智能化檢測在工程質(zhì)量檢測中的運用

朱 堅

（南京市江北新區(qū)建設(shè)和交通工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，江蘇 南京 210000）

0 引言

以互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能為代表的新一代信息技術(shù)發(fā)展日新月異，信息化已經(jīng)是當今時代發(fā)展的大趨勢，代表著先進生產(chǎn)力。中國社會率先進入了 5 G 時代，實現(xiàn)了彎道超車。在工程質(zhì)量檢測領(lǐng)域，信息化技術(shù)也得到了大量的運用，可以說信息化全過程檢測管理將是工程質(zhì)量檢測發(fā)展的趨勢。筆者單位從 2000 年開始涉足檢測系統(tǒng)的電子化、信息化，如今逐步添加和完善了信息化檢測系統(tǒng)。在信息化檢測系統(tǒng)中，最重要、最體現(xiàn)價值的是智能化檢測，智能化檢測最大限度地消除人為影響，準確性可靠，安全性風險管控，保存檢測過程中的所有影像和數(shù)據(jù)，具有最大程度的可追溯性與可復現(xiàn)性，可以說實現(xiàn)了檢測的公開、公平、公正和科學。

1 信息化在工程檢測領(lǐng)域的運用

筆者單位工程質(zhì)量檢測信息化系統(tǒng)，主要表現(xiàn)在檢測設(shè)備管理、檢測人員管理、檢測委托（合同）管理、檢測過程管理、檢測報告管理等多方面信息化的運用。

檢測設(shè)備管理的信息化，主要表現(xiàn)在檢測機構(gòu)所有的設(shè)備相關(guān)信息均呈現(xiàn)在檢測信息化系統(tǒng)中，設(shè)備的購置發(fā)票、驗收證據(jù)、檢定/校準單位、檢定/校準證書和有效期、檢定/校準確認書、運行狀態(tài)、授權(quán)操作人員等均為電子化存在系統(tǒng)中。

檢測人員管理的信息化，主要表現(xiàn)在檢測機構(gòu)所有人員的相關(guān)信息均呈現(xiàn)在檢測信息系統(tǒng)中，人員勞動合同、人員學歷學位、教育經(jīng)歷、培訓和考核經(jīng)歷、獎勵和懲處經(jīng)歷、監(jiān)督人員報告、人員授權(quán)文件、資格確認文件等均為電子化存在系統(tǒng)中。

檢測委托（合同）管理，主要表現(xiàn)在客戶遠程委托、取樣見證人員識別、樣品拍照留存、盲樣標識系統(tǒng)、委托協(xié)議與合同樣本管理、合同與委托信息連接、合同（委托）與收費系統(tǒng)連接等。

檢測報告管理的信息化，主要表現(xiàn)在檢測報告的進度查詢、電子報告的出具與打印、收費系統(tǒng)與報告發(fā)放的連接、報告完成的信息發(fā)布、報告的防偽措施、報告的真?zhèn)悟炞C、檢測結(jié)果自動上報管理機關(guān)等。

檢測過程管理的信息化，主要表現(xiàn)在現(xiàn)場檢測定位、檢測人員識別、監(jiān)測樣品盲樣識別、檢測過程環(huán)境監(jiān)控（包括標養(yǎng)室、恒溫恒濕室）、檢測影像保存、檢測數(shù)據(jù)（曲線、圖表等）的保存、檢測過程數(shù)據(jù)實時上傳（如靜載檢測、基坑監(jiān)測等）、檢測過程影像自動上傳等。

智能化檢測設(shè)備的大量接入，是保證檢測過程管理信息化的重要環(huán)節(jié)。

2 智能化檢測的運用

筆者單位的智能化檢測，主要用于混凝土抗壓強度檢測、鋼筋力學性能檢測、鋼筋重量偏差檢測、混凝土抗?jié)B檢測、混凝土強度回彈檢測等［1］。

2.1 混凝土抗壓強度智能化檢測

該系統(tǒng)包括智能檢測控制單元、檢測機器人、標識識別單元、檢測設(shè)備（壓力機系統(tǒng)）、自動清掃單元、數(shù)據(jù)管理單元、通信單元、異常情況告警單元等。

智能檢測控制單元主要由計算機硬件和控制軟件組成，可采用全自動、半自動、手動三種模式。在全自動模式下，各單元連續(xù)運行，實現(xiàn)混凝土試塊（芯樣）從樣品車到檢測到樣品留置全過程自動化。一個智能控制檢測單元+一套檢測機器人可以控制兩臺檢測設(shè)備（壓力機）。

