饒小康，王 暉

（長(zhǎng)江科學(xué)院儀器自動(dòng)化研究所，武漢 430010）

基于B／S結(jié)構(gòu)的灌漿數(shù)字化系統(tǒng)在水利工程中的應(yīng)用

饒小康，王 暉

（長(zhǎng)江科學(xué)院儀器自動(dòng)化研究所，武漢 430010）

針對(duì)水電工程灌漿施工過(guò)程中質(zhì)量和進(jìn)度難以用傳統(tǒng)方法進(jìn)行監(jiān)控和統(tǒng)計(jì)分析的難題，基于B／S架構(gòu)，采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和可視化編程技術(shù)，建立灌漿數(shù)字化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)灌漿施工的實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)整編、數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)分析、異常預(yù)警等功能，實(shí)現(xiàn)灌漿施工數(shù)據(jù)的集中整合管理與共享，實(shí)時(shí)把握現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度，及時(shí)統(tǒng)計(jì)整理現(xiàn)場(chǎng)資料，提高灌漿工程質(zhì)量，為建設(shè)方的決策提供技術(shù)支持。

灌漿數(shù)字化；數(shù)據(jù)庫(kù)；報(bào)表圖表；異常預(yù)警；大崗山水電站；溪洛渡水電站

1 研究背景

灌漿技術(shù)作為基礎(chǔ)處理工程的一項(xiàng)重要施工措施，廣泛應(yīng)用于水利水電工程等建設(shè)領(lǐng)域。但由于地質(zhì)狀況的不確定性，灌漿工程往往成為施工成本超支的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，加之灌漿結(jié)果的不可見(jiàn)性，施工人員很難直觀地跟蹤和檢查其進(jìn)度與質(zhì)量狀況，因此在灌漿施工中，對(duì)施工的過(guò)程控制與工程質(zhì)量和進(jìn)度的管理一直成為工程管理中的重點(diǎn)與難點(diǎn)［1］。

基于B／S結(jié)構(gòu)的灌漿管理信息系統(tǒng)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和可視化編程技術(shù)，通過(guò)建立重點(diǎn)工程部位灌漿的工藝流程模型，將工藝流程顯性化、規(guī)范化；實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)的可回溯性，并能及時(shí)對(duì)工藝流程設(shè)計(jì)和運(yùn)行的有效性進(jìn)行分析，為工程技術(shù)人員提供監(jiān)測(cè)流程、不斷調(diào)整優(yōu)化流程的有效手段；幫助工程管理者逐步提高灌漿管理效益、降低生產(chǎn)成本、提高灌漿工程質(zhì)量，達(dá)到科學(xué)決策管理目的。

2 基于B／S的管理信息系統(tǒng)基本理論與方法

2．1 基本理論

2．1．1 數(shù)據(jù)整編與預(yù)處理

基礎(chǔ)灌漿是一項(xiàng)極其重要的隱蔽性工程，其設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量一直受到特別重視。由于儀器設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)異常、人員誤操作等多種原因都可能導(dǎo)致原始采集的數(shù)據(jù)資料出現(xiàn)誤差，甚至在不少工程中出現(xiàn)了虛假、偽造的數(shù)據(jù)資料，因此，有必要在對(duì)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析之前對(duì)其進(jìn)行合理的整編處理，去偽存真。一旦出現(xiàn)虛假、偽造的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)就會(huì)及時(shí)識(shí)別并高亮預(yù)警且剔除。這樣才能保證數(shù)據(jù)的有效性和可靠性［2］。

本文擬采用統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法識(shí)別灌漿數(shù)據(jù)異常值。統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法是用統(tǒng)計(jì)理論對(duì)觀測(cè)資料進(jìn)行檢驗(yàn)，因?yàn)橛幸欢〝?shù)學(xué)依據(jù)和判斷標(biāo)準(zhǔn)，減少了分析人員的主觀性，也不依賴于分析人員的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平，目前在工程中使用較多。對(duì)于異常采集數(shù)據(jù)，程序可以根據(jù)判別因子判斷并作出標(biāo)記。如果程序判斷為異常數(shù)據(jù)，將直接刪除異常數(shù)據(jù)。

