水利工程質量檢測系統設計研究

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摘要:針對目前水利工程質量檢測工作中存在的檢測人員數量缺乏、檢測質量不足、檢測工作不夠規范化、檢測信息滯后和檢測信息不對稱等問題，基于大數據，通過對信息的數據化及各種數據的收集、處理和分析，結合水利工程質量檢測的業務流程和數據流程，設計水利工程質量檢測管理系統。該系統能夠促進水利工程質量檢測的規范化、提高質量檢測的效率，為水利工程高質量建設提供保障。

關鍵詞:水利工程;大數據;質量檢測;系統設計

材料質量是影響水利工程質量的直接因素，對工程材料實行現場取樣和送檢可以在一定程度上保證其質量［1-2］。但在現場見證取樣送檢實施過程中，由于監管人員及監管強度不足、部分單位投機取巧，經常出現取樣檢測產品和總體產品質量相差很大的情況，最終導致工程質量產生重大安全隱患。工程檢測是工程管理的重要組成部分，必須進一步完善工程質量檢測和管理監督制度，對檢測過程和檢測行為加強管理，加大對虛假檢測報告行為的打擊力度［3］。當今正處于信息大爆炸的時代，大數據改變著人們的生產生活方式和思維方式［4-6］。伴隨著物聯網和移動互聯網的快速發展，數據量與日俱增，數據處理能力也隨之迅速發展，與之相伴而生的還有云計算。為了實現信息化、精細化管理，各個行業都逐漸開始借助大數據進行分析決策。大數據的價值不在于“大”而在于“有用”，從這些龐大的數據中發現數據的價值更加重要［7-10］。對于許多行業而言，如何利用這些大規模數據并從中篩選出有效信息是贏得競爭的關鍵，水利行業更是如此。水利工程建設和管理工作每天都產生大量的數據，如檢測數據、施工工藝參數等，具有數據量龐大、數據類型眾多、數據處理速度要求快等特點，且隨著時間的積累，數據量不斷增加，包括工程的類型、等級、工程量、用途，參建單位信息，以及工程的檢查記錄和發現的問題等。因此，實現水利工程質量大數據管理是必然發展趨勢，基于大數據理論可將工程建設產生的各項數據進行綜合采集、處理、分析與應用［11］，提高管理效率。本文從水利工程質量檢測出發，對相關信息(工程信息、單位信息、人員信息、機械信息、檢查記錄等)進行數據化，對這些數據進行存儲、處理和分析，并以此為基礎設計基于大數據的水利工程質量檢測體系，為增強水利工程質量監督力度、提高質量管理效率和工程質量提供參考和幫助。

1相關信息數據化

1.1基礎信息數據化?；A信息是開展質量檢測管理的基礎，與其相關的基礎信息數據包括工程信息、委托單位信息、檢測單位信息、質監單位信息、人員信息等。(1)工程信息。包括工程名稱、行政區域、詳細地址、工程性質、工程類別、工程等級、用途等。(2)委托單位。包括單位名稱、參建項目、單位法人、聯系方式等。(3)檢測單位。包括單位類型、單位名稱、資質等級、聯系人、地址、聯系電話等。(4)質監中心。包括機構名稱、機構屬性、行政區域、主管部門、監督職能等。(5)人員信息。包括姓名、性別、職務、職稱、聯系電話等。1.2管理內容數據化。關于質量監督管理的內容和邊界，各個層級的法律文件中有明確規定并做出了相應的解釋。根據《水利工程質量管理規定》等相關法律法規及規范性文件的要求，對涉及項目法人、檢測單位、施工單位、監理單位的質量管理內容進行數據化［12］。1.2.1與項目法人相關的管理內容。項目法人主要從質量體系建立、運行的角度對工程實體的質量檢查情況等進行分析。(1)是否成立了專門的質量管理機構，質量管理人員的數量和專業水平是否滿足工作需要。(2)質量管理制度的實施情況，如質量責任制、質量評定等。(3)質量管理工作是否有效，對參建單位的質量管理情況進行調查。(4)質量監督手續的辦理、項目劃分的核備、外觀質量評定報備是否及時。(5)是否對施工自檢和監理平行檢驗進行檢查。(6)分部、單位工程的驗收等法人驗收工作是否及時，將驗收結論及時報給質監中心。1.2.2與監理單位相關的管理內容。(1)在現場的監理單位人員需要與投標人員一致，如有人員變更要辦理相關手續。(2)現場監理人員要具備相關的資質證書，持證上崗。(3)崗位責任制度、監理例會制度、工程抽檢等實施情況。(4)監理工程師需按照合同要求是否駐工地。(5)監理人員應熟悉質量標準，根據規定對某些工序采取旁站的方式監督。(6)對與質量有關的問題進行詳細記錄。(7)從原材料、中間產品到工程設備，采用平行檢測和跟蹤檢測的方法，進行核驗、驗收。1.2.3與施工單位相關的管理內容。(1)項目部是否配備了質量檢測工作人員。(2)包括工程質量檢驗評定、原材料、中間產品等制度。(3)明確施工自檢計劃，如主要材料的檢測次數、指標、取樣方式等。(4)項目經理、技術負責人、質檢人員按合同要求駐工地，質檢人員必須熟悉各項質量標準。(5)對“三檢制”的落實情況。(6)原材料、中間產品和單元(工序)工程質量檢測結果及時送交監理單位復核。1.2.4與檢測單位相關的管理內容。(1)檢測單位的資質等級和業務范圍應符合要求，檢測人員需獲得對應的資格證書。(2)對國家要求強制檢定的計量器具進行檢定。(3)實驗室條件必須符合標準，應配有質量手冊、程序文件、作業指導書。(4)把檢測合同、委托單、原始記錄和檢測報告統一編號并歸檔，并將不合格的項目單獨設立為不合格臺賬。(5)檢測報告要有專人進行蓋章、簽名確認。