檢測機器人可以完成自動化檢測過程中的樣品抓取、轉(zhuǎn)運、放置等功能。機器手可抓取重量 30 kg，移動速度 1 m/s，有效行程長 4 200 mm，寬 2 200 mm，高 1 500 mm，功率 2.25 kW（220 V）。

標識識別單元能識別委托時打印并貼附在樣品上的一維條形碼或者二維碼，能夠連續(xù)掃描或自感應(yīng)掃描，掃描精度較高，掃描范圍較大。

檢測設(shè)備（壓力機）系統(tǒng)，包括尺寸測量儀和壓力試驗機。尺寸測量儀采用激光測距，測量混凝土試塊（芯樣）的長寬高面等尺寸，尺寸測量精度 0.1 mm。壓力機配有傳送帶、導向帶，把合格與不合格的樣品，分別傳送到不同的樣品留置區(qū)。壓力機最大負荷 2 000 kN，0.5 級精度，位移測量范圍 80 mm，位移分辨力 0.001 mm，力加載速率調(diào)節(jié)范圍（0.005 %～10 %）F·S/s，功率 3.0 kW（380 V）。

自動清掃單元，用于清理每次試驗后上下壓板之間的殘留物。

數(shù)據(jù)管理單元包括數(shù)據(jù)存儲裝置、檢測軟件功能、視頻監(jiān)控功能；能夠進行數(shù)據(jù)采集、存儲、計算、分析、上傳、查詢等功能；能夠自動生成檢測原始記錄和報告模板；在檢測過程中，留有每段檢測影像，可實現(xiàn)預(yù)覽、回放；數(shù)據(jù)存儲裝置要能保證存儲六個月。

通信單元與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相連接，自動生成檢測原始記錄和報告模板共享到檢測軟件系統(tǒng)中、能夠?qū)崟r與監(jiān)管平臺交互相關(guān)信息和數(shù)據(jù)。

異常情況報警單元具備自動監(jiān)控和報警功能，對異常狀態(tài)自動報警：對智能檢測通電情況自動監(jiān)控，斷電時自動報警；檢測系統(tǒng)設(shè)有安全防護圍欄，有人侵入安全防護圍欄，自動異常報警；報警通過聲、光報警器發(fā)出信號，同時發(fā)出報警信號到管理人手機上；異常報警時，系統(tǒng)自動停止。系統(tǒng)對樣品車中的樣品數(shù)量進行自動監(jiān)控，樣品數(shù)量不足時自動報警。

檢測過程：委托時，標貼粘貼在樣品非承壓面，整齊擺放在樣品車上，樣品車推至待檢區(qū)域。樣品標貼信息包括：樣品編號及單個序號、澆筑時間、強度等級、試驗齡期等。機械手抓取樣品，移至掃描識別工位，圖像采集裝置識別樣品標簽，相關(guān)信息解析后發(fā)送到數(shù)據(jù)管理單元。機械手把樣品移至到尺寸測量工位，測量樣品邊長、承壓面平面度、相鄰面的夾角；將尺寸數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)管理單元；尺寸不符合要求，移至到異常樣品存放區(qū)，尺寸符合，移至到壓力機待檢工位。自動清掃裝置清掃壓力機壓板，從待檢工位把樣品推送到壓板中間位置，根據(jù)識別單元上傳的信息，自動調(diào)節(jié)試驗機加荷速度，進行試驗，試驗結(jié)果傳送到數(shù)據(jù)管理單元。整個過程由數(shù)據(jù)管理單元監(jiān)控系統(tǒng)進行拍攝并保存。根據(jù)判定合格與否，最后傳輸帶把樣品傳到合格區(qū)域或者非合格區(qū)域留置。

2.2 鋼筋力學性能智能化檢測

該系統(tǒng)同樣包括智能檢測控制單元、檢測機器人、標識識別單元、檢測設(shè)備（拉力機系統(tǒng)）、自動清掃單元、數(shù)據(jù)管理單元、通信單元、異常情況告警單元等。

檢測機器人可以完成自動化檢測過程中的樣品抓取、轉(zhuǎn)運、放置等功能。機器手最大負載 60 kg，工作半徑 2 050 mm，復位精度＜0.06 mm，效率 20 根/h。