數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法——粗差檢驗(yàn)：對(duì)某個(gè)測(cè)點(diǎn)，其測(cè)值的跳動(dòng)特征dj可用下式描述：

式中：yj是測(cè)點(diǎn)一系列測(cè)值，j＝2，3，…，n－1。

由n個(gè)測(cè)值y1，y2，…，yn可得n－2個(gè)dj，當(dāng)n足夠大時(shí)可按一定的概率如“3σ”法則進(jìn)行檢驗(yàn)，舍棄異常值。

首先計(jì)算出測(cè)值統(tǒng)計(jì)子樣的平均值ˉd和均方差σ：

進(jìn)一步計(jì)算各個(gè)測(cè)值跳動(dòng)偏差的絕對(duì)值與均方差的比值

當(dāng)qj＞3，則認(rèn)為此值異常，舍棄異常值。

2．1．2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)

由于灌漿施工工期長(zhǎng)，數(shù)據(jù)采集的周期有時(shí)達(dá)幾年之久，因此，本文采用獨(dú)立數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器保存海量灌漿數(shù)據(jù)，對(duì)服務(wù)器內(nèi)存和磁盤(pán)均有一定要求。本數(shù)字化系統(tǒng)采用磁盤(pán)陣列技術(shù)，通過(guò)多個(gè)磁盤(pán)同時(shí)存儲(chǔ)和讀取數(shù)據(jù)來(lái)大幅提高存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量和穩(wěn)定冗余性。

本系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器建立了原始采集數(shù)據(jù)庫(kù)、統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形圖像數(shù)據(jù)庫(kù)和用戶操作數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)保證數(shù)字化系統(tǒng)的良好運(yùn)行。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)采用目前流行的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)引擎Microsoft SQL Server2000／2005進(jìn)行各類數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理［3］。

2．2 基本方法

2．2．1 B／S網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)

本系統(tǒng)采用B／S結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)模式，建立客戶端瀏覽器——應(yīng)用程序服務(wù)器——數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的3層架構(gòu)形式，系統(tǒng)可擴(kuò)展性強(qiáng)，易于升級(jí)和維護(hù)，同時(shí)又保證了工程數(shù)據(jù)的安全性和保密性。用戶通過(guò)電腦或手持設(shè)備即可隨時(shí)隨地操作該數(shù)字化系統(tǒng)，無(wú)需安裝任何軟件，借助瀏覽器即可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)灌漿施工質(zhì)量和過(guò)程進(jìn)行管理。本文采用基于微軟．NET框架的ASP．NET技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)，并融入AJAX異步數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，形象化監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)灌漿施工動(dòng)態(tài)。

2．2．2 可視化編程技術(shù)

系統(tǒng)采用可視化程序設(shè)計(jì)的思想，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)需求分析、業(yè)務(wù)跟蹤來(lái)自定義實(shí)現(xiàn)管理者的要求，極大地滿足了管理者的功能需求和操作要求，使得管理者僅通過(guò)直觀的操作即可完成灌漿施工的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。本文采用微軟為．NET框架量身定做的C＃程序語(yǔ)言，易于應(yīng)用程序的擴(kuò)展和數(shù)據(jù)安全性保護(hù)，同時(shí)兼容多種工程類軟件COM接口和調(diào)用ActiveX控件，方便調(diào)用工程圖例，實(shí)現(xiàn)Web頁(yè)上的多媒體效果和交互式操作［4］。

3 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與功能實(shí)現(xiàn)

3．1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

基于B／S結(jié)構(gòu)的灌漿管理信息系統(tǒng)基于．NET平臺(tái)，并結(jié)合了數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、圖形圖像和面向?qū)ο蟮木幊趟枷?，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框架如圖1所示［5］。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框架圖Fig．1 Framework of the overall system

