網絡一體化管理信息系統(tǒng)在鉆探注漿工程管理中的開發(fā)實踐

原連成，康佳男

（焦作市神龍水文地質工程有限公司，河南 焦作 454000）

隨著發(fā)展進步，地質鉆探及注漿技術已被廣泛應用到采礦、建筑、公路、隧道等行業(yè)。近10多年來，煤炭開采隨著深度不斷增大，在以“預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水方針指導下，鉆探注漿技術又深入更加廣闊的應用空間，已成為煤礦防治水工作不可或缺的手段[1-3]。

信息化管理已涉及各個行業(yè)，且深入至煤礦企業(yè)管理的多個業(yè)務領域，防治水管理也不例外，然而，對于專業(yè)從事防治水工程施工管理企業(yè)來說，此類工程存在專業(yè)性強、多點施工、異地管理、資料繁雜、成果各異，且管理過程需要長期跟蹤、成果持久利用等特點，這無疑造成了統(tǒng)一化協(xié)調管理的困難，大大增加了一體化管理系統(tǒng)的內容和功能維度及關聯(lián)復雜度，造成目前國內外尚未出現(xiàn)行業(yè)內集生產與技術管理于一身的一體化管理信息系統(tǒng)，從而使企業(yè)實現(xiàn)由“粗放型”管理轉變?yōu)楹啙嵏咝У摹氨馄交薄ⅰ凹s式”的工程管理模式。為此目標，網絡一體化鉆探注漿工程管理信息系統(tǒng)應勢而生[4-8]。

1 網絡信息化管理的可行性

隨著互聯(lián)網技術深入發(fā)展，移動數(shù)據(jù)網絡將實現(xiàn)更加穩(wěn)定快速的全面覆蓋，云計算模式提供了優(yōu)質的可擴展計算、存儲、網絡訪問等服務，任何人可隨時隨地提供或使用各類信息。在此基礎上，利用成熟的網絡及移動應用開發(fā)技術，為企業(yè)“量身定制”網絡化信息管理平臺，使得相關工程管理中各類信息的獲取和提供做到快速、準確、全面、統(tǒng)一，可助力企業(yè)實現(xiàn)高效的管理、快速的計算、實時化運作、自動化成果、持久化服務，提高企業(yè)市場競爭力[9-10]。

網絡信息化管理模式下，可滿足鉆探與注漿工程管理如下需求：①實現(xiàn)設計→施工→成果利用的全過程一體化管理；②生產信息無障礙實時傳輸、永久記錄，各類人員可隨時隨地權限內查閱工程信息，方便異地管理；③技術和生產信息共享，實現(xiàn)無縫銜接的“三邊”（邊勘查施工、邊整理資料、邊修改設計）地質管理；④不同層次管理人員能快速獲取所需的特定格式的信息，快速輔助處理各種成果資料，提供便捷地生產指導和決策支持；⑤生產、技術數(shù)據(jù)經過累積后，不僅提供綜合利用服務，經過一定數(shù)據(jù)積累后還可進行數(shù)據(jù)挖掘，從而獲取持續(xù)改進生產和管理的經驗積累，不斷提高企業(yè)施工質量及管理水平。

對于諸多在傳統(tǒng)管理模式下難以實現(xiàn)的突破時空限制而又高效協(xié)同協(xié)作的管理需求，在如今成熟的網絡信息化技術支持下，實現(xiàn)對鉆探注漿工程的全過程、技術與生產無縫融合、科學高效的扁平式一體化管理成為可能。

2 管理系統(tǒng)的一體化設計

2.1 一體化系統(tǒng)結構

一體化的設計是要實現(xiàn)一個有機系統(tǒng)，綜合考慮各管理環(huán)節(jié)、管理部門以及資料處理等方面的信息需求，構建一個數(shù)據(jù)中心（也是邏輯計算中心），不僅使管理流程（如地質“三邊”管理、工程各階段）的各環(huán)節(jié)之間共享數(shù)據(jù)，還要讓不同管理部門（如生產管理部門、技術管理部門）之間共享信息，另外，為了讓系統(tǒng)更具實際應用價值，還要有機地集成用于成果分析、圖文生成等功能性軟件（如地質鉆孔綜合柱狀圖生成），且共享使用數(shù)據(jù)中心提供的數(shù)據(jù)，避免在功能軟件中再次錄入，導致重復工作和引入錯誤。系統(tǒng)的一體化設計邏輯結構示意如圖1。

