镇上马岗村，标段全长12.1 km。该标段共设4个工区，桥梁9座总长2 251.32 m，其中大桥5座，中桥1座，通道桥3座，9座桥梁一共有471根桩基，桩径为1.2～2.2 m，最短桩长15 m，最长桩长57 m，均采用灌注桩基础，施工工艺为人工挖孔或冲击成孔。

3.2 项目概况模块

项目概况模块主要分为文本资料信息、图片资料信息和项目部管理人员信息。文本资料信息主要包括项目背景介绍、桥梁基本信息等；图片资料主要包括项目组织架构图、地质环境图、施工现场图等；项目部管理人员信息包括姓名、年龄、职务、联系方式等基本信息。该模块方便用户快速了解整个项目概况，用户还可上传更多、更新的图文资料。

3.3 桩基基本信息模块

桩基基本信息模块里包含桩基设计信息和成桩信息。桩基设计信息主要是从复杂多源的资料图纸中提取桩基设计的相关数据，成桩是桩基根据设计规范和要求施工建设好的桩基，其质量性能直接影响到桥梁后期运营的安全[9]。用户要了解江罗高速公路14标桥梁桩基总体情况，包括地理位置、分布、设计、对应钻孔编号等。点击“桩基基本信息”，弹出新窗口，可以详细查看桩基设计信息和成桩信息。

3.4 质量管理模块

质量管理模块又分为三个子模块，分别是桩基钻孔质量控制、溶洞处理记录和混凝土灌注质量控制。采集桩基钻孔过程重要质量指标数据，包括孔径、桩心偏差、倾斜度[10]，生成质量控制图，运用判断规则进行数据异常判断，系统自动提醒预警，方便管理人员及时调整施工方案，将事后控制转变为主动的事前控制。图1所示为一种常见的数据异常情况。

在钻孔施工过程中，如遇到溶洞，对照钻孔地质柱状图，分析溶洞情况，采取针对性措施进行处理，并做好统计记录，为工程类似问题提供决策参考。在混凝土灌注前，检查混凝土的坍落度、初凝时间等是否符合相关设计规范要求，并记录灌注时间、天气、实际砼方量、灌注过程遇到的问题等。

在桩基成桩并且检测后，通过系统可以方便查看检测结果，图标中不同的数字代表不同的结果类型。用户可以形象直观地了解整座桥梁桩基的检测结果，分别查看Ⅰ类桩、Ⅱ类桩、Ⅲ类桩、Ⅳ类桩的具体分布。点击桩基图标弹出小窗口显示其桩基编号和对应的钻孔编号，可进一步查看桩基的地质情况和施工过程遇到的问题。

3.5 进度管理模块

该模块从施工总体进度、各桥施工进度、各桩实际施工天数、各桩施工进度分析等方面进行进度分析与管理。用户可以查询、统计一段时间内施工量，统计每根桩基实际施工天数并与计划比较，分析桩基施工进度(按计划完成、比计划快、比计划慢)。可以通过柱状图形象展示桩基施工总体进度，查询和了解未施工、在施工、已完工的桩基数量。该模块实现桩基施工状态与位置信息、施工场地的可视化，用户可以通过不同形状的图标了解桩基不同的施工状态(未施工、在施工、已完工)，如图2所示，方便管理者直观掌握桥梁桩基施工总体情况和进度。

4 结 论

通过对桩基施工可视化管理的研究及系统的开发与应用，得出以下结论：

a.Google Earth作为一个具有海量数据的三维浏览平台，在点多线长且具有明显地理特征的公路工程管理中可以发挥较强的可视化显示优势。系统实现桩基施工的可视化、数字化、信息化管理，施工管理者可以突破时空限制，远程浏览施工三维地图，及时了解桩基地质情况、施工状态以及桩基检测结果，既能从全局上形象直观地把握施工进度控制，又能详细了解每一根桩基的施工信息。

b.根据桩基施工现场采集的数据，自动绘制桩基施工关键质量指标控制图，实时、动态、直观了解灌注桩主要质量指标变化趋势，遇到数据异常发出预警，及时查找灌注桩施工质量波动的原因并进行改正。确保桩基施工全过程孔径、桩心、倾斜度等指标符合相关规范要求，达到直观地、历史地和全面地反映和监控灌注桩施工过程质量指标，为桩基施工质量管理提供一种直观和科学的有效工具。

c.系统实现地理环境信息、勘察设计信息、施工管理信息等多源复杂信息的融合集成，数据库存储地理信息、工程地质勘察报告、设计图纸与施工影像资料，方便工程检查和验收工作的开展，减少查找翻阅纸质报告和图纸等不必要麻烦，提高施工企业施工效率和信息化管理水平。

[1] 马 建，孙守增，杨 琦，等.中国桥梁工程学术研究综述·2014[J].中国公路学报,2014(5):1-96.

[2] 张建平，李 丁，林佳瑞，等.BIM在工程施工中的应用[J].施工技术,2012(16):10-17.

[3] 管振德，庞贻鸿.Google Earth在线性工程地质灾害调查中的应用[J].人民长江,2012(19):45-47.

[4] 储诚诚.基于Google Earth的高速公路施工期环境影响评价系统研究[D].中南大学, 2013.

[5] 杨新林，蒲 浩，高 山，等.基于Google Earth的铁路工程地质勘察系统[J].高速铁路技术,2013(6):19-23.

[6] 陈 涛.基于web的施工总承包企业材料设备管理系统研究[J].建材世界,2011(3):131-134.

[7] 张 刚，杨 昕，汤国安.GIS软件的空间分析功能比较[J].南京师范大学学报：工程技术版,2013, 13(2):41-47.

[8] 廖立坚，王雨权，蒋 鹏.铁路桥梁地质图形的反演算法研究[J].铁道学报,2013, 35(7): 96-101.

[9] 蒋向军，沈永刚，张明轩.人工挖孔灌注桩的施工质量控制[J].工程质量A版,2012, 30(9):76-79.

[10]刘 氚.大直径嵌岩桩钻孔施工桩孔偏斜预防及斜孔后处理措施[J].建材世界,2010(1): 66-69.

AVisual Construction Management System for Pile Foundation of Highway Based on Google Earth

WEI Wei1,REN Gao-feng1,HOU Li-bo2,HU Zhong-chun2

(1.School of Resource and Environmental Engineering, Wuhan University of Technology，Wuhan 430070,China;2.China Railway 14th Group Corporation, Jinan 250014, China)

In view of the problem that highway has obvious geographical characteristics, and its pile foundation construction is of great uncertainty and high risks, using SQL server 2008 for database design and storage, a Visual Construction Management System for Pile Foundation of Highway Based on Google Earth has been developed by using C# on Visual Studio 2010.Then the Management System is used in the pile foundation construction management of the 14th section in Jiang-luo Highway.The visual, digital and informationalized management of construction quality, construction schedule and construction safety for pile foundation have come true.So it can enhance the level of information management of the construction enterprise.

google earth; highway; pile foundation construction; visual management

10.3963/j.issn.1674-6066.2015.02.020

2015-03-03.

难动用资源高效开采及采动损害控制技术(2014-Ⅶ-023)和隐患资源采动损害机理基础问题探究(2014-Ⅳ-140).

韦 伟(1989-)，硕士生.E-mail:237749545@qq.com