网络一体化管理信息系统在钻探注浆工程管理中的开发实践

原连成，康佳男

（焦作市神龙水文地质工程有限公司，河南 焦作 454000）

随着发展进步，地质钻探及注浆技术已被广泛应用到采矿、建筑、公路、隧道等行业。近10多年来，煤炭开采随着深度不断增大，在以“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水方针指导下，钻探注浆技术又深入更加广阔的应用空间，已成为煤矿防治水工作不可或缺的手段[1-3]。

信息化管理已涉及各个行业，且深入至煤矿企业管理的多个业务领域，防治水管理也不例外，然而，对于专业从事防治水工程施工管理企业来说，此类工程存在专业性强、多点施工、异地管理、资料繁杂、成果各异，且管理过程需要长期跟踪、成果持久利用等特点，这无疑造成了统一化协调管理的困难，大大增加了一体化管理系统的内容和功能维度及关联复杂度，造成目前国内外尚未出现行业内集生产与技术管理于一身的一体化管理信息系统，从而使企业实现由“粗放型”管理转变为简洁高效的“扁平化”、“集约式”的工程管理模式。为此目标，网络一体化钻探注浆工程管理信息系统应势而生[4-8]。

1 网络信息化管理的可行性

随着互联网技术深入发展，移动数据网络将实现更加稳定快速的全面覆盖，云计算模式提供了优质的可扩展计算、存储、网络访问等服务，任何人可随时随地提供或使用各类信息。在此基础上，利用成熟的网络及移动应用开发技术，为企业“量身定制”网络化信息管理平台，使得相关工程管理中各类信息的获取和提供做到快速、准确、全面、统一，可助力企业实现高效的管理、快速的计算、实时化运作、自动化成果、持久化服务，提高企业市场竞争力[9-10]。

网络信息化管理模式下，可满足钻探与注浆工程管理如下需求：①实现设计→施工→成果利用的全过程一体化管理；②生产信息无障碍实时传输、永久记录，各类人员可随时随地权限内查阅工程信息，方便异地管理；③技术和生产信息共享，实现无缝衔接的“三边”（边勘查施工、边整理资料、边修改设计）地质管理；④不同层次管理人员能快速获取所需的特定格式的信息，快速辅助处理各种成果资料，提供便捷地生产指导和决策支持；⑤生产、技术数据经过累积后，不仅提供综合利用服务，经过一定数据积累后还可进行数据挖掘，从而获取持续改进生产和管理的经验积累，不断提高企业施工质量及管理水平。

对于诸多在传统管理模式下难以实现的突破时空限制而又高效协同协作的管理需求，在如今成熟的网络信息化技术支持下，实现对钻探注浆工程的全过程、技术与生产无缝融合、科学高效的扁平式一体化管理成为可能。

2 管理系统的一体化设计

2.1 一体化系统结构

一体化的设计是要实现一个有机系统，综合考虑各管理环节、管理部门以及资料处理等方面的信息需求，构建一个数据中心（也是逻辑计算中心），不仅使管理流程（如地质“三边”管理、工程各阶段）的各环节之间共享数据，还要让不同管理部门（如生产管理部门、技术管理部门）之间共享信息，另外，为了让系统更具实际应用价值，还要有机地集成用于成果分析、图文生成等功能性软件（如地质钻孔综合柱状图生成），且共享使用数据中心提供的数据，避免在功能软件中再次录入，导致重复工作和引入错误。系统的一体化设计逻辑结构示意如图1。

图1 系统设计逻辑结构示意图Fig.1 Logical structure diagram of system design

在云主机上运行的WampServer（Apache+PHP+MySQL）集成服务套件，提供了Web服务器、PHP解释器以及MySQL数据库，Web服务器接收到用户请求后，将指定组件（逻辑计算中心）文件交给PHP解释器解释执行，解释器将其中访问数据库的指令交给MySQL数据服务器，在执行过SQL指令后，获得的数据再逐级返回，再由逻辑计算中心处理后，最终以用户需要的信息格式（图、文、表等）呈现，同理，相反的数据流向将实现相关信息的数据保存。各用户端（如：电脑、手机、平板等）通过互联网访问云主机，实现随时随地存储、获取相关信息。统一存储在云端数据库中的数据，由逻辑计算中心处理，负责为用户组合、处理、生成合乎要求的信息格式，实现流程的不同环节（或不同施工阶段）之间、各管理部门之间、各功能性软件之间最大限度无障碍共享数据。另外，云计算服务是以按需分配（并计费）来提供计算、存储、流量等单元的服务机制，可以满足业务不断发展的可扩展性系统硬件需求。

2.2 数据库

一体化设计既要保证包容足够多的事物对象，以满足内容丰富、形式各异的功能需求，又要兼顾长期使用条件下优异的访问性能，还要考虑程序实现的难度、稳定性、扩展性，这就需要分析设计一个简洁而又精巧的数据库结构，是一体化管理的数据基础。这里采用少实体（entity）、多属性（attribute）、多关联（relation）的设计原则。其中实体即数据库表，属性即表中的字段，关联即表之间的关系。