2數據的采集、存儲、處理和分析

2.1數據采集。傳統的數據采集方式得到的通常是樣本數據，至今樣本思維還很普遍，根本原因是傳統的手段很難進行大規模的全樣本采集，且成本高、效率低。而到了大數據時代，很多信息得以實時數據化并及時上傳，采用相應的技術就可以快速、高效地處理海量數據［13］。質量檢測相關的數據由于涉及的工程類型多樣、檢查事項多，而進行質量檢測的工作人員水平參差不齊、判斷標準不一、文字表述各不相同，從而形成一些無效數據。由統計方面的知識可知，采用全樣本數據可以避免人為地剔除一些數據所帶來的誤差，由此得來的結果更有說服力。與質量檢測管理體系相關的數據包括與工程材料直接相關的參數、與工程質量相關的標準規范和法律法規。工程質量相關數據主要采用傳感器采集，如通過傳感器采集壓力機、萬能試驗機等設備上的質量檢測信息，如混凝土抗壓試驗、鋼筋抗拉試驗等數據。檢測系統采集單位的基本信息，如檢測單位的單位名稱、地址、聯系人、聯系電話，檢測人員的信息，設備的信息等。標準規范和法律法規主要通過網絡搜索采集，或者在實體店或線上購買相關紙質文件，如資料名稱、資料類型、單位、時間、資料內容等。為了保證樣品真實可靠，必須對取樣及運輸過程進行跟蹤，在樣品上粘貼二維碼記錄樣品的基本信息并對樣品進行定位，方便檢測機構進行比對。試驗機等檢測設備能完成對工程質量檢測相關試驗力值數據的完整處理，包括:試驗數據自動采集處理;試驗數據檢索及數據導入;試驗數據應該按照國家有關的現行標準及規定處理;依據檢測單位的管理要求對檢測試驗數據進行各種統計、匯總及數值分析等;對試驗數據采集工作進行自動化管理。2.2數據存儲與處理。本就龐大并且還在不斷激增的數據量，對存儲技術是一個很大的挑戰，單臺計算機不可能完成這樣的任務，必須采用分布式架構。而適用于大數據的相關技術，包括大規模并行處理(MPP)數據庫、數據挖掘、分布式文件系統、分布式數據庫、云計算平臺、互聯網和可拓展的存儲系統。受各種條件的限制，有時會用上萬臺平價電腦存儲數據以降低成本，但考慮到數據的安全性和可靠性等方面的問題，一般會在不同節點存儲多份數據副本。為了避免采集來的數據發生缺失、錯誤等情況，可以采用數據同步的方式將其錄入數據庫。針對文本格式的數據，進行統計分析、數據格式的整理，按照規范格式錄入數據庫;針對紙質文檔的數據，通過數據信息化或文件掃描的形式，歸檔進入數據庫。經過規范的數據整理和數據“清洗”、數據抽取、數據轉換等一系列步驟后，整理出規范、一致的數據信息。2.3數據分析。數據分析就是利用統計學方法對質量檢測獲得的大量數據進行統計學分析，結合實際情況加以理解和消化，把數據背后的信息提煉出來并加以歸納總結，方便管理相關人員做決策。