鐵路線下工程沉降觀測信息化管理技術與運用

王騰華

摘 要：文章立足于鐵路工程質量管理，以互聯網+和移動網絡相關技術為依托，建立以“監測數據自動采集傳輸、自動處理、自動反饋”為特征的鐵路線下工程沉降觀測信息化系統，實現沉降觀測自動化、信息化管理。

關鍵詞：線下工程；沉降觀測；信息化

1 概述

鐵路建設最重要的兩個特點是線路的高平順性和高穩定性，從而決定了線下工程沉降觀測工作的重要性。根據以往經驗，沉降觀測管理的發展方向在于防止人為因素對數據真實性的干預，建立及時的數據信息反饋機制，方便和簡化管理者掌握結構物沉降數值，確定沉降觀測的重點，為控制線下工程質量提供依據。

沉降觀測信息化系統（以下簡稱系統）采用.NET開發平臺和基于互聯網的B/S（瀏覽器/服務器）與C/S（客戶機/服務器）相結合的技術構架，具有數據回歸分析與預測功能。根據不同監測項目，內嵌不同的監測公式，包括單曲線回歸和雙曲線回歸。采用規范統一的報表生成技術、可復用軟件構建技術、java技術、XML集成技術、協同技術、silverlight技術、WPF技術、工作流技術、數據庫技術等。是集線下工程沉降觀測數據采集、分析、超限提示和遠程監控為一體的信息化管理系統。實現了數據采集、平差、自動上傳，自動計算分析、自動反饋和超限提示，終結內業資料人工處理模式。

在觀測數據成果評估使用方面，評估單位可自系統選擇下載成果數據或原始數據開展評估工作，通過對系統數據的擬合分析，預評估測點或斷面的沉降曲線圖，直觀準確掌握結構物后續沉降變化。

2 目標

系統突破傳統管理模式，建立由數據采集端、遠程數據處理服器端和客戶端三個軟件模塊共同組成的、B/S與C/S架構混合應用于工程管理的線下工程沉降觀測信息化管理平臺，實現沉降觀測數據自動采集傳輸、自動處理、自動反饋和超限提示，觀測數據及處理結果遠程實時查詢、溯源管理。

3 系統思路

系統集數據采集及分析處理、遠程監控于一體，由數據采集端軟件、服務器端軟件平臺、客戶端數據處理（PC機和手機）軟件三部分組成，包括現場數據采集端、遠程服務器端和客戶端。

4 系統特點

系統最大程度地解決了路基、橋梁、隧道等構建物沉降觀測數據采集、處理、反饋、超限提示的準確性和及時性問題，實現了數據傳輸、處理、反饋及超限提示自動化。同時通過互聯網+技術和移動網絡技術的運用，滿足管理者對沉降觀測實施過程及超限處理的適時管理需求。

4.1 避免人工干預，保證數據真實

傳統管理模式中，沉降觀測數據采集通過水準儀獲取，臨時存儲于儀器，或手工記錄以保存數據，再通過手工導入或錄入平差軟件等可用于數據處理的軟件中進行人工數據處理分析，數據處理全程處于人工干預狀態。隨著網絡技術的發展，互聯網上充斥著大量來源不明的自動編寫虛假沉降觀測數據軟件，導致數據真實性難以保證。

系統分級建立工程基礎信息，內嵌不同監測項目的監測電子記錄薄和計算公式，自動計算變化值、累計值，生成數據變化趨勢圖，通過內嵌的預警策略，及時自動超限提示，可做進一步回歸分析及研究。數據的唯一入口來自手機采集端加密數據庫，數據庫中的原始數據來自水準儀測量，無法進行人工錄入和修改操作。

系統的技術創新性集中表現在：實現了通過電子水準儀和藍牙傳輸功能直接獲取觀測數據，自動平差處理后及時上傳，并通過信息化系統自動處理數據、反饋處理結果，自動超限提示。數據采集模塊及處理模塊規避人為干預，保證數據真實。

