公路工程水泥搅拌桩施工质量智控系统

公路工程水泥搅拌桩施工质量智控系统

指导手册二O二二年十月刖言本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件起草单位：浙江省交通工程管理中心、台州市交通工程管理中心、余温公路院桥支线项目公司、湖杭高速公路吴兴至德清段工程指挥部。本文件为首次发布。1范围本文件规定了公路工程水泥搅拌桩施工质量智控系统的基本规定、系统构成、施工数据采集系统、施工质量数据远程管理系统、数据接口内容等技术要求。本文件适用于水泥搅拌桩施工质量智控系统的建设与应用。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T22239信息安全技术网络安全等级保护基本要求JTGF80/1公路工程质量检验评定标准第一册土建工程JTG/T3610-2019公路路基施工技术规范JTGD30-2015公路路基设计规范JTGG10-2016公路工程施工监理规范ZJSP17-2019-0014浙江省公路工程竣（交）工验收办法3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1数字化质量评定指利用物联网技术、移动终端、大数据分析等科技手段，实现施工质量数据的实时录入、数字化采集和智能化录入，并自动进行质量评定和资料的智能生成。3.2数字化质保资料指项目建设、监理、施工、检测等参建单位参与的数据化管理平台，通过数字化采集、智能录入、实时上传、在线申报、在线审批等信息化技术手段，实现线上工程质量自动化评定，实现施工原始数据存储、质量检验档案一体化管理，实现全过程信息数据电子化、网络化、共享化的数字化管理。3.3权限在数字化管理系统和工序报验流程中，系统应设定具体应投入人员的类别、职责权限和操作权限。3.4预警通过采用合理的质量标准对施工质量数据进行采集、监测、分析和判断，对超出质量标准范围的内容及时向有关人员通过通讯方式发出的警告提示。3.5卫星定位系统全球导航卫星系统，能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候三维坐标和速度以及时间信息的空基无线电导航定位系统。包括：中国北斗卫星导航系统BDS）、美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）、欧盟伽利略卫星导航系统（GALILEO）。4基本规定项目前期应开展现场实地调研，评估工程周边供电、场地条件、有线网络、无线通讯等数字化应用条件。项目通信系统应充分考虑多网联通情况下链路、宽带配置，与卫星通信信息网络、互联网等深度融合，实现广覆盖、低时延、高可靠、大带宽的网络通信服务。宜采用4G移动通讯信息网络。网络安全设施应根据网络安全关键信息基础设施建设要求，同步规划、同步建设、同步使用，信息安全保护技术要求应符合GB/T22239的相关规定。水泥搅拌桩机及其配套设备性能应满足施工设计参数要求。包括：最大施工深度、搅拌头钻速、额定扭矩。作业设备应配备物联网智能管控设备，能够对桩长、钻杆速度、垂直度、电流、浆量、灰量、压力等关键参数进行记录测量。浆液制拌设备必须配备自动配料与计量功能，拌料设备须能够准确控制水泥浆液制拌的水灰比。浆液系统应配备物联网智能管控设备，能够将施工数据接入管理平台。浆液泵送系统宜与桩机设备实现协同控制，能够自动控制泵送浆液至打桩机。传感器设备要求：桩机上安装的物联网仪表及其传感器（包括：深度传感器、倾角传感器、流量传感器、电流互感器、管道密度计、压力传感器等须经过有资质的第三方机构进行标定。不合格的传感器必须更换。5系统构成水泥搅拌桩施工质量智控系统由施工质量数据采集系统和施工质量远程管理系统构成。施工

质量数据采集系统由智控系统主机、深度传感器、倾角传感器、流量传感器、压力传感器、密度传感器、电流互感器、卫星定位系统构成。施工质量远程管理系统由数据存储读写接口、数据存储服务器、数据传输访问接口、远程数据智控管理平台构成。见图1。施工质量数据采集系统施工质量远程管理系统搅拌桩桩机深度传感器