傳統的分析方式較為單一，且依賴個人經驗做決策。在過去信息有限、獲取信息成本高昂，而且沒有數字化的時代，傳統的方式便捷且合理。但是現在隨著水利工程質量監督檢查活動的不斷開展，已經積累了大量的檢測數據，海量數據既給數據分析帶來了機遇，也帶來了困難。在質量檢測中，應用大數據理論對相關的檢查數據進行分析和處理，有助于管理單位及時把握產品質量及相關單位的質量管理情況，提高質量管理效率。傳統數據分析數據量小，分析人員可以對數據做精準分析，甚至細化到單條記錄。大數據思維下的數據分析，首先是對已有的水利工程監督數據、工程信息、檢測機構、人員信息、檢測進行采集，同時考慮數據的重復和空值情況，并對數據進行相應處理;其次是通過一些現成的軟件進行參數設計、邏輯設計、結構設計，形成數據分析模型;最后是展示分析結果。通過問題情況、單個工程、企業分析、檢查情況、問題處理等分析，得出存在的主要問題及處理情況，為水利工程質量管理決策提供科學的數據支撐。(1)檢查問題。涉及質量監督手續、工程監理制、質量管理體系、工程項目劃分、質量評定標準、設計質量管理、質量檢查和檢測、工程質量驗收、資質等級、質量保證體系、施工質量、工程實體質量、安全保證體系等方面。(2)單個工程。對所有工程以及各個類型進行分析后，可以得出工程中存在的問題，每個具體工程的問題點會存在一些差異。(3)企業情況。通過一個企業的信用等級和服務程度，可以查看管理制度以及質量保證制度是否完善，最終體現在工程現場是否存在問題。應用數據分析技術，可以對企業在水利工程建設過程中存在問題及處理情況等相關數據進行整理和分析，從而對企業的信息評價體系提供相應數據支持。(4)檢查情況。采用直方圖和折線圖等工具，從總體角度分析指定日期區間檢查情況的變化趨勢。(5)工程質量。水利建設涵蓋河道、水庫、農水、小水電等工程。不同的工程類型，其主要建筑物及功能用途均不相同。通過不同工程類型總體分析，發現哪類工程的問題相對較多，對該區域的質量檢查工作重點安排。(6)實體質量。實體產品質量是保證企業持續良好發展的必要條件，但在當前的社會環境中，各種假冒偽劣產品充斥市場，影響了水利工程質量和生命財產安全。因此，必須加強對實體質量監督檢查數據分析。(7)過程質量。在質量檢測過程中，檢查人員應根據目標要求、相關規范要求，采用合適的數據分析手段對檢測結果數據進行分析，防止檢測過程中各種因素對工程質量產生不利影響;對工程質量存在的波動和變化，可以通過趨勢圖對造成工程質量的時間點進行控制;針對過程中存在的薄弱環節和缺陷，可以利用因果分析法對質量監督工作進行調整，使監督檢查更加具有針對性。