檢測設(shè)備（拉力機）系統(tǒng)，包括尺寸測量儀和拉力試驗機。尺寸測量儀采用光柵接觸測量，測量樣品的寬度、厚度，計算橫截面積，尺寸精度 3 μm。拉力機最大負荷 1 000 kN，0.5 級精度，橫梁位移速度調(diào)節(jié)范圍（0.005～200）mm/min，位移示值誤差 0.5 % 以內(nèi)，力加載速率調(diào)節(jié)范圍（0.05 %～5 %）F·S/s，功率 12 kW（380 V）；拉力機配有全自動縱向引伸計，標距范圍（15～205）mm，變形量 100 mm，分辨力 0.000 5 mm，夾持范圍（0.2～40）mm，準確度 0.5 級。拉力機夾具采用液壓平推夾具，夾持力 1 200 kN，開口 80 mm，可夾取最大 50 mm 直徑的棒材，40 mm 厚的板材。

自動清掃單元，用于清理每次試驗后上下鉗口之間的殘留物。

檢測過程：檢測用樣品標貼粘貼在距離鋼筋端頭 100 mm 左右，整齊擺放在試樣架上，試樣架推至待檢區(qū)域。樣品標貼信息包括：樣品編號及單個序號、鋼筋牌號、公稱尺寸等。機械手抓取樣品，移至掃描識別工位，圖像采集裝置識別樣品標簽，相關(guān)信息解析后發(fā)送到數(shù)據(jù)管理單元。機械手把樣品移至到尺寸測量工位，測量樣品寬度厚度；將尺寸數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)管理單元，計算樣品橫截面積；實際結(jié)果與委托信息不一致，移至到異常樣品存放區(qū)，信息一致，移至到拉力機前。自動清掃裝置清掃壓力機鉗口之間，機械手將樣品垂直送到拉力機上下鉗口中間，上下鉗口關(guān)閉，根據(jù)識別單元上傳的信息，自動調(diào)節(jié)試驗機加荷速度，進行試驗（非接觸式引伸計測量延伸率）。試驗結(jié)果（力值和延伸率）傳送到數(shù)據(jù)管理單元。如果有斷面收縮率測量參數(shù)，機械手將樣品斷面移至尺寸測量工位測量。整個過程由數(shù)據(jù)管理單元監(jiān)控系統(tǒng)進行拍攝并保存。根據(jù)判定合格與否，最后把樣品移至合格區(qū)域或者非合格區(qū)域留置。

2.3 鋼筋重量偏差智能化檢測

鋼筋重量偏差檢測設(shè)備具備半智能化檢測能力。設(shè)備采用激光光柵、機器視覺、圖像識別、深度學習和云計算技術(shù)，實現(xiàn)對樣品的長度、重量同時識別與測量，可智能去除樣品上標簽的影響，自動記錄與報告，檢測照片自動保存，檢測結(jié)果自動推送到檢測軟件系統(tǒng)。樣品長度最大可達 620 mm，長度測量精度±1 mm，重量測量精度±0.5 % 且≤5 g，檢測范圍為公稱直徑 6 mm 到 50 mm。

檢測過程：設(shè)備連接網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備開機后需要檢測的任務(wù)編號自動傳入設(shè)備，檢測時需要選擇任務(wù)編號。設(shè)備開機后，設(shè)備自動記錄空倉質(zhì)量，人工把 5 根樣品放入設(shè)備，按啟動按鈕，設(shè)備通過激光光柵測量樣品長度，通過電子秤稱出樣品總重量，然后自動計算出結(jié)果。過程中的影像自動保存，單個數(shù)據(jù)與總數(shù)據(jù)自動推送到檢測軟件，設(shè)備也可以打印出記錄與報告。

2.4 混凝土抗?jié)B智能化檢測

全自動混凝土抗?jié)B儀也屬于半智能化檢測設(shè)備。設(shè)備一次可以檢測 4 組試件，每組試件可以單獨裝拆，互不影響。設(shè)備實現(xiàn)電腦控制，自動加壓，自動檢測漏水，自動判斷結(jié)果，自動記錄結(jié)果，自動上傳信息，自動出具記錄與報告，包括試驗壓力、漏水壓力、檢測時間與過程曲線。設(shè)備試驗壓力為 1.2 MPa/2.4 MPa，壓力分辨率為 0.01 MPa；壓力保持誤差為±0.05 MPa；試件密封最大壓力為 4.0 MPa；采用水密封形式，可 4 組同時密封，密封時間不超過 5 min，并且安全穩(wěn)定。