倾角传感器

流量传感器

压力传感器

密度传感器

电流互感器

卫星定位系统智控系统主机数据采集、存储、上传远程数据智控

管理平台I数据传输访问接口5数据存储服务器'数据存储读写接口图施工质量数据采集系统施工质量远程管理系统搅拌桩桩机深度传感器

倾角传感器

流量传感器

压力传感器

密度传感器

电流互感器

卫星定位系统智控系统主机数据采集、存储、上传远程数据智控

管理平台I数据传输访问接口5数据存储服务器'数据存储读写接口6施工质量数据采集系统6.1一般规定水泥搅拌桩施工质量数据采集系统应具备的硬件功能包括具有工艺参数量测功能、施工数据实时上传功能、成桩数据上报功能、在线故障诊断功能、时钟校准功能，断点续传功能，数据安全功能。6.2工艺参数量测功能实现水泥搅拌桩施工中，各工艺参数传感器的采集、测量、二次计算，包括：深度传感器、倾角传感器、流量传感器、密度传感器、电流互感器、压力传感器、卫星定位传感器等。6.3施工数据实时上传功能水泥搅拌桩施工过程中，对各项工艺参数能够实时上传到施工质量远程管理系统，且上传时间间隔周期不高于5秒/条。6.4成桩数据上报功能水泥搅拌桩施工成桩安装数据上传至远程数据中心进行备份。数据包括成桩统计数据及成桩详细数据，成桩详细数据统计间隔不高于25厘米/段。6.5在线故障诊断功能水泥搅拌桩施工数据采集系统能实时监测全部工作过程及各部件工作状态，并及时进行故障诊断，对关键参数进行闪烁提醒施工人员。6.6时钟校准功能水泥搅拌桩施工数据采集系统要求具备时钟校准功能，能够通过网络与世界时钟进行时钟校准，避免系统与实际时间产生偏差。6.7断点续传功能水泥搅拌桩施工数据采集系统要求具备断点续传功能，当遇到网络故障或网卡硬件问题无法连续实时上传时，能够在问题解决后继续上传。6.8大数据存储功能水泥搅拌桩施工数据采集系统数据存储空间根据需要选配86、16G、32G、64G等。6.9远程升级功能水泥搅拌桩施工数据采集系统可以实现远程在线自动升级，无需到现场单台设备上进行升级。6.10数据安全功能施工数据采集设备与施工质量远程管理系统采用标准物联网协议（MQTT）、标准的互联网协议（HTTP）进行数据间的传输通讯，确保网络数据的可靠性、完整性和保密性，确保经过网络传输和交换的数据不会发生增加、修改、丢失和泄露等数据安全问题。7施工质量远程管理系统7.1一般规定水泥搅拌桩施工质量数据远程管理系统应具备的软件功能包括上传功能、管理功能、数字化质量评定功能、提示与预警功能。7.2上传功能7.2.1实时数据上传施工数据采集设备应实时上传附录B表B.6所列施工数据到远程数据中心进行数据备份。7.2.2成桩数据上传功能施工数据采集设备在单桩施工完成后，自动上传成桩工艺数据到远程数据中心进行数据备份，形成数字化质保资料。数据形式如附录B表B.7。7.2.3月报上传数据管理系统每月将报警数据与处置数据统一汇总上传，报警数据详见附录B表B.8。7.2.4汇总上传在建交通工程通过交竣工备案后，数据管理系统汇总所有施工设备数据并上传到远程数据中心，具体详见附录B表B.9。7.3管理功能7.3.1角色权限管理功能数据管理系统的用户角色主要包括质监机构、建设单位、监理单位、施工单位，系统能够对不同的用户角色进行设置，不同角色应具备相应的系统访问权限。7.3.2用户管理功能能够对系统所有用户的用户名、姓名、手机号码、用户角色等信息进行管理和查询。7.3.3设备管理功能能够对系统内所有水泥搅拌桩智控设备的设备编号、设备型号、生产厂家以及标定日期等信息进行管理。7.3.4日志管理功能能够查看水泥搅拌桩施工数据采集设备上传的数据日志信息，同时保存数据管理系统的所有用户操作信息，日志管理信息详见附录B表B.3。7.4数字化质量评定功能7.4.1数据分析能够显示各水泥搅拌桩的施工单位、桩机编号、桩号、施工工艺要求、设计要求，通过监控管理软件的记录，可生成水泥搅拌桩的时间-流量、速度曲线、桩的时间-深度位置曲线、桩的时间-外、内钻杆电流曲线、桩的深度-浆量分布曲线、成桩灰量分布图等。7.4.2数据查询支持包括全部施工参数的原始数据及成果报表查询；支持数据表格及施工报表直接打印；支持统计报表和详细数据下载；支持多条件数据筛选，包括但不限于：按项目信息、施工单位、桩机编号等进行施工数据、报表的查看与导出；按日期、时间、桩号、施工工艺参数及指定区间等进行数据筛查。7.4.3数据导出能够对施工全过程数据进行查询统计，并生成各种类型报表文件（word、pdf、excel等文档格式）。7.4.4质量评分通过成桩工艺参数指标对成桩质量进行自动评分，可作为质量检测参考数据。评分标准可参考附录B表B.5执行。7.4.5数字验收成桩质量资料应与项目工程WBS系统相关联，能够按WBS结构对应工单指令。7.5提示与预警处置功能7.5.1在线状态提示能够实时显示水泥搅拌桩施工智控设备状态（在线中、运行中、离线中）。7.5.2网络通讯异常报警若出现无法连接到网络或网络延迟过长，无法实时传输施工数据，系统应发出网络通讯异常提醒。7.5.3作业实时预警提示能够在水泥搅拌桩实时作业过程中，对钻杆速度、浆液密度、每延米掺量等参数进行实时预警提示。能在设备页面上显示预警参数内容、通过光声提示方式告知作业人员进行施工调整修正。7.5.4数据异常预警与处置闭合能够对施工状态和施工数据实时监测。报警触发条件与处置方式可根据实际需要进行设置，可参考附录B表B.4。当预警事件解决后系统应记录预警部位、具体时间、处置方案、处置人员，同时将该预警处置状态修改为闭合。7.5.5预警分级处置闭环应按照预警的重要程度进行分级并制定自动处置方式，可参考下表执行。表1预警级别及处置方式表预警级别处置方式初级预警1、施工过程中偏差超过规范允许值，为初级预警，预警信息应发送桩机操作人员、施工质检人员和现场监理员等相关人员；2、水泥搅拌桩施工过程中偏差超过规范允许值出现的预警施工单位需要在12小时内进行预警闭合，闭合时施工单位需说明原因，在系统中上传对应的记录台账、处理佐证照片，提交流程至监理单位审核；高级预警高级预警：施工过程中连续5次偏差超过规范允许值，为高级预警，预警信息应发送桩机操作人员、施工质检人员、技术负责人和现场监理员、专业监理工程师及建设单位相关人员。监理单位提出该桩机停止施工，建设单位、监理单位和施工单位共同分析原因，监理单位确认整改后方可复工；