3．2 系統(tǒng)特點(diǎn)與主要功能

系統(tǒng)采用基于客戶端、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器三層結(jié)構(gòu)的B／S網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，它是對(duì)C／S結(jié)構(gòu)的一種改進(jìn)，用戶可以通過(guò)Internet直接訪問(wèn)數(shù)字化系統(tǒng)，大大簡(jiǎn)化了客戶端的電腦荷載，減輕了系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)的成本和工作量，同時(shí)有效地保護(hù)數(shù)據(jù)平臺(tái)和管理訪問(wèn)權(quán)限，服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)也很安全［6］。

數(shù)字化灌漿系統(tǒng)貫穿灌漿全生命周期，涵蓋灌漿單元設(shè)計(jì)、灌漿計(jì)劃、施工管理、質(zhì)量管理與綜合查詢與成果輸出，能夠有效提升灌漿過(guò)程管理的及時(shí)性和有效性，變革灌漿成果整理方式，提高成果整理效率。

系統(tǒng)功能主要通過(guò)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)分析、異常預(yù)警子模塊組成，能收集現(xiàn)場(chǎng)所有灌漿施工數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)施工動(dòng)態(tài)，查詢各工程部位灌漿參數(shù)，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)灌漿完成工程量和施工進(jìn)度，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及參數(shù)異常進(jìn)行預(yù)警［7］。

4 工程實(shí)例及應(yīng)用

基于B／S結(jié)構(gòu)的灌漿數(shù)字化系統(tǒng)分別在溪洛渡水電站、大崗山水電站、瀘定水電站中得到了應(yīng)用，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、良好。現(xiàn)以大崗山水電站為案例進(jìn)行闡述。

大崗山水電站是大渡河干流中游上段具有日調(diào)節(jié)性能的高壩大型水電站。壩型為混凝土雙曲拱壩，最大壩高約210 m，設(shè)計(jì)正常蓄水位1 130 m，庫(kù)容7．75億m3，水庫(kù)面積12．6 km2，水庫(kù)回水長(zhǎng)度29．43 km。電站樞紐建筑物由混凝土雙曲拱壩、水墊塘及二道壩、泄洪隧洞、引水及尾水建筑物、發(fā)電廠房、開(kāi)關(guān)站等組成，發(fā)電廠房為地下式，廠內(nèi)安裝4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)裝機(jī)容量為650 MW。

大崗山水電站灌漿數(shù)字化系統(tǒng)主要針對(duì)大壩及左、右岸固結(jié)和帷幕灌漿，收集現(xiàn)場(chǎng)灌漿施工實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，用戶通過(guò)Internet直接登陸系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控、各部位灌漿參數(shù)查詢、施工進(jìn)度統(tǒng)計(jì)分析、生成一系列報(bào)表圖表和異常預(yù)警等功能，操作簡(jiǎn)便快捷，無(wú)需安裝任何軟件即可在網(wǎng)絡(luò)瀏覽器上使用該系統(tǒng)。灌漿數(shù)字化系統(tǒng)有助于現(xiàn)場(chǎng)灌漿數(shù)據(jù)的整合管理，提高管理水平，為后期的施工決策提供數(shù)據(jù)參考。

以現(xiàn)場(chǎng)某壩段某孔號(hào)固結(jié)灌漿為例展示灌漿施工采集數(shù)據(jù)，表1顯示了在灌漿作業(yè)方式下一段完整的灌漿資料記錄，記錄了一段時(shí)間內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)采集的各類灌漿參數(shù)。灌漿過(guò)程中的過(guò)程數(shù)據(jù)為后期統(tǒng)計(jì)分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4．1 系統(tǒng)登陸主界面