设计钻探注浆工程的管理数据库，钻孔无疑成为最主要的实体，以钻孔的生命周期为主线进行扩展、延伸，从而分析得出系统必不可少的相关实体。在工程设计阶段，首先应建立‘工程’（带上单引号表示为实体，下同），用于管理‘钻孔’，而在设计钻孔时，需要为其赋与‘地层’，而‘标志层’是系统中将‘地层’自动按‘地层时代’划分的必要基础，为了更方便管理，又将‘标志层’归属到‘区域’，而‘工程’则一定是在某一‘区域’进行，建立工程时选择了‘区域’，即选择了用于地层时代划分的基础，对‘工程’中的所有‘钻孔’均适用，由这些实体组成为系统有机体，使后续的钻孔资料处理过程无须再额外关心这些繁琐的问题，这样的设计体现了一体化系统的优越之处。另外，‘钻孔’相关的‘岩心编录’、各种‘煤与瓦斯实验’、施工‘日志’等实体可通过分析钻孔施工过程提取而来。数据库设计E-R图如图2。

图2 系统数据库设计E-R图Fig.2 E-R diagram of database design of the system

同样，因为是一体化的设计，‘钻孔’（也包括其它实体）需要包含足够多的属性。钻孔有地面勘探孔、工程孔、水源孔、井下钻孔、地面垂直钻孔、地面定向分支孔、地面大顶角斜孔等多种类型，它们的技术参数（抽象为实体的属性）也不尽相同，这需要体现在同一数据表中。例如开孔方位、倾角在井下钻孔是常用属性，而对于地面竖直孔却是多余的，但仍须按“多属性”原则予以保留。

“多关联”意味着更多的实体间的关系，必要的相互关联的实体构成了一个有机的一体化系统。前述的实体分析的过程也是一个“顺藤（关联）摸瓜（实体）”式的分析过程。没有关联的孤立实体，在系统中存在的作用也不大。一些复杂的关联（实体间的多对多关联）还需要抽象为实体，例如，人员在施工钻孔中的职责，其实是人员、钻孔、职责3类实体间的多个“多对多”关联，为了简化，抽象为实体后，可以轻松存在“张三在1号钻孔任项目经理”，同时可以存在“张三在2号钻孔任技术员”或者“李四在1号钻孔任记录员”这些表达，等等。同时，这也为钻孔数据的访问控制机制提供了结构上的支持。

另外，为了保证系统良好的可扩展性和稳定性，将实体属性（表的字段）设计为“多义”属性，增强其“通用”性，在特定工作类型下赋与特定的意义，这样使钻探和注浆施工的多种工作内容及相关数据可融合到一个实体中管理，这样容易实现在相同界面下录入，还有更大的好处是录入时允许自定义数据类型（例如，在填写注浆内容时，可以指定一种新材料，材料名称和单位自行指定）。这样，避免了一体化设计造成的系统集成后复杂度过高的弊端，尽管这种设计有违数据库设计的3NF范式，相比造就简洁易用易维护的系统来说还是值得的[11]。

2.3 逻辑计算中心

数据的内部存储形式与数据生产者录入形式及数据消费者所需的外部表达形式往往差别很大，这就需要一个逻辑计算中心，它既是数据提供中心，也是信息处理中心，不仅负责外来数据的格式转化并保存到数据库，还负责为特定用户的特定（界面）要求生成相应的信息，为多个流程环节、多个部门、多种外接功能软件提供一致的数据（信息）保障。

逻辑计算中心保障了多样化信息表现形式的需求，使系统体现了图、表、文并茂的一体化特征。日进度报表包括了当日所有钻孔的进尺及注浆量，而注浆量包括了不同注浆类型各种注浆材料单孔量、分组小计量、工程合计量及分类累计量，该表还可指定为某一时间段（周、旬、月等）的阶段统计表，时间粒度可细化到工作班次。注浆量历时曲线图综合显示了每日各钻孔、各材料注浆量直方图，并将各相关钻孔水位（水量）历时曲线自动绘制于直方图上方，便于直观对比注浆量与水位（水量）变化的关系，辅助分析工程效果，提供决策依据。

钻孔综合柱状图绘制是一项异常繁琐的工作，这通常会通过在相关软件中录入数据来自动生成，所幸，在一体化系统管理模式下，生成这样的图件将更加简便，逻辑计算中心会将所有需要的数据（钻孔属性、简易水文、综合鉴定岩性、孔斜、煤层综合、封孔等），全部总结出来并导出为Excel数据文件，在CAD中使用一体化系统提供的绘图模块，调用该数据文件生成综合柱状图，可谓真正意义上的“自动化”成图了。如果想要获得更多的自动化图形（如钻孔剖面图）内容，只需在逻辑计算中心扩展相应的信息生成模块及外接功能软件模块即可。可见，逻辑计算中心的可扩展框架，包含的诸多数据处理模块，组成了对数据进行转换、保存、提取、分类、分析、组合、再加工的信息工厂，它涵盖了从原始数据录入、保存，到中间成果表现及最终成果输出等的一体化数据（信息）处理全过程。