附录A水泥搅拌桩施工质量智控系统功能指标、性能指标表A.1和A.2分别给出了具有资质的第三方评测机构需要对水泥搅拌桩施工质量智控系统进行评测的功能、性能指标，表A.3给出了水泥搅拌桩施工智控设备技术指标。表A.1功能指标评测表1水泥搅拌桩施工智控设备具备联网功能，能够通过网络连接到数据管理系统。9水泥搅拌桩施工智控设备具备实时上传功能，当出现网络故障或延迟等问题系统会发出数据上传超时2警告。3水泥搅拌桩施工智控设备具备数据校验功能。硬件4水泥搅拌桩施工智控设备断点续传功能。功冬匕5水泥搅拌桩施工智控设备具备校时功能。6水泥搅拌桩施工智控设备具备开机和关机功能。能7水泥搅拌桩施工智控设备具有系统日志功能。8水泥搅拌桩施工智控设备具有定位功能（北斗/GPS）9水泥搅拌桩施工智控设备具有大数据存储功能。10水泥搅拌桩施工智控设备具有远程升级功能。11数据管理系统具备数据上传功能（包括实时上传、汇总上传）。软件12数据管理系统具备管理功能（包括角色权限管理、用户管理、设备管理、日志管理）。功13数据管理系统具备数据分析、查询、导出功能。数据管理系统具备提示与报警功能（包括在线状态提示、网络通讯异常报警、数据异常报警与消警），能14发生报警时能在系统内发出报警通知并通过短信通知相关人员。表A.2性能指标评测表1水泥搅拌桩施工智控设备技术指标满足附录A表A.3要求。2水泥搅拌桩施工智控设备应记录附录B表B.1相关基础数据。3水泥搅拌桩施工智控设备应检测记录附录B表B.2参数。4水泥搅拌桩施工智控设备应保持与数据管理系统连接，数据上传延迟时间应符合6.3、6.4要求。

