信息化管理模式下提升高速鐵路混凝土品質的探討

蔡榮喜 王磊

（1.武九鐵路客運專線湖北有限責任公司安全質量部，武漢 430000；2.中鐵十一局集團第四工程有限公司，武漢 430074）

混凝土品質是高速鐵路工程建設質量控制的一個重要基礎性環節，是關系到橋梁、隧道等實體結構質量和安全的關鍵所在。隨著鐵路混凝土生產工藝從人工拌和到機械拌和，再到混凝土拌和站集中拌和，對混凝土品質的要求也從普通混凝土到耐久性混凝土，再到高性能混凝土。

提升混凝土品質是目前高速鐵路建設的實際需要，TB 10424—2018《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》[1]、Q/CR 9207—2017《鐵路混凝土工程施工技術規程》[2]、GB 50164—2011[3]《混凝土質量控制標準》、TB/T 3275—2018《鐵路混凝土》[4]中均提出對混凝土工程應采用先進、成熟、科學的理念，優化質量控制體系，引入先進的檢測技術和手段，突出質量控制關鍵環節，但在具體實際操作方法和運用方面仍存在問題。一方面由于混凝土品質不高造成泵送、振搗等效果不理想，混凝土強度不合格、外觀質量不佳、結構物的色差較大等問題較為常見，且未得到充分重視；另一方面以大型機械配套隧道智能化建造技術為代表的高速鐵路創新施工工藝也對混凝土品質提出了更高的要求。造成混凝土品質不高的原因主要有混凝土原材料質量波動較大、生產過程管控不嚴等[5]。要解決這些問題，就必須通過必要的管理和技術措施，確?；炷疗焚|在合格的基礎上，保持合理的穩定狀態[6]。

在“智能制造”的國家戰略號召下，鐵路行業正經歷著信息化、智能化的發展浪潮，信息化、智能化技術與高速鐵路建造技術的融合，將全面提升鐵路建設的效率與管理水平，促進鐵路建設向“智能建造”轉變[7]。為此在鄭萬高速鐵路湖北段的建設過程中，武九鐵路客運專線湖北有限責任公司利用信息化管理模式，對如何提升混凝土品質進行了一些探索和研究。

1 提升混凝土品質的管理措施

1.1 全面升級混凝土拌和站質量管理信息系統

武九鐵路客運專線湖北有限責任公司開發了混凝土拌和站質量管理信息系統（簡稱信息系統），全面升級并建立了高速鐵路混凝土質量管理體系，見表1。新的信息系統在原有中國鐵路總公司工程管理中心開發的拌和站信息系統（2013版）基礎上新增了8項功能。該系統將混凝土生產、質量檢測和澆筑施工有機結合起來，實現了對混凝土品質的全流程、全參數、全指標的信息化實時監控、動態管理，見圖1。

表1 新舊信息系統功能對比

圖1 混凝土品質管理體系流程

1.2 利用大數據技術實現智能化管理

Q/CR 9207—2017中提出積極運用信息化手段，對混凝土生產的全過程進行管理。本信息系統的主要功能包括：①利用遠程信息傳輸技術，對混凝土生產、質量檢測、澆筑施工的全部數據進行自動采集、實時上傳；②完成對現場任務的發起、下發、試驗檢測交互、拌和操作等環節的管控、風險分析與預警；③建立基于大數據和云平臺的混凝土品質管理數據庫，解決了“信息孤島”問題，有效地實現了人員、設備、材料、資質等的統一管理，促進了各方面多元數據的融合與分析利用；④利用多元化數據采集、實時的大數據分析對存在的質量問題進行智能識別判定，自動生成問題庫；⑤根據問題對混凝土品質的影響程度和問題整改效果進行智能分析、量化扣分、自動考核。本信息系統為提升混凝土品質提供了可靠的解決方法。比如，混凝土出機后，系統會根據采集到的計量誤差、溫度等質量參數，自動與數據庫中的數據進行比較分析，自動判別是否滿足要求，不滿足則自動判定問題性質和級別。系統據此自動篩選人員數據并且智能選定相關人員，然后向其發送報警或預警信息。嚴重的質量問題，系統將暫停生產程序等待解決。同時，系統將質量信息自動錄入發車單及其二維碼中。

2 提升混凝土品質的技術措施

2.1 原材料質量控制

2.1.1 嚴格檢測過程控制

對原材料進場驗收、取樣檢測、出具檢測報告的全部環節，實行嚴格的信息化流程管控，只有在上一個環節完成并滿足要求后，才能進入下一步檢測環節。進場驗收合格后，才能進行原材料檢測委托；確認檢測委托滿足要求后，才能生成檢測任務，進行取樣檢測；試驗檢測滿足要求后，才能自動生成檢測報告；生成報告后才能自動生成和打印帶二維碼的材料標識牌（圖2），無標識的原材料無法完成掃碼核對，也就無法使用。檢測不合格時，材料會自動標識“不合格”，也無法使用。所有檢測過程全部采取視頻實時監控，全部檢測數據自動采集并實時上傳到信息系統，確保了檢測數據的真實性，徹底杜絕了以往未經檢測就出具檢測報告和編制虛假報告的現象。

圖2 帶二維碼的原材料標識牌

2.1.2 建立混凝土生產前復核制度

將原材料儲存倉、粉料儲存罐與對應的混凝土拌和機進行綁定。在混凝土生產前，通過二維碼技術確保使用的原材料質量合格且與施工配合比要求完全一致，見圖3。原材料不合格或與施工配合比要求不一致時，將無法生產混凝土。同時自動采集每盤混凝土的材料用量，建立材料實時銷號臺賬，并按批與材料進場數量進行核對，監控是否有超批量使用現象，從源頭上解決了原材料未檢先用、超批量使用和使用不合格材料等問題。