另外，施工钻孔计算属性的自动补齐、“三边”方法的反馈修改、智能化提醒、3D模型显示等均由逻辑计算中心作为底层支持，它是系统一体化能力的核心。

2.4 文件管理能力

对数据（信息）的收集、存储、分析、组合、再生成等管理能力，并不能代替对工程生命期内产生的大量文件的管理，这些文件大部分是阶段性的成果文件（如：设计用的参考资料文件，设计成果文字、图纸，施工过程中阶段分析报告、验收单，成果性报告、图纸等），对这些资料的管理除了具有存档要求外，还要具有版本追溯能力，手工文件夹管理起来又麻烦又容易混乱，尤其在多人协作模式下（需要反复修改、审核），时常会遇到因同时修改造成的版本错乱引起的麻烦，版本管理显得尤为重要。

使用Visual SVN Server与TortoiseSVN组合实现的文件管理功能非常强大，它原本是用于软件开发中的文件管理套件，这里“拿来”用于工程管理日常工作产生的任何类型文件，并可提供文件版本追踪服务。VisualSVN Server是运行于云主机上的文件管理服务器，TortoiseSVN是运行于用户端的文件管理终端。

一体化管理系统中，用作实现多人协作模式下的工程管理文件的管理，同时实现了文件修改历史版本追踪，避免多人同时修改导致的混乱。对于每个系统管理的工程，在服务器端建立对应的同名工程（包括用户），并建立基本的文件夹结构（资料、设计、施工、成果），在用户端利用管理系统提供的工程文件管理链接，打开TortoiseSVN在本地生成工作副本，参与协作的人员各自在本地副本上工作。任何人工作完成，可用TortoiseSVN提供的右键菜单提交到服务器，提交时需注明这个版本所更改的内容、为什么更改等，系统自动记录版本、提交人、提交时间等信息，提交后，参与工程管理其他管理者可查看、对比该文件在系统中的各个版本，也可与本地版本对比、合并（仅文本类文件）或直接更新到本地，再次工作、提交新版本。这样系统中就保存了所有提交过的文件，涵盖从最初到最后的所有版本及更改历史，协同工作人员可轻易而举地获得任何文件的任何版本，满足工程管理全生命期的文件管理需求。

3 应用效果

经开发实践，网络化钻探注浆工程管理信息系统，已实现了防治水工程的钻探、注浆业务各类数据的格式化录入、关系化存储、高速高效处理、多样化表现、持久化应用等模块。

系统通过多个工程（包括勘探工程、地面注浆堵水工程、井下堵水及加固工程等）上线运行管理，可以实现生产现场、业务科室、管理高层之间的信息实时需求、高速传输，实现了格式化信息、图表、技术成果可随数据源头立传立得，不仅使生产业务管理简洁高效，还使得技术设计、变更直达管理部门及生产现场，更能使生产数据、质量进度跟踪、技术成果处理、管理信息持久存储、快速查询利用、管理决策支持，已成为生产及技术部门工程管理者的高效便捷管理工具。

它的应用不仅减轻了技术人员工作负担，还为高级管理人员提供实时管理支持，而且随着系统数据积累的增加，一体化的综合利用特性也逐渐显现，体现了网络信息时代一体化系统管理的诸多优越特性。

4 结 语

钻探注浆工程的网络信息化管理系统，外在表现为一个高度集成的一体化系统：①覆盖了纵向生命周期上从设计到施工，到成果形成、文件管理，再到综合利用的全流程无缝衔接的管理过程；②横向上表现为涵盖了工程每一阶段各部门的技术管理和生产管理的无缝融合的有机体。这种外在的一体化性能，完全由合理的一体化的结构设计、易维护的一体化数据基础、以及可扩展的一体化逻辑计算（处理）中心等内在特质所决定。

一体化系统经过几年来的开发实践与应用，其实施应用过程需要注意解决的问题如下：①企业要改变传统管理观念，领导层应给予足够重视及支持，强化制度建设；②适应新的管理模式，加强应用人员培训，提高信息化能力，提高参与的深度；③坚持从工程设计之初开始直到工程竣工成果处理的全过程长期应用，形成大数据积累后，系统优越之处才能逐渐体现；④企业要有相应资金、技术投入，利用系统的可扩展结构设计，积极发现并扩展实用功能，提高方便性、易用性；⑤横向（广度）上扩展参与，扩大业务部门数据共享（一体化）范围，充分发挥信息系统简单、直接、高速、高效的一体化管理特性。