5水泥搅拌桩施工智控设备能够保存的施工数据量应符合6.6。6数据管理系统能对施工数据实时监测，数据异常报警条件详见附录B表B.4。表A.3水泥搅拌桩施工智控设备技术指标表传感器名称性能指标流量传感器0-15ms/h，精度1%FS，分辨率0.01L/min深度传感器0-35m，精度1%FS，分辨率0.01m倾角传感器0-±15°，精度0.5%FS，分辨率0.01°电流互感器0-300A，精度1%FS，分辨率0.01A密度传感器0-2g/cm3，精度0.5%FS，分辨率0.001g/cm3压力传感器0-2Mpa，精度0.5%FS，分辨率0.01Mpa卫星定位系统位置精度：±2m附录B水泥搅拌桩施工质量智控系统信息格式表表B.1给出了水泥搅拌桩施工智控设备记录的相关基础数据格式，表B.2给出了水泥搅拌桩施工智控设备记录的检测参数格式，表B.3给出日志管理数据格式，表B.4给出了数据报警条件，表B.5成桩质量数字化评分标准，表B.6给出了实时上传数据传输格式，表B.7给出了成桩上传数据传输格式，表B.8给出了月报上传数据传输格式，表B.9给出了汇总上传数据传输格式。表B.1基础数据格式表数据名称约束数据类型值域（字节）描述设备编号非空，唯一string16设备唯一编号，16位字符串设备使用次数非空int正整数记录设备使用次数，重新检定后将设备使用次数复位为0设备检定日期非空datetime14记录设备检定日期，格式：年月日。重新检定后将重新设定设备检定日期设备位置信息非空stringW20设备具备定位功能（经纬度信息，各保留六位小数，纬度在前经度在后，南纬西经值前加-）项目信息非空stringW200项目名称、编号标段信息非空stringW200标段名称、编号施工单位非空stringW100施工单位名称桩机编号非空stringW100桩机统一编号桩号非空stringW100桩统一编号工单号非空stringW100WBS系统工单编号施工工艺要求非空stringW100施工工艺要求设计要求非空stringW100设计要求

表B.2检测参数格式表数据名称约束数据类型值域（字节）描述施工时间非空datetime14平台自动记录开始时间，精确到秒桩长非空float4深度传感器记录电缆绳带动齿轮周长并上传实时深度非空float4初搅深度非空float4复搅深度非空float4经纬度非空Double8通过卫星定位系统自动记录并上传钻杆下钻/提升速度非空float4通过位移传感器记录钻杆施工位移，自动计算速度瞬时流量非空float4流量计自动记录并上传水泥浆密度非空float4通过密度计测量管内浆液密度，自动记录并上传水灰比非空float4通过密度计测量密度后，计算得到水灰比并上传浆管压力非空float4通过压力传感器直接测量，自动记录并上传钻杆前后/左右倾角非空float4倾角传感器自动记录并上传内外钻杆电流非空float4通过电流互感器测量主电机电流，自动记录并上传总浆量非空float4通过流量计、密度计自动记录、运算并上传总灰量非空Float4每延米浆量非空Float4每延米掺量非空float4施工开始时间非空datetime14平台自动记录开始时间，精确到秒施工完成时间非空datetime14平台自动记录开始时间，精确到秒数据上传时间非空datetime14平台自动记录开始时间，精确到秒