圖3 原材料自動掃碼核對

2.1.3 嚴格控制原材料質量波動范圍

混凝土配合比按照JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規程》[8]設計。以配合比設計時采用的質量指標值為合格標準值，對外加劑含固量逐批進行檢測，凡與合格標準值之差超出規定范圍的一律不允許進場；對粉煤灰的玻璃微珠含量、減水劑的減水率逐批進行檢測，凡低于合格標準值的一律不準進場；以配合比設計時的粗骨料級配曲線為標準級配曲線，每班混凝土生產前，在檢測骨料含水率的基礎上增加測定單粒級粗骨料的實際級配，并調整摻配比例使實際連續級配曲線與標準級配曲線基本一致，其差值不得超過允許范圍。

2.2 強制管控影響混凝土品質的關鍵環節

2.2.1 強化首盤混凝土拌和物性能鑒定

TB 10424—2018要求首盤混凝土必須進行質量鑒定。首盤混凝土生產完成后，信息系統將自動生成拌和物性能鑒定任務，在監理人員的現場監督下（拍攝并上傳視頻），由試驗員對混凝土出機溫度、含氣量、塌落度、泌水率、和易性等拌和物性能指標進行現場檢測?，F場檢測后試驗員登錄拌和站質量管理平臺手機APP，在首盤鑒定中將檢測的數據輸入后提交，檢測結果實時傳送至信息系統，報旁站監理確認。監理同樣登錄拌和站質量管理平臺手機APP，在生產任務中找到提交的任務信息，進行確認并提交。信息系統對首盤鑒定檢測結果按照設定規則自動判斷混凝土拌和物性能是否滿足要求（圖4），滿足要求時繼續生產；如不滿足要求，信息系統自動向混凝土拌和站、實驗室、監理等發出報警，并發送至問題庫；同時自動強制暫?；炷辽a任務；待混凝土拌和站收到試驗室調整或重出的施工配料單后，才能重新啟動生產，并繼續進行首盤鑒定，直至混凝土拌和物性能滿足要求。

圖4 首盤混凝土拌和物性能鑒定結果

2.2.2 混凝土品質預先智能化控制

在混凝土生產過程中，利用信息系統對材料計量偏差、混凝土攪拌時間、出機溫度等直接影響混凝土品質的生產數據，按照單盤和單車數據，全部進行全程自動監控，監控結果同步上傳。同時按照混凝土品質要求，自動智能判斷是否存在異常或不合格數據。當發現異?；虿缓细駭祿r，信息系統實時將預警信息自動發送至相關人員，并同時納入問題庫管理。相關操作和管控人員收到預警信息后，第一時間進行處理，確保混凝土品質。

2.2.3 優化發車單管理

整車混凝土生產完成后，信息系統自動生成發車單，操作手通過拌和站質量管理平臺查詢并打印，見圖5。發車單上的二維碼包含了生產任務單、施工配料單、混凝土生產記錄等數據，包括異常數據和不合格數據；同時在發車單備注欄中對異常數據和不合格數據進行明確提示。

圖5 帶二維碼的混凝土發車單

2.3 強化現場監控

2.3.1 嚴格控制澆筑現場的混凝土品質

混凝土運輸至施工現場后，由現場旁站監理逐車掃描發車單上的二維碼，對混凝土品質進行驗收。掃描結果實時發送至信息系統，由其自動核對、確認運輸時間、混凝土強度等級、混凝土品質等信息；確認滿足要求后方可用于澆筑和試件制作。存在異常數據時，必須按照要求進行現場檢測，確認混凝土品質實際情況，并判斷是否滿足要求，避免將品質不合格或存在質量隱患的混凝土用于工程實體。

2.3.2 確?；炷猎嚰恼鎸嵭院痛硇?/p>

混凝土試件的真實性和代表性是直接決定混凝土品質判定結果是否與工程實體質量一致的關鍵所在。TB 10424—2018明確規定混凝土試件在施工現場制作。從試件制作到試件試驗，采取全程二維碼標識，以保證混凝土制作真實性、品質判定結果準確性。具體做法：混凝土試件二維碼在混凝土生產任務下發時，由信息系統自動隨機生成；試件制作時用不可逆方法進行標注，在試件拆模、養護、試驗等每個環節均須掃碼復核混凝土品質信息，并由系統自動判定混凝土品質信息是否前后一致，以確保試件的真實性和代表性。

3 混凝土品質提升效果

在鄭萬高速鐵路湖北段一年多的建設實踐中，通過采取上述管理和技術措施，混凝土品質有了顯著提高。與未采用本信息系統進行管理的武九客運專線湖北段項目進行橫向對比（表2），本項目各組試件的混凝土強度均大幅下降，綜合標準差下降了59.6%。采用信息系統進行管理后，本項目2019年各強度等級的混凝土強度標準差均比采用前（2018年）有所下降，見表3。

表2 綜合標準差橫向對比

表3 2018年和2019年度綜合標準差比較

4 結語

在鄭萬高速鐵路湖北段的建設實踐中，引入互聯網+創新理念，利用大數據技術，實現了對混凝土生產和使用進行全過程、全覆蓋的管理前置或事先控制；實現了對高速鐵路混凝土品質的信息化管理；創新了高速鐵路混凝土質量管理模式，有效提升了高速鐵路混凝土的品質。

在該工程的建設過程中，發現還存在各施工單位的混凝土品質參差不齊、管理水平和評價體系不完善、信息系統管控力度不夠等問題，須在今后的工作中不斷探索優化。