用戶在獲得授權(quán)口令后即可在瀏覽器上輸入網(wǎng)址登陸灌漿數(shù)字化系統(tǒng)。圖2為進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主界面，包括一系列功能模塊、用戶登陸信息和系統(tǒng)簡(jiǎn)介等信息。

表1 大崗山水電站某壩段某灌漿孔采集數(shù)據(jù)Tab le 1 Collected data of a grouted hole in a dam section of Dagangshan hydropower station

圖2 系統(tǒng)登陸主頁(yè)面Fig．2 Log-in interface of the system

4．2 系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析模塊

用戶選擇工程量統(tǒng)計(jì)子模塊，選擇統(tǒng)計(jì)的時(shí)間段，即可統(tǒng)計(jì)所有工程部位累計(jì)灌灰量，并以三維柱狀統(tǒng)計(jì)圖的形式展現(xiàn)。該圖能夠?qū)崟r(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)各部位灌漿工程量，有利于掌握現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度和完成量，如圖3。

在工程量統(tǒng)計(jì)子模塊，選擇時(shí)間段后即可生成現(xiàn)場(chǎng)各工程部位單位耗灰量的統(tǒng)計(jì)分析圖，包括現(xiàn)場(chǎng)采集灌漿數(shù)據(jù)庫(kù)中所有工程部位的單位耗灰量統(tǒng)計(jì)，如圖4所示。

4．3 系統(tǒng)圖形圖表生成模塊

在灌漿成果圖形子模塊，選擇任意工程部位即可生成該工程部位的透水率頻率曲線及累計(jì)頻率曲線圖，實(shí)時(shí)反映該工程部位的巖石灌漿質(zhì)量情況，如圖5。

4．4 其他功能模塊

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求，系統(tǒng)還能實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)灌漿施工情況，了解灌漿參數(shù)和設(shè)備使用情況，查詢?nèi)我獠课?、孔?hào)、段號(hào)、工作方式下的灌漿參數(shù)，依照水泥灌漿規(guī)范方便生成各類灌漿成果統(tǒng)計(jì)報(bào)表，并在網(wǎng)頁(yè)上直接導(dǎo)出或打印輸出；除此之外，系統(tǒng)還能實(shí)時(shí)記錄現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的所有異常情況，將異常值通過(guò)短信等形式發(fā)送至管理者，以便及時(shí)處理施工過(guò)程中出現(xiàn)的異常狀況。

圖3 各工程部位總耗灰量三維柱狀圖Fig．3 Histogram of total cem ent consum ption in different grouting holes

圖4 各工程部位單位耗灰量三維柱狀圖Fig．4 Histogram of unit cement consum ption in different grouting holes

圖5 某工程部位透水率頻率和累計(jì)曲線Fig．5 Curve of permeable rate vs．frequency，and accumulative frequency curve

5 結(jié)語(yǔ)

（1）隨著近年來(lái)越來(lái)越多水電工程的建設(shè)，灌漿數(shù)字化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)將有助于現(xiàn)場(chǎng)灌漿施工的監(jiān)控和管理，為決策者提供一個(gè)科學(xué)有效、簡(jiǎn)便直觀的操作平臺(tái)，為現(xiàn)場(chǎng)灌漿施工管理提供技術(shù)支持，對(duì)提高工程設(shè)計(jì)與管理現(xiàn)代化水平具有現(xiàn)實(shí)意義。

（2）由于灌漿施工現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜，灌漿數(shù)據(jù)采集的有效性和真?zhèn)涡杂写M(jìn)一步深入研究，對(duì)原始采集的數(shù)據(jù)的整編和預(yù)處理將顯得尤為重要。

（3）由于本系統(tǒng)是基于B／S模式開(kāi)發(fā)，限于軟件平臺(tái)和運(yùn)行效率，施工動(dòng)態(tài)可視化仿真功能略顯不足，此功能將在后一階段的開(kāi)發(fā)過(guò)程中逐步完善，使其能上升為一個(gè)水利工程決策支持系統(tǒng)。