4.2 實現沉降觀測標準化、信息化

傳統管理模式在數據采集、數據處理和信息反饋過程中，由于受觀測水平、觀測方法、觀測行為等諸多因素影響，數據成果反饋不及時，不利于工程質量管理。

系統支持萊卡、天寶等多種型號規格的電子水準儀，利用外接藍牙與專用手機配對，即可下載獲取服務器工程基礎資料。現場完成數據采集后，經過自動平差，可立即驗證觀測數據是否符合要求，決定是否需要重測。觀測完成后，將對應觀測樁的觀測成果數據直接通過手機網絡自動傳輸至服務器，客戶端通過訪問服務器進行數據查詢和下載工作。

系統實現了網頁、手機版本（安卓平臺）的軟件開發，使管理者可適時查詢觀測數據和處理結果，開展專業管理。

系統監測成果（數據及數據趨勢圖）支持不同的格式輸出，便于用戶存儲、打印及共享。按工程項目管理需求輸出日報、周報、月報。設置用戶訪問權限，滿足觀測人員和管理者工作需求。建立線下工程沉降觀測數據庫，為同類工程提供數據支撐。具備超限提示手機短信推送功能，有助于管理者及時掌握線下工程變形異常情況，制定工程措施加以控制。

系統的運用使沉降觀測方法、觀測行為和數據處理反饋更為規范和標準，實現了沉降觀測管理工作自動化、信息化。

4.3 提高沉降觀測工作效率

傳統管理模式在完成數據采集后，人工導入軟件進行數據處理、分析和反饋，工作效率低下。

系統可實現數據采集完成即可獲得成果數據，具有逐個測點校驗功能，自動平差，適時查詢測量成果是否滿足要求。自動分析處理數據，自動打印紙質報表，降低內業處理時間，極大提高了工作效率。

4.4 應用成本低廉

系統可與主流電子水準儀通訊，主要通訊設備采用普通安卓系統手機，利用現有設備即可完成，不需要重新投入設備，應用成本低廉。

4.5 實現評估工作透明化

評估單位從系統服務器直接下載成果數據（可下載成果數據、也可下載滿足平差條件的原始數據）進行評估工作，實現了評估工作透明化。

5 系統組成與運行

5.1 基礎技術條件

網絡支持（含有線、無線公共網絡）；硬件平臺和操作系統，包括服務器、客戶端PC機、移動智能終端（手機、平板、E人E本等）；服務器端操作系統為Win2003以上版本；客戶端PC機操作系統為32位及64位Windows版本；移動智能終端操作系統為Andriod4.0以上；服務器端數據處理應用程序、PC機和手機客戶端數據處理應用程序和便攜設備端（如手機）數據采集應用程序。

5.2 配套設備

（1）系統運行服務器及網絡

單獨配置主流服務器1臺（獨立運行），專人管理與維護； 軟、硬件防火墻； 網絡帶寬10～20M（獨享，遠端支持internet或VPN連接）；

（2）管理終端設備

智能手機、E人E本等（Android4.0以上操作系統，4.0 以上屏顯）； PC機及網絡（滿足網頁登錄查詢功能，基本配置CPU（Intel 1.8GHz以上，內存2GB及以上，硬盤160GB以上，操作系統WindowsXP或Win7版本，瀏覽器IE8以上版本。網絡2M以上獨享帶寬）。

（3）觀測儀器及配套設備

用于觀測的電子水準儀及配套數據線；一對一專用便攜采集端設備（手機及SIM卡）：Android4.0以上操作系統，4.0吋以上屏顯，開通2G、3G或4G，具備WIFI功能。

