全过程数字化技术在电缆排管工程质量监测中的应用

2023-12-13袁奇刘子琦王裕东

微型电脑应用 2023年11期

袁奇, 刘子琦, 王裕东

(国网上海市电力公司电缆分公司, 上海 200072)

0 引言

随着城市建设步伐的不断加快,城市空间资源的紧缺,有效利用地下空间进行线路敷设成为当前最主要的方式,其中电缆排管是一种较常用的电缆敷设形式。电缆排管工程中涉及的物料资源、施工参与方众多,施工人员与机械设备管理是否合理、电缆排管各分项工程的实施情况均对电缆排管工程质量具有重要影响。电缆排管工程质量与后期维护具有直接关系,因此如何对电缆排管工程全过程进行有效监测、提高工程质量、加快工程进度是本文重点关注的问题。

袁太平[1]采用递阶结构模型建立了电力工程质量管理标准化评价指标体系,结合科学的评价方法对电力工程实际开展实践分析,组织专家评估了所建立的电力工程质量管理标准化评价体系。林钰杰等[2]对基于数据监测的配电网基础数据质量标准化管理进行了分析,在正确的配网数据下可进行高质量的调度工作,最终为电能质量高级规划的实现提供了数据支持和技术保障。徐建军等[3]提出了基于广义随机Petri网的全过程质量控制方法完成对铁路四电工程的质量监测,该方法在研究工序质量与工期的基础上构建全过程质量控制模型,依据工程质量控制流程实现工程质量监测,但被该方法控制后的工程质量等级不高,某些工序的施工误差较高。周子龙等[4]分析了BIM技术基础上的电缆及桥架的计算机语言编辑方法,以及电缆敷设中的最短路径算法,开发了一款自动敷设系统。王小宁等[5]通过分析质量控制理论,将BIM技术应用到平塘特大桥的设计与施工过程中,实现了工程质量的有效控制,但该方法的质量控制结果存在较大偏差。魏永等[6]以移动采集、数据贯通、专题管理为切入点,推进了地下电缆的采集高效化和管理精益化。

全过程数字化技术是以施工的整个过程为指导,结合先进的数字化技术而衍生的。本文运用全过程数字化技术对电缆排管工程质量进行监测,并对电缆排管工程质量进行评价,保证电缆排管工程质量。

1 电缆排管工程质量监测

1.1 电缆排管工程全过程质量监测总体结构设计

电缆排管工程建设全过程贯穿于电缆排管工程决策及工程项目实施的各个阶段,包括电缆排管工程设计、施工、完工验收、后期维护等阶段[7]。因此,可将电缆排管工程建设全过程划分为3个阶段,分别为电缆排管施工前期、施工阶段以及施工后期。利用电缆排管机器人对电缆排管工程施工前、中、后全过程的施工情况实施监测,并采用模糊综合评价法对电缆排管工程质量进行评价,确保电缆排管工程高质量完工。基于全过程的电缆排管工程质量监测总体结构如图1所示。

图1 基于全过程的电缆排管工程质量监测总体结构图

1.2 电缆排管机器人

电缆排管机器人由作业机器人、牵引设备、遥控装置、监控系统构成,利用LabVIEW软件实现远程监控。系统框架如图2所示。

图2 电缆排管机器人的监控系统框架

在监控系统中,地面监控点为客户端,以电缆排管机器人作为服务器,在电缆排管机器人上安装温度、倾角传感器及图像采集设备,由传感器获取电缆管道信息,利用TCP/IP协议通过无线/有线两种手段传输信息给地面监控点。利用TMS320DM6446携带的无线Wi-Fi模块实现信息传输,由电缆管道内的路由器接收信息,地面监控点利用无线网卡与路由器相连,完成电缆管道信息的获取。当无线技术无法实现信息通畅传输或遇到某种特殊情形时,电缆排管机器人则通过有线方式与路由器建立连接来传输数据。

1.3 基于模糊综合评价法的电缆排管工程质量评价

1.3.1 电缆排管工程质量评价指标体系

对电缆排管工程进行全面评价是衡量工程质量的有效手段[8]。用指标编号A表示目标指标--电缆排管工程质量。基于电缆排管机器人监测获取的电缆排管工程施工全过程数据,将电缆排管工程施工内容进行细分,将其划分为8个不同项目,构建30个评价指标完成电缆排管工程质量监测。表1为构建的电缆排管工程质量评价指标体系。

表1 电缆排管工程质量评价指标体系

1.3.2 基于改进层次分析法(AHP)的指标权重确定

保证电缆排管工程质量评价结果具有较高精准度的前提是准确确定各级指标权重[9],因此本文采用改进AHP方法对各级指标权重进行求解[10]。各级指标权重确定流程如下。

