巖土工程勘察土工試驗(yàn)信息化管理平臺(tái)設(shè)計(jì)研究

■ 福州市勘測院 馮金健

土工試驗(yàn)是巖土工程勘察的重要環(huán)節(jié)，其采用特定方法，測定巖土體的物理、力學(xué)性質(zhì)，反映土的基本工程性質(zhì)，為地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、基坑邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)等提供計(jì)算參數(shù)，是巖土工程勘察的重要環(huán)節(jié)。土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性直接關(guān)系到建設(shè)項(xiàng)目的質(zhì)量安全[1]。土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)的質(zhì)量影響因素眾多，主要包括取樣的質(zhì)量、樣品保存和運(yùn)輸過程中對(duì)土體的擾動(dòng)程度、試驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)人員及操作方法等[2]。同時(shí)，不同行業(yè)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和方法也存在一定差異，即使同一樣品，其試驗(yàn)結(jié)果也存在差異。本文針對(duì)傳統(tǒng)土工試驗(yàn)存在的樣品信息零散、試樣信息時(shí)效性差等問題，結(jié)合勘察外業(yè)信息化管理平臺(tái)，開發(fā)外業(yè)采集APP及WEB管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)土工試驗(yàn)信息化管理，提高土工試驗(yàn)的生產(chǎn)效率，保證成果的可靠性，提升工程勘察項(xiàng)目質(zhì)量。

土工試驗(yàn)中存在的問題

目前，土工試驗(yàn)多采用紙質(zhì)表單記錄樣品的信息，對(duì)樣品的質(zhì)量管控多為零散的信息，且經(jīng)常由于人為因素造成一些錯(cuò)誤。試驗(yàn)過程中主要存在以下問題：一是取樣位置、數(shù)量不能滿足規(guī)范或設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致外業(yè)結(jié)束后還需重新進(jìn)場補(bǔ)取試樣，增加工程成本、影響項(xiàng)目工期；二是試樣保存不滿足規(guī)范要求，送樣不及時(shí)，樣品運(yùn)輸過程中造成土體擾動(dòng)等；三是紙質(zhì)送樣單記錄的信息（取樣孔號(hào)、深度、土層名稱等）不完整、不清晰，且在運(yùn)送過程中易損壞、丟失或與實(shí)物樣品不對(duì)應(yīng)等；四是沒有根據(jù)不同項(xiàng)目類型選擇試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)內(nèi)容、試驗(yàn)依據(jù)不明確。傳統(tǒng)的土工試驗(yàn)管理模式已經(jīng)不能滿足勘察信息化的需求?；谏鲜霈F(xiàn)狀，結(jié)合勘察工作的行業(yè)特點(diǎn)及勘察外業(yè)信息化管理平臺(tái)[3]，實(shí)現(xiàn)土工試驗(yàn)信息化管理，對(duì)提高土工試驗(yàn)質(zhì)量具有重要意義。

問題解決方案

土工試驗(yàn)為工程勘察過程中的重要環(huán)節(jié)，試驗(yàn)管理應(yīng)結(jié)合勘察外業(yè)信息化管理平臺(tái)，利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)，通過以下方案進(jìn)行解決[4]。

（1）通過外業(yè)數(shù)據(jù)APP采集平臺(tái)記錄取樣信息，強(qiáng)制定位每條記錄信息，并將記錄的時(shí)間信息、位置信息實(shí)時(shí)上傳。

（2）可實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)各土層的取樣數(shù)據(jù)，避免取樣數(shù)量不滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

（3）每個(gè)土樣在信息記錄時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)生成一個(gè)相對(duì)應(yīng)的二維碼，作為該樣品的身份標(biāo)識(shí)，二維碼包含樣品的完整信息，可現(xiàn)場打印貼于樣品盒上。

（4）技術(shù)人員可以通過手機(jī)APP或WEB平臺(tái)，根據(jù)項(xiàng)目類型，選擇合適試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；根據(jù)不同地層，結(jié)合工程項(xiàng)目特點(diǎn)，選擇試驗(yàn)內(nèi)容。