圖1 系統(tǒng)設計邏輯結構示意圖Fig.1 Logical structure diagram of system design

在云主機上運行的WampServer（Apache+PHP+MySQL）集成服務套件，提供了Web服務器、PHP解釋器以及MySQL數(shù)據(jù)庫，Web服務器接收到用戶請求后，將指定組件（邏輯計算中心）文件交給PHP解釋器解釋執(zhí)行，解釋器將其中訪問數(shù)據(jù)庫的指令交給MySQL數(shù)據(jù)服務器，在執(zhí)行過SQL指令后，獲得的數(shù)據(jù)再逐級返回，再由邏輯計算中心處理后，最終以用戶需要的信息格式（圖、文、表等）呈現(xiàn)，同理，相反的數(shù)據(jù)流向將實現(xiàn)相關信息的數(shù)據(jù)保存。各用戶端（如：電腦、手機、平板等）通過互聯(lián)網訪問云主機，實現(xiàn)隨時隨地存儲、獲取相關信息。統(tǒng)一存儲在云端數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，由邏輯計算中心處理，負責為用戶組合、處理、生成合乎要求的信息格式，實現(xiàn)流程的不同環(huán)節(jié)（或不同施工階段）之間、各管理部門之間、各功能性軟件之間最大限度無障礙共享數(shù)據(jù)。另外，云計算服務是以按需分配（并計費）來提供計算、存儲、流量等單元的服務機制，可以滿足業(yè)務不斷發(fā)展的可擴展性系統(tǒng)硬件需求。

2.2 數(shù)據(jù)庫

一體化設計既要保證包容足夠多的事物對象，以滿足內容豐富、形式各異的功能需求，又要兼顧長期使用條件下優(yōu)異的訪問性能，還要考慮程序實現(xiàn)的難度、穩(wěn)定性、擴展性，這就需要分析設計一個簡潔而又精巧的數(shù)據(jù)庫結構，是一體化管理的數(shù)據(jù)基礎。這里采用少實體（entity）、多屬性（attribute）、多關聯(lián)（relation）的設計原則。其中實體即數(shù)據(jù)庫表，屬性即表中的字段，關聯(lián)即表之間的關系。

設計鉆探注漿工程的管理數(shù)據(jù)庫，鉆孔無疑成為最主要的實體，以鉆孔的生命周期為主線進行擴展、延伸，從而分析得出系統(tǒng)必不可少的相關實體。在工程設計階段，首先應建立‘工程’（帶上單引號表示為實體，下同），用于管理‘鉆孔’，而在設計鉆孔時，需要為其賦與‘地層’，而‘標志層’是系統(tǒng)中將‘地層’自動按‘地層時代’劃分的必要基礎，為了更方便管理，又將‘標志層’歸屬到‘區(qū)域’，而‘工程’則一定是在某一‘區(qū)域’進行，建立工程時選擇了‘區(qū)域’，即選擇了用于地層時代劃分的基礎，對‘工程’中的所有‘鉆孔’均適用，由這些實體組成為系統(tǒng)有機體，使后續(xù)的鉆孔資料處理過程無須再額外關心這些繁瑣的問題，這樣的設計體現(xiàn)了一體化系統(tǒng)的優(yōu)越之處。另外，‘鉆孔’相關的‘巖心編錄’、各種‘煤與瓦斯實驗’、施工‘日志’等實體可通過分析鉆孔施工過程提取而來。數(shù)據(jù)庫設計E-R圖如圖2。

圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計E-R圖Fig.2 E-R diagram of database design of the system

同樣，因為是一體化的設計，‘鉆孔’（也包括其它實體）需要包含足夠多的屬性。鉆孔有地面勘探孔、工程孔、水源孔、井下鉆孔、地面垂直鉆孔、地面定向分支孔、地面大頂角斜孔等多種類型，它們的技術參數(shù)（抽象為實體的屬性）也不盡相同，這需要體現(xiàn)在同一數(shù)據(jù)表中。例如開孔方位、傾角在井下鉆孔是常用屬性，而對于地面豎直孔卻是多余的，但仍須按“多屬性”原則予以保留。

“多關聯(lián)”意味著更多的實體間的關系，必要的相互關聯(lián)的實體構成了一個有機的一體化系統(tǒng)。前述的實體分析的過程也是一個“順藤（關聯(lián)）摸瓜（實體）”式的分析過程。沒有關聯(lián)的孤立實體，在系統(tǒng)中存在的作用也不大。一些復雜的關聯(lián)（實體間的多對多關聯(lián)）還需要抽象為實體，例如，人員在施工鉆孔中的職責，其實是人員、鉆孔、職責3類實體間的多個“多對多”關聯(lián)，為了簡化，抽象為實體后，可以輕松存在“張三在1號鉆孔任項目經理”，同時可以存在“張三在2號鉆孔任技術員”或者“李四在1號鉆孔任記錄員”這些表達，等等。同時，這也為鉆孔數(shù)據(jù)的訪問控制機制提供了結構上的支持。

