水泥混凝土拌和站“黑匣子”监控技术在高速公路建设的应用

陈 琳,张锦满,李光永

(1.广西新祥高速公路有限公司,广西 南宁 530029;2.广西交投科技有限公司,广西 南宁 530025;3.广西高速公路养护工程技术研究中心,广西 南宁 530218)

0 引言

施工中存在的不标准行为、质量控制不规范、监督管理不到位、控制效果不显著、执行力不足已成为施工领域的普遍问题,也是混凝土结构寿命较短的原因。在水泥混凝土施工过程中,混凝土搅拌是施工的核心部分,混凝土配合比波动过大时,会导致混凝土和易性不稳定,对混凝土质量造成严重的影响。在出厂之前对混凝土进行质量把控,是提高工程质量的重要环节。目前施工质量管理的传统管理方法和动态管理方法是“事前检查、事后把关”,只能作为记录和反思,当出现质量问题时,很难确定哪个环节是问题所在,也很难分析问题的原因,难以在后期进行整改。如何对施工中出现的问题进行实时反馈和处理,是施工中迫切需要解决的问题。安装“黑匣子”可对水泥混凝土拌和站生产数据进行实时监控,在施工过程中掌握水泥混凝土拌和物质量动态,及时调整水泥混凝土搅拌站的生产参数,有效保障出厂混凝土质量。

1 拌和站“黑匣子”监控系统优势

拌和站“黑匣子”智能监测系统主要进行生产数据的实时在线监控、分析和预警,旨在预防偷工减料、私改配合比和伪造生产数据等问题。利用互联网信息管理技术,减少管理人员,提高水泥混凝土生产质量,弥补传统技术在质量管理方面存在的缺陷,为业主及质量监督机构等质量管理部门及时全面掌握工程质量动态提供真实可靠数据,全面提升公路工程建设的信息化管理水平[1-3]。

2 采集系统构建、工作原理及功能

2.1 系统网络结构

客户终端:拌和站现场需接通有线或无线网络,拌和机工控系统能接收平台端下发的任务单进行,并执行生产任务;服务端:接收客户终端发送的数据,进行存储、运算、关联、比对、转换等,生成可视化界面供用户端使用;用户端:施工、监理、业主等可登录监控管理系统平台进行可视化全方位查询、数据填报等。系统网络结构详见图1。

图1 系统网络结构图

2.2 系统工作原理

拌和站进行生产活动,工控系统将生产数据存储在后台数据库;采集端软件侦测到拌和机系统有新的生产数据,则将数据采集并存储至信息化系统数据库;发送端软件加密数据,并通过无线模块实时发送至监控系统服务器;服务器对上传数据进行分析并在监控管理平台展示;平台根据预警等级,对超限生产数据发出预警短信,通知相关管理人员及时核实混凝土质量并进行相应处置,实现了拌和站生产情况的实时跟踪和质量管控。数据导向流程图见图2。

图2 数据导向流程图

2.3 系统功能

(1)按不同周期统计各类混凝土产量、拌和盘数及搅拌时间。

(2)按不同混凝土配合比的理论用量、实际用量、误差情况,用图形方式显示,查看各材料用量误差及累计用量。

(3)按不同拌和机、浇筑部位、出料时间,可对超限数据和超限处置率进行统计分析。

(4)生产过程中,若任一材料配料用量超出允许范围,系统自动触发,通过互联网向相关管理人员发送超限预警短信,提示检查处理。超限等级及管理人员设置详见表1。

表1 超限等级及管理人员设置表

3 质量监控管理体系

高速公路建设项目的混凝土原材料及混合料拌和物质量按不同职责及权限分级管理,建设项目内部有施工标段、监理、业主(中心试验室)等对拌和站生产混凝土质量进行三级管控,建设项目外部有政府监督部门省级交通质监机构监督管理。

4 监控存在问题及影响因素

工程建设项目混凝土拌和站现场工作环境复杂,施工机械多,砂石材料易扬尘,如果生产设备未得到有效维护保养,液压阀及计量传感器等设备易磨损老化,料斗舱门关闭延时,投料控制系统不稳定,导致投料精度超出规定值,触发系统发送预警短信。