［1］ 袁光裕，胡志根．水利水電施工［M］．北京：中國(guó)水利水電出版社，2005．（YUAN Guang-yu，HU Zhi-gen．Construction of Hydropower Projects［M］．Beijing：China Water Power Press，2005．（in Chinese））

［2］ 吳世勇，陳建康，鄧建輝．水電工程安全監(jiān)測(cè)與管理［M］．北京：中國(guó)水利水電出版社，2009．（WU Shiyong，CHEN Jian-kang，DENG Jian-hui．Safety Monitoring and Management of Hydropower Projects［M］．Beijing：ChinaWater Power Press，2009．（in Chinese））

［3］ 李洋波，黃達(dá)海，黃 瑋，等．溪洛渡拱壩溫控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的功能［J］．水電站設(shè)計(jì)，2008，24（4）：105－107．（LI Yang-bo，HUANG Da-hai，HUANG Wei，et al．Functions of Temperature Control System for Xiluodu Arch Dam［J］．Design of Hydroelectric Power Station，2008，24（4）：105－107．（in Chinese））

［4］ 李洋波，黃達(dá)海．高拱壩施工的溫控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)［J］．武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2008，41（4）：52－55．（LI Yang-bo，HUANG Da-hai．Temperature Control Database System for High Arch Dam Construction［J］．Engineering Journal ofWuhan University，2008，41（4）：52－55．（in Chinese））

［5］ 酈能惠，徐竹青．土石壩安全監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)［J］．水利水電技術(shù)，2004，35（4）：78－81．（LINeng-hui，XU Zhu-qing．Development of Information Management System for the Safety Monitoring of Earth-Rockfill Dams［J］．Water Resources and Hydropower Engineering，2004，35（4）：78－81．（in Chinese））

［6］ 鐘登華，南春輝，宋 洋．水電工程施工進(jìn)度三維動(dòng)態(tài)可視化方法［J］．天津大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，（4）：322－327．（ZHONG Deng-hua，NAN Chun-hui，SONG Yang．Three-Dimensional Dynamic Visualization for the Schedule of Hydroelectric Project［J］．Journal of Tianjin University，2005，（4）：322－327．（in Chinese））

［7］ 張宗亮，鐘登華．超高面板堆石壩監(jiān)測(cè)信息管理與安全評(píng)價(jià)的理論及實(shí)踐［J］．天津大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，41（9）：1083－1086．（ZHANG Zong-liang，ZHONG Denghua．Theory and Application of Monitoring Information Management and Safety Assessment for Super-High Concrete-Faced Rockfill Dam［J］．Journal of Tianjin University，2008，41（9）：1083－1086．（in Chinese） ）

（編輯：陳 敏）

Application of B／SNetwork-Based Digital Grouting M anagement System to Hydroprojects

RAO Xiao-kang，WANG Hui
（Department of Instrument Automation，Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

To tackle the difficulty of monitoring and statistically analyzing the grouting quality and construction schedule by traditionalmethods，we established a digital grouting management system by employing B／S network structure，in association with network technology，database technology and visual programming techniques．The system is to achieve real-time monitoring，data integration，data query，statistical analysis，and early warning for abnormal information．It can also integrate，manage and share the grouting data for engineers to acquire real-time on-site construction progress and to collect and analyze field information in time．The system would improve the grouting quality and provide support for decision-making．

digital grouting；database；reports and diagrams；warning of the abnormal；Dagangshan hydropower station；Xiluodu hydropower station

TP39；TP543．18

A

1001－5485（2013）01－0079－05

10．3969／j．issn．1001－5485．2013．02．017

2011－12－18；

2012－01－31

國(guó)家科技支撐計(jì)劃專項(xiàng)（2012BAH10B00）

饒小康（1985－），男，湖北黃岡人，工程師，碩士，主要從事水利水電工程施工數(shù)字化研究，（電話）13554004966（電子信箱）rxk0215＠163．com。