另外，為了保證系統(tǒng)良好的可擴展性和穩(wěn)定性，將實體屬性（表的字段）設計為“多義”屬性，增強其“通用”性，在特定工作類型下賦與特定的意義，這樣使鉆探和注漿施工的多種工作內容及相關數(shù)據(jù)可融合到一個實體中管理，這樣容易實現(xiàn)在相同界面下錄入，還有更大的好處是錄入時允許自定義數(shù)據(jù)類型（例如，在填寫注漿內容時，可以指定一種新材料，材料名稱和單位自行指定）。這樣，避免了一體化設計造成的系統(tǒng)集成后復雜度過高的弊端，盡管這種設計有違數(shù)據(jù)庫設計的3NF范式，相比造就簡潔易用易維護的系統(tǒng)來說還是值得的[11]。

2.3 邏輯計算中心

數(shù)據(jù)的內部存儲形式與數(shù)據(jù)生產者錄入形式及數(shù)據(jù)消費者所需的外部表達形式往往差別很大，這就需要一個邏輯計算中心，它既是數(shù)據(jù)提供中心，也是信息處理中心，不僅負責外來數(shù)據(jù)的格式轉化并保存到數(shù)據(jù)庫，還負責為特定用戶的特定（界面）要求生成相應的信息，為多個流程環(huán)節(jié)、多個部門、多種外接功能軟件提供一致的數(shù)據(jù)（信息）保障。

邏輯計算中心保障了多樣化信息表現(xiàn)形式的需求，使系統(tǒng)體現(xiàn)了圖、表、文并茂的一體化特征。日進度報表包括了當日所有鉆孔的進尺及注漿量，而注漿量包括了不同注漿類型各種注漿材料單孔量、分組小計量、工程合計量及分類累計量，該表還可指定為某一時間段（周、旬、月等）的階段統(tǒng)計表，時間粒度可細化到工作班次。注漿量歷時曲線圖綜合顯示了每日各鉆孔、各材料注漿量直方圖，并將各相關鉆孔水位（水量）歷時曲線自動繪制于直方圖上方，便于直觀對比注漿量與水位（水量）變化的關系，輔助分析工程效果，提供決策依據(jù)。

鉆孔綜合柱狀圖繪制是一項異常繁瑣的工作，這通常會通過在相關軟件中錄入數(shù)據(jù)來自動生成，所幸，在一體化系統(tǒng)管理模式下，生成這樣的圖件將更加簡便，邏輯計算中心會將所有需要的數(shù)據(jù)（鉆孔屬性、簡易水文、綜合鑒定巖性、孔斜、煤層綜合、封孔等），全部總結出來并導出為Excel數(shù)據(jù)文件，在CAD中使用一體化系統(tǒng)提供的繪圖模塊，調用該數(shù)據(jù)文件生成綜合柱狀圖，可謂真正意義上的“自動化”成圖了。如果想要獲得更多的自動化圖形（如鉆孔剖面圖）內容，只需在邏輯計算中心擴展相應的信息生成模塊及外接功能軟件模塊即可。可見，邏輯計算中心的可擴展框架，包含的諸多數(shù)據(jù)處理模塊，組成了對數(shù)據(jù)進行轉換、保存、提取、分類、分析、組合、再加工的信息工廠，它涵蓋了從原始數(shù)據(jù)錄入、保存，到中間成果表現(xiàn)及最終成果輸出等的一體化數(shù)據(jù)（信息）處理全過程。

另外，施工鉆孔計算屬性的自動補齊、“三邊”方法的反饋修改、智能化提醒、3D模型顯示等均由邏輯計算中心作為底層支持，它是系統(tǒng)一體化能力的核心。

2.4 文件管理能力

對數(shù)據(jù)（信息）的收集、存儲、分析、組合、再生成等管理能力，并不能代替對工程生命期內產生的大量文件的管理，這些文件大部分是階段性的成果文件（如：設計用的參考資料文件，設計成果文字、圖紙，施工過程中階段分析報告、驗收單，成果性報告、圖紙等），對這些資料的管理除了具有存檔要求外，還要具有版本追溯能力，手工文件夾管理起來又麻煩又容易混亂，尤其在多人協(xié)作模式下（需要反復修改、審核），時常會遇到因同時修改造成的版本錯亂引起的麻煩，版本管理顯得尤為重要。

