水利工程质量检测系统设计研究

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摘要:针对目前水利工程质量检测工作中存在的检测人员数量缺乏、检测质量不足、检测工作不够规范化、检测信息滞后和检测信息不对称等问题，基于大数据，通过对信息的数据化及各种数据的收集、处理和分析，结合水利工程质量检测的业务流程和数据流程，设计水利工程质量检测管理系统。该系统能够促进水利工程质量检测的规范化、提高质量检测的效率，为水利工程高质量建设提供保障。

关键词:水利工程;大数据;质量检测;系统设计

材料质量是影响水利工程质量的直接因素，对工程材料实行现场取样和送检可以在一定程度上保证其质量［1-2］。但在现场见证取样送检实施过程中，由于监管人员及监管强度不足、部分单位投机取巧，经常出现取样检测产品和总体产品质量相差很大的情况，最终导致工程质量产生重大安全隐患。工程检测是工程管理的重要组成部分，必须进一步完善工程质量检测和管理监督制度，对检测过程和检测行为加强管理，加大对虚假检测报告行为的打击力度［3］。当今正处于信息大爆炸的时代，大数据改变着人们的生产生活方式和思维方式［4-6］。伴随着物联网和移动互联网的快速发展，数据量与日俱增，数据处理能力也随之迅速发展，与之相伴而生的还有云计算。为了实现信息化、精细化管理，各个行业都逐渐开始借助大数据进行分析决策。大数据的价值不在于“大”而在于“有用”，从这些庞大的数据中发现数据的价值更加重要［7-10］。对于许多行业而言，如何利用这些大规模数据并从中筛选出有效信息是赢得竞争的关键，水利行业更是如此。水利工程建设和管理工作每天都产生大量的数据，如检测数据、施工工艺参数等，具有数据量庞大、数据类型众多、数据处理速度要求快等特点，且随着时间的积累，数据量不断增加，包括工程的类型、等级、工程量、用途，参建单位信息，以及工程的检查记录和发现的问题等。因此，实现水利工程质量大数据管理是必然发展趋势，基于大数据理论可将工程建设产生的各项数据进行综合采集、处理、分析与应用［11］，提高管理效率。本文从水利工程质量检测出发，对相关信息(工程信息、单位信息、人员信息、机械信息、检查记录等)进行数据化，对这些数据进行存储、处理和分析，并以此为基础设计基于大数据的水利工程质量检测体系，为增强水利工程质量监督力度、提高质量管理效率和工程质量提供参考和帮助。

1相关信息数据化

1.1基础信息数据化。基础信息是开展质量检测管理的基础，与其相关的基础信息数据包括工程信息、委托单位信息、检测单位信息、质监单位信息、人员信息等。(1)工程信息。包括工程名称、行政区域、详细地址、工程性质、工程类别、工程等级、用途等。(2)委托单位。包括单位名称、参建项目、单位法人、联系方式等。(3)检测单位。包括单位类型、单位名称、资质等级、联系人、地址、联系电话等。(4)质监中心。包括机构名称、机构属性、行政区域、主管部门、监督职能等。(5)人员信息。包括姓名、性别、职务、职称、联系电话等。1.2管理内容数据化。关于质量监督管理的内容和边界，各个层级的法律文件中有明确规定并做出了相应的解释。根据《水利工程质量管理规定》等相关法律法规及规范性文件的要求，对涉及项目法人、检测单位、施工单位、监理单位的质量管理内容进行数据化［12］。1.2.1与项目法人相关的管理内容。项目法人主要从质量体系建立、运行的角度对工程实体的质量检查情况等进行分析。(1)是否成立了专门的质量管理机构，质量管理人员的数量和专业水平是否满足工作需要。(2)质量管理制度的实施情况，如质量责任制、质量评定等。(3)质量管理工作是否有效，对参建单位的质量管理情况进行调查。(4)质量监督手续的办理、项目划分的核备、外观质量评定报备是否及时。(5)是否对施工自检和监理平行检验进行检查。(6)分部、单位工程的验收等法人验收工作是否及时，将验收结论及时报给质监中心。1.2.2与监理单位相关的管理内容。(1)在现场的监理单位人员需要与投标人员一致，如有人员变更要办理相关手续。(2)现场监理人员要具备相关的资质证书，持证上岗。(3)岗位责任制度、监理例会制度、工程抽检等实施情况。(4)监理工程师需按照合同要求是否驻工地。(5)监理人员应熟悉质量标准，根据规定对某些工序采取旁站的方式监督。(6)对与质量有关的问题进行详细记录。(7)从原材料、中间产品到工程设备，采用平行检测和跟踪检测的方法，进行核验、验收。1.2.3与施工单位相关的管理内容。(1)项目部是否配备了质量检测工作人员。(2)包括工程质量检验评定、原材料、中间产品等制度。(3)明确施工自检计划，如主要材料的检测次数、指标、取样方式等。(4)项目经理、技术负责人、质检人员按合同要求驻工地，质检人员必须熟悉各项质量标准。(5)对“三检制”的落实情况。(6)原材料、中间产品和单元(工序)工程质量检测结果及时送交监理单位复核。1.2.4与检测单位相关的管理内容。(1)检测单位的资质等级和业务范围应符合要求，检测人员需获得对应的资格证书。(2)对国家要求强制检定的计量器具进行检定。(3)实验室条件必须符合标准，应配有质量手册、程序文件、作业指导书。(4)把检测合同、委托单、原始记录和检测报告统一编号并归档，并将不合格的项目单独设立为不合格台账。(5)检测报告要有专人进行盖章、签名确认。