（4）內業數據處理PC機及網絡

CPU（Intel 1.8GHz以上），內存2GB及以上，瀏覽器IE8以上版本，網絡2M以上獨享帶寬。

5.3 系統流程（如圖2）

（1）設置工程基礎信息

通過PC機客戶端添加測段，設置測段示意圖，添加觀測樁，設置觀測樁示意圖等工程基礎信息。（如圖3、圖4）

（2）上傳工程基礎信息

通過PC機客戶端將設置完成的工程基礎信息上傳至服務器平臺。（如圖5）

（3）下載工程基礎信息

現場數據采集前，利用手機等便攜式通訊設備自服務器平臺下載擬測段的工程基礎信息，作好數據采集準備。（如圖6）

（4）采集觀測數據

觀測人員使用預裝采集軟件的便攜設備（手機）控制測試電子水準儀進行數據采集，讀取觀測數據，自動完成平差計算，成果數據暫存于便攜設備，并經便攜設備在網絡條件下上傳至服務器平臺。

完成本測段數據采集，經便攜設備端（手機）自動計算后，便攜設備端（手機）將生成原始數據和平差結果。其中，原始數據同時支持其他軟件進行單獨平差，支持共享平差結果和原始數據。

（5） 上傳觀測數據

通過手機將成果數據和原始數據上傳至服務器平臺。（如圖11）

（6）數據管理與運用

管理者和評估單位可通過手機客戶端登陸查詢數據、超限提示等信息。也可通過PC機網頁或客戶端軟件登陸查詢觀測數據、超限提示等信息，利用系統數據處理成果開展沉降評估工作。

實現便攜設備端（手機）數據成果查詢、超限查詢、超限統計等功能，使管理者適時了解工程情況。

實現PC機通過網頁或客戶端軟件登陸查詢標段線路走向、測段布設圖、橫縱斷面圖及各種超限情況的處理，使數據、信息查詢更直觀，更形象。

（7）數據內業處理

通過PC端軟件下載數據成果，開展評估工作，形成評估報告。系統支持根據評估工作需求定制輸出其他格式成果資料。

6 系統運用實例

本文以新建寶蘭客專線下工程為例，通過系統的運用，及時發布沉降超限提示，適時掌握線下工程變形情況，查找原因、采取措施防患于未然。

實例一：寶蘭客專IDK740+145～IDK742+881段路基沉降處理。

該段路基自2014年4月23日開始沉降觀測，共計22個測點發生累計沉降值超限，其中路基5個測點發生累計沉降值超限，涵洞17個測點發生累計沉降值超限，如表1：

依據系統數據及超限提示，結合現場實際情況分析原因，結論：該段路基屬正常沉降，下沉趨于收斂，但仍繼續發展。措施：延長堆載預壓期和沉降觀測期。如圖22：

實例二：寶蘭客專上莊隧道沉降處理。

該隧道自2014年11月30日起開始沉降觀測，通過系統運用，發現仰供沉降變化異常，下沉（上浮）不穩定。其中，系統發布累計變化量>5mm超限提示點見表2：

依據系統數據及超限提示，結合現場實際情況分析原因，結論：

（1）依據每期測量數據顯示：在仰供混凝土施做后，前期呈現上浮現象。襯砌混凝土施做完成后，呈現下沉現象。

（2）上莊隧道為泥巖、沙層，富含水，泥巖極具膨脹性。因各階段施工荷載變化，造成仰供下沉或上浮，穩定性差。如圖23：

措施：

（1）由設計院委托地質勘察院，與施工單位測量組進行1次/1周的平行觀測，每周（月）對沉降觀測數據進行分析比較。

（2）設計院現場埋設應力監測設備，對圍巖沉降變形進行監測，實時獲取相關數據。

（3）設計院依據沉降觀測數據及應力監測數據，設置專項處理方案指導后續施工。

7 結束語

通過沉降觀測信息化系統的運用，更直觀準確地反映結構物真實的沉降值，為后續的無砟軌道施工提供了重要的基礎保障。在系統運用過程中，應考慮配套管理辦法的合理使用，促使管理者充分利用系統成果數據和超限提示，分析沉降異常原因，制定工程處理措施及時消除工程質量隱患，發揮好系統對工程質量管理的預控作用。

參考文獻

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[2]關寶樹.隧道工程設計要點集[M].人民交通出版社，2011，8.

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