使用Visual SVN Server與TortoiseSVN組合實現(xiàn)的文件管理功能非常強大，它原本是用于軟件開發(fā)中的文件管理套件，這里“拿來”用于工程管理日常工作產生的任何類型文件，并可提供文件版本追蹤服務。VisualSVN Server是運行于云主機上的文件管理服務器，TortoiseSVN是運行于用戶端的文件管理終端。

一體化管理系統(tǒng)中，用作實現(xiàn)多人協(xié)作模式下的工程管理文件的管理，同時實現(xiàn)了文件修改歷史版本追蹤，避免多人同時修改導致的混亂。對于每個系統(tǒng)管理的工程，在服務器端建立對應的同名工程（包括用戶），并建立基本的文件夾結構（資料、設計、施工、成果），在用戶端利用管理系統(tǒng)提供的工程文件管理鏈接，打開TortoiseSVN在本地生成工作副本，參與協(xié)作的人員各自在本地副本上工作。任何人工作完成，可用TortoiseSVN提供的右鍵菜單提交到服務器，提交時需注明這個版本所更改的內容、為什么更改等，系統(tǒng)自動記錄版本、提交人、提交時間等信息，提交后，參與工程管理其他管理者可查看、對比該文件在系統(tǒng)中的各個版本，也可與本地版本對比、合并（僅文本類文件）或直接更新到本地，再次工作、提交新版本。這樣系統(tǒng)中就保存了所有提交過的文件，涵蓋從最初到最后的所有版本及更改歷史，協(xié)同工作人員可輕易而舉地獲得任何文件的任何版本，滿足工程管理全生命期的文件管理需求。

3 應用效果

經開發(fā)實踐，網絡化鉆探注漿工程管理信息系統(tǒng)，已實現(xiàn)了防治水工程的鉆探、注漿業(yè)務各類數(shù)據(jù)的格式化錄入、關系化存儲、高速高效處理、多樣化表現(xiàn)、持久化應用等模塊。

系統(tǒng)通過多個工程（包括勘探工程、地面注漿堵水工程、井下堵水及加固工程等）上線運行管理，可以實現(xiàn)生產現(xiàn)場、業(yè)務科室、管理高層之間的信息實時需求、高速傳輸，實現(xiàn)了格式化信息、圖表、技術成果可隨數(shù)據(jù)源頭立傳立得，不僅使生產業(yè)務管理簡潔高效，還使得技術設計、變更直達管理部門及生產現(xiàn)場，更能使生產數(shù)據(jù)、質量進度跟蹤、技術成果處理、管理信息持久存儲、快速查詢利用、管理決策支持，已成為生產及技術部門工程管理者的高效便捷管理工具。

它的應用不僅減輕了技術人員工作負擔，還為高級管理人員提供實時管理支持，而且隨著系統(tǒng)數(shù)據(jù)積累的增加，一體化的綜合利用特性也逐漸顯現(xiàn)，體現(xiàn)了網絡信息時代一體化系統(tǒng)管理的諸多優(yōu)越特性。

4 結 語

鉆探注漿工程的網絡信息化管理系統(tǒng)，外在表現(xiàn)為一個高度集成的一體化系統(tǒng)：①覆蓋了縱向生命周期上從設計到施工，到成果形成、文件管理，再到綜合利用的全流程無縫銜接的管理過程；②橫向上表現(xiàn)為涵蓋了工程每一階段各部門的技術管理和生產管理的無縫融合的有機體。這種外在的一體化性能，完全由合理的一體化的結構設計、易維護的一體化數(shù)據(jù)基礎、以及可擴展的一體化邏輯計算（處理）中心等內在特質所決定。

一體化系統(tǒng)經過幾年來的開發(fā)實踐與應用，其實施應用過程需要注意解決的問題如下：①企業(yè)要改變傳統(tǒng)管理觀念，領導層應給予足夠重視及支持，強化制度建設；②適應新的管理模式，加強應用人員培訓，提高信息化能力，提高參與的深度；③堅持從工程設計之初開始直到工程竣工成果處理的全過程長期應用，形成大數(shù)據(jù)積累后，系統(tǒng)優(yōu)越之處才能逐漸體現(xiàn)；④企業(yè)要有相應資金、技術投入，利用系統(tǒng)的可擴展結構設計，積極發(fā)現(xiàn)并擴展實用功能，提高方便性、易用性；⑤橫向（廣度）上擴展參與，擴大業(yè)務部門數(shù)據(jù)共享（一體化）范圍，充分發(fā)揮信息系統(tǒng)簡單、直接、高速、高效的一體化管理特性。