表B.3日志管理数据格式表数据类型操作类型操作描述Project（工程数据）Add增加项目、工程、标段Delete删除项目、工程、标段Modify修改项目、工程、标段Equipment(设备)Add增加绑定设备名称、设备编号Delete删除绑定设备名称、设备编号Modify修改绑定设备名称、设备编号及标定日期Info设备标定有效期、使用次数、使用位置及开关机时间Users（用户）Add增加新用户及权限Delete删除用户及权限Modify修改用户名、用户密码及用户权限表B.4数据报警条件表报警方式触发条件桩长偏小〈设计值总浆量偏小〈设计值每延米掺量偏小〈设计值钻杆下钻/提升速度偏快＞设计值水泥浆密度偏小〈设计值钻杆前后/左右倾角偏大>1%表B.5成桩质量评分标准评分参数评分公式评分区间评分标准施工桩长（施工桩长-设计桩长）/设计桩长[0,+8)扣0分[-10%,0)扣5分[-20%,-10%)扣15分(-8,-20%)扣30分水泥掺量（实际掺量-设计掺量）/设计掺量[-5%,+8)扣0分

评分参数评分公式评分区间评分标准[-10%,-5%)扣5分[-20%,-10%)扣15分(-8,-20%)扣30分作业时间桩机理论最快完成时间/实际施工时间(-8,1]扣0分(1,2]扣5分(2,3]扣15分(3,+8)扣30分总得分在区间［95,100］,评级为A；总得分在区间［85,95），评级为B；总得分在区间［70，85］，评级为C；总得分在区间（-8,70），评级为D。表B.6实时上传数据传输格式表数据名称描述及要求设备编号参照附录B表B.1设备使用次数参照附录B表B.1设备标定日期参照附录B表B.1设备位置信息参照附录B表B.1项目信息参照附录B表B.1标段信息参照附录B表B.1施工单位参照附录B表B.1桩机编号参照附录B表B.1桩排号参照附录B表B.1施工工艺要求参照附录B表B.1设计要求参照附录B表B.1施工时间参照附录B表B.2经纬度参照附录B表B.2

数据名称描述及要求桩长参照附录B表B.2实时深度参照附录B表B.2瞬时流量参照附录B表B.2瞬时压力参照附录B表B.2水泥浆密度参照附录B表B.2内外钻杆电流参照附录B表B.2钻杆下钻/提升速度参照附录B表B.2钻杆前后/左右倾角参照附录B表B.2总浆量参照附录B表B.2总灰量参照附录B表B.2每延米浆量参照附录B表B.2每延米掺量参照附录B表B.2施工开始时间参照附录B表B.2数据上传时间参照附录B表B.2表B.7成桩上传数据传输格式表数据名称描述及要求设备编号参照附录B表B.1设备使用次数参照附录B表B.1设备标定日期参照附录B表B.1设备位置信息参照附录B表B.1项目信息参照附录B表B.1标段信息参照附录B表B.1分项工程信息参照附录B表B.1施工单位参照附录B表B.1桩机编号参照附录B表B.1桩号参照附录B表B.1施工工艺要求参照附录B表B.1设计要求参照附录B表B.1施工日期参照附录B表B.2