(1) 求解比较矩阵。判断矩阵采用九级标度法进行构建,其公式为

(1)

其中,i、j为两个指标,二者比较的结果表示为zij(i,j∈n)。

(2) 对排序指数进行求解。以准则层的随机元素为基准[11],计算i指标对该元素重要程度的比较结果,再将全部结果相加,即可确定排序指数,其表达式为

(2)

(3) 对判断矩阵进行构建。Hij表示判断矩阵,其内元素表示为hij,Hij可通过ri得到,hij可通过下式进行求解:

(3)

其中,k=rmax(rmin)-1,rmax=max(ri),rmin=min(ri)。

(4)

(5)

其中,W={w1,w2,…,wm}为获得指标权重向量。

1.3.3 评价指标集

评价指标集由影响电缆排管工程质量评价结果的各因素构成,表示为U,其中具有象征性的单元素表示为ui,i=1,2,…,m,由此可将评价指标集表示为U={u1,u2,…,um}。

1.3.4 评语集的构建

令V表示电缆排管工程质量评价评语集,根据质量评价等级进行构建,可将其描述为V={v1,v2,…,vn},其中各指标因子表示为vi,一个电缆排管工程质量评价等级仅用一个评语进行描述。将电缆排管工程质量等级划分为“优质”“稍好”“低劣”,各类别对应的隶属度值分别为[0.45-0.6]、(0.2-0.45)、[0.1-0.2]。

1.3.5 单因素评价模糊矩阵确定

令决定电缆排管工程质量的因素表示为ui,对于指标因子vj,其隶属度可用fij描述。F为电缆排管工程质量评价集,由各个工程质量影响因素相对的评价等级构成。F可用下式进行描述:

(6)

对工程质量因素集中各个因素ui的指标因子vj的评判,可由专家座谈来评定。具体做法是任意固定一个因素,进行单因素评价,联合所有单因素评价得到单因素评价矩阵F,以一级指标B2模板工程质量为例:F=[0.55 0.46 0.33 0.28]。

1.3.6 综合评价模糊矩阵确定

由于电缆排管工程质量的影响因素有很多,各因素对评价结果的重要性不同,因此基于电缆排管工程质量评价指标集,对权重模糊子集进行构建,表示为S=(s1,s2,…,sm)。对于工程质量评价因素ui,该因素对评价结果的重要性可表示为si。B为模糊综合评价集,可通过权重模糊子集S与单因素质量评价集F相乘获得,公式描述为

(7)

其中,bj(j=1,2,…,n)表示电缆排管工程与其评价等级的隶属关系。根据模糊综合评价指标,与bj极大值相对的评语集中的评价等级即为电缆排管工程质量评价结果。

2 实验分析

以某地区的电缆排管工程为研究对象,采用本文方法对电缆排管工程进行监测,并对工程质量进行评价,分析本文方法的应用效果。

采用电缆排管机器人对模拟电缆排管管道进行监测,获取电缆排管内的图像信息,实验结果如图3所示。由图3可知,图像清晰度高,机器人检测到的管道缺陷明显,具有较高的辨识度,白色方框标注区域是钻下的圆形孔洞及管道裂缝。实验结果表明,应用本文方法可监测电缆排管工程施工情况。

图3 电缆排管图像

为对电缆排管工程质量进行评价,需准确计算电缆排管工程各级指标权重,采用本文方法获得的各级指标权重如表2所示。

表2 电缆排管工程各级指标权重

由表2可知,电缆排管工程质量评价由7个一级指标、21个二级指标构成。在获取各级指标权重的基础上,计算各级指标对电缆排管工程质量等级的重要性,其隶属度结果如表3所示。

表3 电缆排管工程质量评价指标隶属度

运用式(7)求解得到电缆排管工程的模糊综合评价结果为{0.4886,0.3286,0.1829},其中隶属度极大值为0.4886,由此可确定电缆排管工程质量评价结果为“优质”。根据模糊综合评价结果可对表3中的二级指标所属评价等级进行分析,得出回填工程质量指标仍有改善空间,可针对此处提出针对性意见,提高回填工程质量,使电缆排管工程质量更优。

为验证本文方法质量评价结果的精准度,将本文方法与文献[3]的基于广义随机Petri网的质量监测方法、文献[5]的基于BIM质量控制方法进行比较,通过均方误差曲线分析评价效果,实验结果如图4所示。由图4可知,当采用本文方法对电缆排管工程质量进行评价时,均方误差在5%以内,文献[3]方法均方误差在5%～17%范围内波动,文献[5]方法则在7%～14%范围内变化。实验结果表明,采用本文方法的工程质量评价误差较小,更具应用性。