混凝土企业智慧试验室的建设核心

张圆，蒋震

（中建西部建设湖南有限公司，湖南 长沙 410004）

0 引言

目前，智慧试验室仍未有明确统一的概念，但众多智慧试验室项目的研究者和开发者从不同的应用场景提出了各自的设计思路和建设核心。在众多应用对象中，对高校智慧试验室建设的研究较为广泛，其中大部分研究者认为智慧试验室是以物联网技术为核心，借助最新的信息技术实现试验室的智能化、安全化、可视化管理，资源的互联与信息共享，人员的互动协作等全面的智能感知实验环境和综合信息服务平台[1-3]。对于混凝土企业，智慧试验室是基于大数据构架，对生产、试验、技术质量及设备、环境等数据进行采集、计算、存储、加工、统一标准，形成标准数据存储和数据层，可以为企业、技术中心和各厂站中各个角色提供高效的数据服务。实现数据管理的时效性、可靠性和稳定性，从而实现精细化质量管理。

1 混凝土试验室现状分析

目前，商品混凝土生产及质量控制的各环节均有相应的技术规范，企业往往也有相应的技术规程和标准化手册，如果能够严格的按照规范和标准化手册实施，将有效地监管混凝土生产过程，混凝土质量也将得到有效的控制。但是，在实际生产实践中发现，混凝土预拌厂在原材料进厂、材料检测、搅拌楼生产、后期质量检测等方面依然存在很大程度的粗放式管理，表面上看是预拌厂试验室技术人员配置与管理制度问题，但本质上是试验室系统问题。现存的试验室系统沿用传统的人员检测、记录、统计、分析等组成的人工系统，试验室人员的工作效能和专业素质决定了该系统搜集与反馈的信息。信息的获取和反馈太依靠于人的特质，导致信息本身误差大、准确性差、数据关联度差、滞后性、统计复杂、可追溯性差等问题。同时，繁杂的数据记录、汇总及上报等重复性工作耗费了大量的人力资源，不但准确性差，甚至出现数据造假等现象，为混凝土产品质量和工程结构安全带来了巨大的隐患。

2 混凝土智慧试验室的核心

对于混凝土生产企业而言，智慧试验室的开发者需要从试验室的视角出发，去消化系统使用者即质量管理者和试验室技术人员的内在需求，剖析试验室管理工作面临的根本性矛盾，探寻试验室技术管理在未来可能存在的新模式。只有从这三点出发才能从根本上设计出符合混凝土行业规律的智慧试验室管理系统。

混凝土企业生产过程中质量检测是试验室最主要的工作[4,5]，包括各种原材料进场检测、新拌混凝土工作性能检测、力学试验等，该项工作因其耗时、工作强度大、项目繁杂而需要大量的检测人员，多数企业会尽力压缩试验室人员配置以降低人力成本，但这必然造成检测工作负荷过大。同时企业又会以质量检测指标的合格率考核试验室人员，检测数据由试验室人员输出，其输出的数据又会被用于自身的考核，因此这是一种“既是运动员又是裁判”式的考核，而且这是混凝土试验室这类第一方试验室[5]所固有的特性，在这种特性和繁重的工作强度下，试验室检测数据及质量管理数据失真（客观）和造假（主观）几乎变得不可避免。这一切都是因为“人”的元素造成的。如果实现质量控制点的自动化检测或自动化监控，将“人”从这套矛盾的体系中解放出来，将信息的获取、统计和分析由软硬件替代，确保了数据的准确性、及时性和可追溯性，则可以系统性地解决数据来源的问题。因此试验室数据获取的自动化是智慧试验室设计的核心与起点，如果不先解决数据的自动化采集问题，数据的集成、数据库的建立、可视化以及大数据分析等均会失去自身的意义，仅仅成为满足展示性需要的工具，反而加大了一线人员的工作量。

3 混凝土智慧试验室方案设计

3.1 设计思路

调研目前混凝土行业实际检测水平、自动化水平的基础上，设立初步智慧试验室技术方案（如图 1 和图 2所示）。智慧试验室采用模块化设计，主要包含原材料自动采样模块、试验室操作模块、搅拌楼生产取样模块以及数据存储分析模块。结合现状，该方案实现的核心在于试验数据的自动获取，这也是方案实现中最困难的部分，因此在智慧试验室方案设计中，第三方科技（软件）公司往往会有意识地绕过这一核心，只在现有的基础上对数据进行集合，然后进行简单的可视化开发，如此，智慧试验室管理系统将会沦为展示性工具，无法有效发挥其目标功能。

图1 混凝土智慧试验室主要模块组成

图2 智慧试验室信息汇总流程图

3.2 自动化检测实现方法实例

以原材料的检测为例，目前大部分试验都是手工完成，亦无数据接口，数据的准确性完全取决于规范执行的程度。例如试验室检测胶凝材料粉体的密度，目前仍使用最原始的李氏瓶，如图3所示，整个过程对操作技能和环境的要求较高，笔者在参与智慧试验室项目中对此类试验进行自动化优化设计，如图 4 所示。

图3 李氏瓶

图4 一种粉体密度自动测量装置示意图

该粉体密度自动测量装置主要由连通器、温度感应器、电子秤、标准体积块和实验平板组成，利用流体静力平衡原理和已知液体的密度可直接计算得到所测粉体的密度，克服了试验室常用的李氏瓶测量法温度条件严苛、操作复杂且人为读数造成的误差，所得数据通过接口可直接上传至管理系统。

4 小结

试验室数据获取的自动化是智慧试验室设计的核心与起点。粉体密度自动测量装置的开发实例说明目前传统的人力检测手段可以通过开发新的仪器或方法实现自动化采集。新检测技术的开发应该首先纳入到智慧试验室的开发过程中，并予以充分的经费和人才支持。当试验室检测全面实现自动化时，智慧试验室的“智慧之旅”才能真正启航。