3水利工程質量檢測管理系統設計

3.1業務流程。一個完整的業務流程包括各個機構、部門及其相關的業務處理。針對水利工程質量檢測監督工作，通過對質量檢測管理系統初步的需求分析，主要使用和參與對象為施工單位、監理單位、檢測單位以及質檢中心，圍繞這些單位進行業務流程分析并繪制業務流程圖，如圖1所示。3.2數據流程。數據流程是數據在整個質量檢測管理工作過程中數據的流動方向，包括數據的產生、數據的處理、數據的存儲等;數據流程是在業務流程圖的基礎上得到的，它是質量檢測管理系統的重要組成部分，通過數據流程可明確各單位的具體工作內容，可為整個系統的建立奠定基礎。水利工程質量檢測管理系統數據流程如圖2所示。3.3質量檢測管理系統。為了結合大數據實現水利工程質量檢測的信息化管理，根據水利工程質量檢測業務的需要，將質量檢測管理系統分為質檢中心、檢測單位和委托單位三大功能模塊。質檢中心包含基本信息、系統管理、模板管理、基礎數據設置、查詢統計與臺賬、設備管理和數據處理分析。其中，基本信息是為質監中心方便管理設置的，包括“監督人員”“檢測機構”“工程項目”;系統管理是由系統管理員設置好各單位資料和權限，包括個人資料、人員權限、日志信息和系統初始化等;模板管理是為了方便數據的收集和處理設置的統一的表單，包括混凝土工程類、巖土工程類、金屬結構類、量測類、現場檢測類、機械電氣類等;基礎數據設置是為了達到統一設置和維護，由系統管理員統一進行設置的，包括“收費價格設置”和“檢測編號前綴設置”等;查詢統計與臺賬包括“查詢統計”和“統計臺賬”;設備管理中主要包括“設備臺賬”“設備檢查和維護記錄”“設備使用記錄”和“設備使用記錄查詢”;數據處理分析指的是利用數學建模技術實現對系統內海量數據的統計分析，建立鋼筋、水泥和混凝土等主材料的檢測數據的質量分析，提高對工程質量管理的決策支持，包括“報告分析”“檢測類型統計分析”“委托類型統計分析”“檢測單位分析”“從業人員分析”“工程質量分析”“混凝土質量分析”“鋼筋質量分析”和“溫濕度分析”等。檢測單位功能模塊包含系統管理、業務處理和信息填寫。系統管理與質檢中心類似，但只包含“個人資料”和“日志信息”功能;業務處理是為檢測單位設置的，包括委托任務管理、任務分配管理、試驗檢測管理和檢測報告管理，檢測單位業務處理流程如圖3所示;信息填寫是要將本單位的資質信息、人員資質和設備等基本信息錄入系統。方便數據的收集和處理設置的統一的表單，包括混凝土工程類、巖土工程類、金屬結構類、量測類、現場檢測類、機械電氣類等;基礎數據設置是為了達到統一設置和維護，由系統管理員統一進行設置的，包括“收費價格設置”和“檢測編號前綴設置”等;查詢統計與臺賬包括“查詢統計”和“統計臺賬”;設備管理中主要包括“設備臺賬”“設備檢查和維護記錄”“設備使用記錄”和“設備使用記錄查詢”;數據處理分析指的是利用數學建模技術實現對系統內海量數據的統計分析，建立鋼筋、水泥和混凝土等主材料的檢測數據的質量分析，提高對工程質量管理的決策支持，包括“報告分析”“檢測類型統計分析”“委托類型統計分析”“檢測單位分析”“從業人員分析”“工程質量分析”“混凝土質量分析”“鋼筋質量分析”和“溫濕度分析”等。檢測單位功能模塊包含系統管理、業務處理和信息填寫。系統管理與質檢中心類似，但只包含“個人資料”和“日志信息”功能;業務處理是為檢測單位設置的，包括委托任務管理、任務分配管理、試驗檢測管理和檢測報告管理，檢測單位業務處理流程如圖3所示;信息填寫是要將本單位的資質信息、人員資質和設備等基本信息錄入系統。

4結語

以質量檢測為起點探索水利工程質量檢測管理的路線，對于解決當前水利工程質量管理中存在的問題、重建質量管理模式具有重大的現實意義。(1)提高質量管理的水平和效率。質量監督部門可以隨時對檢測機構提交的檢測結果進行查看，對工程項目的質量了如指掌，從而提高工程質量管理水平和工作效率。(2)規范各檢測單位的行為。通過對檢測機構進行企業資質、人員資質、檢測設備方面的審核，以及按照規范文件指定一套檢測活動的范本，由此可淘汰一部分不具備相關資格的企業，凈化行業環境，提高檢測行業進入門檻。(3)使工程質量的評定更科學、更準確。通過應用檢測管理系統，能使工程質量的判定過程更及時、更準確，檢測結果可作為評判工程質量的重要依據。(4)提高工程檢測管理及統計分析的技術水平。系統將龐大的工程檢測數據進行統一的電子化管理，檢測信息可進行自動比對、統計和分析，為相關機構提升管理水平提供決策支持。

作者:鄭旭明 劉東曉 譚柏賢 呂藝生 范天雨 單位:1.珠海市水庫管理中心 2.華北水利水電大學