个别拌和站投料控制系统不稳定,无法有效控制。预警短信频繁发送,为避免追责,通过在拌和站工控系统安装小程序篡改上传超限生产数据,使实际投料用量与标准配比用量无偏差,上传数据失真,未能触发预警信息。篡改前、后材料用量对比见表2。

表2 篡改前、后材料用量对比表

5 监控管理措施

对拌和站进行实时监控,事前预控不合格混凝土质量产生,降低材料浪费,减少生产成本。采用动态管理的方法,对拌和站生产过程进行跟踪监控,过程透明能够“随时查、随时管”。系统快速、及时、准确地收集过程数据,通过GPRS远程信息传输和数据存储分析,将生产数据存入数据库中,并将实际值与设计值进行比较。如偏差超出预定值,进行预警及时纠偏,防微杜渐,保证混凝土生产质量[4]。混凝土拌和站信息化动态管理图见图3。

图3 混凝土拌和站信息化动态管理图

施工标段:对混凝土各原材料料源进行质量调查分析,确保进场材料符合国家标准或行业标准。对拌和站计量衡器有效标定,拌和站出料系统动态标定,确保设备称量精度达到规范要求。混凝土配合比设计,外购原材料及设备厂家资质报备。开盘前填报混凝土生产配合比通知单,按规定对自动化工控系统设置生产参数。每班抽检混凝土拌和物坍落度等技术指标。定期对拌和站设备进行维护保养,及时更换易损配件。每天登录系统平台查看监控生产数据,对短信预警超限情况进行排查分析,实现及时整改闭环处理。

监理:抽检进场各种原材料,审批混凝土配合比报告,签认开盘混凝土生产配合比通知单。对短信预警超限情况进行跟踪检查分析原因,每周登录管理系统平台查看监控数据,督促施工标段对生产数据超限情况进行整改处理。对施工标段开展各项质量控制工作进行旁站监督,对整改不达标情况可进行经济处罚。

业主(中心试验室):日常对原材料及拌和站“黑匣子”监控情况进行监督检查管理,通过现场检查或远程登陆拌和站本地工控系统后台数据库进行排查。每周登录管理系统平台查看监控生产数据,统计分析一周内生产数据超限情况,并对超限原因进行分析,督促标段整改闭环处理。提高监控系统安全性,防止人为篡改监控生产数据。制定混凝土质量管理制度,对混凝土拌和站生产数据超限整改不达标的责任单位施以违约金处罚。

省级交通质监机构:作为政府监督机构,对项目建设情况进行监督管理。每季度通报拌和站生产数据监控情况予以通报,将整改不达标的从业单位纳入年度信用评价,作为采信依据予以相应扣分处理。

应用效果分析:各单位在日常质量管控中,遵循技术规范及管理要求,进行大量抽样试验及监控数据统计分析。统计周期内各标段水泥混凝土拌和站生产数据超限情况如表3所示。初级超限率最高为1.14%、中级超限率最高为0.49%、高级超限率最高为0.33%,各级超限率较低。施工单位、监理单位、中心试验室按频率要求对各个拌和站生产的混凝土质量进行检测,坍落度及强度等指标满足设计要求。选取同一时间段内抽取的C30及C50混凝土强度评定结果见表4,从评定结果可以看出,强度满足设计要求,变异系数较小。综上,各拌和站监控生产数据超限率低,混凝土生产配合比控制良好,“黑匣子”监控使混凝土施工质量得到有效控制,质量控制达到“优等”。

表3 拌和站生产数据超限情况统计表

表4 混凝土强度评定结果表

6 结语

高速公路建设项目水泥混凝土拌和站采用“黑匣子”监控技术,各级管理部门实施强有力的质量管控措施。拌和站出现的生产数据超限问题基本得到及时有效整改,确保生产数据的真实性和及时性。混凝土生产配合比得到有效控制,保证水泥混凝土拌和物质量,为建设项目创建品质工程奠定坚实基础[5]。“黑匣子”监控技术的应用,便于统计分析生产数据,节省施工成本,提高项目管理效率及信息化管理水平。拌和站“黑匣子”监控技术在高速公路建设中具有重要意义。