数据名称描述及要求经纬度参照附录B表B.2桩长参照附录B表B.2初搅深度参照附录B表B.2复搅深度参照附录B表B.2平均下钻/提升速度参照附录B表B.2总浆量参照附录B表B.2总灰量参照附录B表B.2每延米浆量参照附录B表B.2每延米灰量参照附录B表B.2内外钻杆平均电流参照附录B表B.2内外钻杆桩端电流参照附录B表B.2水泥浆平均密度参照附录B表B.2水灰比参照附录B表B.2钻杆前后/左右倾角参照附录B表B.2施工开始时间参照附录B表B.2施工完成时间参照附录B表B.2数据上传时间参照附录B表B.2详细段数据列表每25厘米记录段数据列表深度（每25厘米段）参照附录B表B.2速度（每25厘米详细段）参照附录B表B.2浆量（每25厘米段）参照附录B表B.2灰量（每25厘米段）参照附录B表B.2电流（每25厘米段）参照附录B表B.2密度（每25厘米段）参照附录B表B.2压力（每25厘米段）参照附录B表B.2表B.8每月上传数据传输格式表数据名称描述及要求报警数据报警桩号、具体时间、报警项目等处置数据处置情况、处置方案、处置人员等数据统计施工总数、正常数量、报警数量、报警巳处理数量、报警未处理数量、施工质量评定结果

表B.9汇总上传数据接口内容字段名称字段英文名字段类型长度是否必填描述主键idvarchar128是项目id+下划线+数据id设备编号equipIdvarchar128是关联设备表id桩号constructionStakeNumstring100是桩号开始时间startTimedatetime是yyyy-MM-ddHH:mm:ss结束时间endTimedatetime是yyyy-MM-ddHH:mm:ss施工桩长constructionStakeLongfloat10,2是单位m设计桩长designStakeLongfloat10,2是单位m设计桩径designStakeDiamfloat10,2否单位mm设计桩间距designStakeIntervalfloat10,2否单位m水灰比waterAshRatiofloat10,2是累计浆量（L）totalPulpfloat10,2是平均浆量（L/M）avgPulpfloat10,2是累计灰量（KG）totalAshfloat10,2是平均灰量（KG/M）avgAshfloat10,2是压力MPapressurefloat10,2否平均流量L/minflowfloat10,2否垂直度perpendicularityfloat10,2否成桩时间（min）pilingTimeint11否里程桩号startEndStationvarchar50否里程桩号，K000+100水泥浆比重pileDensityfloat10,3是桩x角度pileXfloat10,3否

字段名称字段英文名字段类型长度是否必填描述桩y角度pileYfloat10,3否是否合格resultvarchar1是0=不合格，1=合格(0)闭合状态alarmStatusvarchar1是0=未闭合，1=已闭合(state)闭合意见opinionvarchar500否闭合时间closeTimedatetime否yyyy-MM-ddHH:mm:ss闭合人closervarchar50否附件attachmentvarchar500否段数据sectionListlist是段深度(m)segmentDepthfloat10,2是段浆量(L)segmentPulpfloat10,2是段灰量(kg)segmentAshfloat10,2是段平均电流(A)segmentElectricityfloat10,2否段时长(s)segmentAgeint11是预警规则alarmRulevarchar500否附录C水泥搅拌桩施工质量智控系统示例C.1项目简介余姚至温岭公路（S204）黄岩院桥支线PPP项目作为依托工程，全面优化完善水泥搅拌桩监控系统。该项目水泥搅拌桩设计量约77万延米，全覆盖（20多台水泥搅拌桩施工设备）、全过程安装信息化数据监控系统，截至目前已完成水泥搅拌桩施工约77万延米，监控效果理想。本项目采用水泥搅拌桩施工质量智控系统，实现了水泥搅拌桩的信息化施工，做到了实时掌握真实施工数据，科学评定桩身质量，精细化管控施工全过程，全面改善了水泥搅拌桩的施工质量、提升管理水平，取得了较好的经济和社会效益。C.2项目硬件和软件调试图C.1为本项目智控系统数据管理系统。图C.1智控系统数据管理系统通过数据采集系统进行现场监测数据的实时上传（见图C.1），施工管理人员可以通过PC端查看现场施工情况（见图C.2），并将监测结果进行实时记录、生成记录表格