（5）土工試驗(yàn)室通過掃描土樣二維碼，即可獲取土樣的各類信息（取樣時(shí)間、地點(diǎn)、孔號(hào)、深度、樣品等級(jí)、試驗(yàn)內(nèi)容），無需紙質(zhì)送樣單，可省去開樣時(shí)的核樣、排樣環(huán)節(jié)，提高試驗(yàn)效率。對(duì)未按規(guī)定時(shí)間送達(dá)的樣品，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行相應(yīng)的處理。

平臺(tái)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述方案，進(jìn)行土工試驗(yàn)管理模塊的開發(fā)，開發(fā)工作基于勘察外業(yè)管理平臺(tái)，采用B/S整體架構(gòu)，.NET、JAVA、MVC三層架構(gòu)設(shè)計(jì)，以及基于SOA和微服務(wù)架構(gòu)模式。APP采集平臺(tái)開發(fā)基于Android SDK。

取樣APP

根據(jù)上述方案，在外業(yè)采集APP中開發(fā)取樣模塊（圖1）。

圖1 外業(yè)采集APP取樣界面

（1）新增“取樣記錄”功能，通過“新增記錄”采集樣品的各類信息。

（2）“取樣記錄”界面可錄入樣品的各類信息，包括樣品類型、取樣深度、樣品質(zhì)量等級(jí)等，同時(shí)可以對(duì)取樣過程進(jìn)行影像記錄，自動(dòng)關(guān)聯(lián)取樣孔號(hào)、土層名稱等信息，自動(dòng)生成取樣編號(hào)，并生成所對(duì)應(yīng)的樣品二維碼。

（3）在“試驗(yàn)項(xiàng)目”選項(xiàng)中可以根據(jù)樣品類型（水樣、土樣、巖石樣等）、樣品等級(jí)及工程需要，選擇所需的試驗(yàn)項(xiàng)目（圖2）。

圖2 樣品信息采集界面

（4）通過過程影像實(shí)現(xiàn)對(duì)取樣過程的監(jiān)管。

（5）打印機(jī)現(xiàn)場打印二維碼貼紙標(biāo)簽，代替手寫樣品標(biāo)簽，能快速、準(zhǔn)確、完整地進(jìn)行樣品信息傳遞。土工試驗(yàn)室接受到樣品時(shí)，僅需在開樣時(shí)掃描樣品二維碼，即可自動(dòng)讀取該土樣基本信息及其所需進(jìn)行的相關(guān)試驗(yàn)，免除土工試驗(yàn)排樣環(huán)節(jié)，提高生產(chǎn)效率。

管理平臺(tái)

技術(shù)人員通過WEB管理平臺(tái)（圖3），可實(shí)時(shí)了解各鉆孔的取樣信息，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)各鉆孔、各土層的取樣數(shù)量，各試驗(yàn)項(xiàng)目的數(shù)量，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果及場地地層情況，可及時(shí)調(diào)整后續(xù)鉆孔的取樣要求，做到既滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，又經(jīng)濟(jì)合理。

圖3 WEB管理平臺(tái)操作界面

（1）可根據(jù)不同項(xiàng)目類型（水利、市政、公路等），選擇適用的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）根據(jù)項(xiàng)目工期要求，分類別、分批次下達(dá)試驗(yàn)任務(wù)，并可提出相對(duì)應(yīng)的工期要求。

（3）根據(jù)場地地層情況、樣品等級(jí)及工程需要選擇所需的試驗(yàn)項(xiàng)目。

結(jié)論及建議

基于勘察外業(yè)信息化管理軟件開發(fā)土工試驗(yàn)管理平臺(tái)，有助于實(shí)現(xiàn)土工試驗(yàn)信息化管理，提高土工試驗(yàn)的生產(chǎn)效率，保證成果的可靠性，提升勘察項(xiàng)目質(zhì)量。

一是利用手機(jī)APP進(jìn)行樣品多尺度信息的數(shù)字化采集，從而取代傳統(tǒng)的紙筆記錄模式，實(shí)現(xiàn)了樣品的信息化管理及取樣過程的質(zhì)量監(jiān)管。

二是將二維碼作為樣品的身份標(biāo)識(shí)，保證樣品流傳過程中的信息完整性，提高試驗(yàn)效率，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。

三是技術(shù)人員可通過管理平臺(tái)實(shí)時(shí)掌握項(xiàng)目的取樣情況，及時(shí)指導(dǎo)外業(yè)施工，動(dòng)態(tài)調(diào)整技術(shù)要求，做到技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理。