該設(shè)備最大的特點就是全過程由計算機自動控制，一鍵操作，無需涂抹密封材料，自動密封、自動逐級加壓、自動恒壓、自動裝脫模、自動診斷漏水。

檢測過程：設(shè)備連接網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備開機后需要檢測的任務(wù)編號自動傳入設(shè)備，在控制電腦上分別設(shè)置每個倉位的任務(wù)單編號，對應(yīng)地把樣品放入到樣品倉中。完畢后點擊開始按鈕，設(shè)備自動運行，直到出結(jié)果。

2.5 混凝土強度回彈智能化檢測

混凝土強度智能化回彈儀也屬于半智能化檢測設(shè)備。設(shè)備由機械回彈儀部分、數(shù)據(jù)采集與傳送模塊兩部分組成，具備多元化輸入模式；1 000 個構(gòu)件存儲容量；內(nèi)置三軸陀螺儀，自動判斷角度，完成數(shù)據(jù)修正，免去角度參數(shù)手動輸入；測區(qū)回彈值與強度換算，即彈即得；支持不完整測區(qū)隨時查看結(jié)果；藍牙可連接手機 APP 數(shù)據(jù)、檢測時間等信息隨時上傳；藍牙連接打印機隨時打印記錄結(jié)果；自動記錄率定結(jié)果，判斷設(shè)備校正結(jié)果；內(nèi)置 GPS，自動記錄檢測位置。

檢測過程：檢測前，率定設(shè)備，自動記錄率定結(jié)果并判斷校正結(jié)果。檢測前可批量錄入需要檢測的任務(wù)編號、檢測部位位置；也可每個構(gòu)件單獨錄入；可按錄入順序批量回彈，數(shù)據(jù)自動保存數(shù)據(jù)、檢測時間，并上傳檢測軟件；也可按單個構(gòu)件的測區(qū)進行檢測。檢測后，仍然可以自動記錄率定數(shù)據(jù)，判定設(shè)備校正結(jié)果。

3 智能化檢測的不足與展望

目前，智能化檢測在工程質(zhì)量檢測領(lǐng)域參與度還不足，參與項目還比較少。現(xiàn)有智能化檢測設(shè)備與普通檢測設(shè)備相比，價格要高很多，性價比并不最優(yōu)。現(xiàn)有智能化檢測設(shè)備還不完全智能，只能按照原有設(shè)定的程序進行，一旦標準有變化、或者檢測過程有突發(fā)情況，使用者沒有辦法自己處理。部分智能化設(shè)備人工參與度還較高，并不能完全消除人為影響。現(xiàn)有智能化設(shè)備都比較精細，高精度、高集成，零件越多、環(huán)節(jié)越多、集成度越高，發(fā)生故障的概率越大，一旦發(fā)生故障，都要求生產(chǎn)廠家維護和維修，耽誤時間，并且產(chǎn)生較高的費用。

但智能化符合“工業(yè) 4.0”戰(zhàn)略，是不可逆轉(zhuǎn)的時代潮流，必將為檢測行業(yè)發(fā)展注入活力，帶來行業(yè)的巨大變革。對于檢測行業(yè)來說，應(yīng)依托于計算機網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)，大力推進智能化儀器生產(chǎn)、實驗室升級和數(shù)字化平臺建設(shè)，通過工業(yè)大數(shù)據(jù)的感知、匯聚與處理，尤其是融合獨特的視覺處理技術(shù)帶來的精準定位，通過機器人智能分析、推理、判斷、構(gòu)思、決策，打造實驗室自動化的基礎(chǔ)生態(tài)。尤其應(yīng)有更多人機交互的功能，比如儀器維護提醒、異常數(shù)據(jù)的識別、更多的醒目的潛在干擾提示，以及合理的推薦方案等（如干擾方程、多譜線選擇），讓使用者心中有數(shù)，心里不慌。

4 結(jié)語

面對國際新形勢、國家新要求，檢測機構(gòu)應(yīng)與時俱進，牢牢抓住新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革重要機遇，大膽地嘗試和摸索，充分發(fā)揮科技創(chuàng)新的滲透性、擴散性、顛覆性作用，在發(fā)展方向、目標、路徑上堅持向科技創(chuàng)新要方法、要答案，堅持以智能化檢測的實踐為基礎(chǔ)，面向國家重大深入實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，推動技術(shù)創(chuàng)新一體化布局，加快促進科技成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)力，加快檢測行業(yè)往智能化方向健康發(fā)展。Q