2数据的采集、存储、处理和分析

2.1数据采集。传统的数据采集方式得到的通常是样本数据，至今样本思维还很普遍，根本原因是传统的手段很难进行大规模的全样本采集，且成本高、效率低。而到了大数据时代，很多信息得以实时数据化并及时上传，采用相应的技术就可以快速、高效地处理海量数据［13］。质量检测相关的数据由于涉及的工程类型多样、检查事项多，而进行质量检测的工作人员水平参差不齐、判断标准不一、文字表述各不相同，从而形成一些无效数据。由统计方面的知识可知，采用全样本数据可以避免人为地剔除一些数据所带来的误差，由此得来的结果更有说服力。与质量检测管理体系相关的数据包括与工程材料直接相关的参数、与工程质量相关的标准规范和法律法规。工程质量相关数据主要采用传感器采集，如通过传感器采集压力机、万能试验机等设备上的质量检测信息，如混凝土抗压试验、钢筋抗拉试验等数据。检测系统采集单位的基本信息，如检测单位的单位名称、地址、联系人、联系电话，检测人员的信息，设备的信息等。标准规范和法律法规主要通过网络搜索采集，或者在实体店或线上购买相关纸质文件，如资料名称、资料类型、单位、时间、资料内容等。为了保证样品真实可靠，必须对取样及运输过程进行跟踪，在样品上粘贴二维码记录样品的基本信息并对样品进行定位，方便检测机构进行比对。试验机等检测设备能完成对工程质量检测相关试验力值数据的完整处理，包括:试验数据自动采集处理;试验数据检索及数据导入;试验数据应该按照国家有关的现行标准及规定处理;依据检测单位的管理要求对检测试验数据进行各种统计、汇总及数值分析等;对试验数据采集工作进行自动化管理。2.2数据存储与处理。本就庞大并且还在不断激增的数据量，对存储技术是一个很大的挑战，单台计算机不可能完成这样的任务，必须采用分布式架构。而适用于大数据的相关技术，包括大规模并行处理(MPP)数据库、数据挖掘、分布式文件系统、分布式数据库、云计算平台、互联网和可拓展的存储系统。受各种条件的限制，有时会用上万台平价电脑存储数据以降低成本，但考虑到数据的安全性和可靠性等方面的问题，一般会在不同节点存储多份数据副本。为了避免采集来的数据发生缺失、错误等情况，可以采用数据同步的方式将其录入数据库。针对文本格式的数据，进行统计分析、数据格式的整理，按照规范格式录入数据库;针对纸质文档的数据，通过数据信息化或文件扫描的形式，归档进入数据库。经过规范的数据整理和数据“清洗”、数据抽取、数据转换等一系列步骤后，整理出规范、一致的数据信息。2.3数据分析。数据分析就是利用统计学方法对质量检测获得的大量数据进行统计学分析，结合实际情况加以理解和消化，把数据背后的信息提炼出来并加以归纳总结，方便管理相关人员做决策。传统的分析方式较为单一，且依赖个人经验做决策。在过去信息有限、获取信息成本高昂，而且没有数字化的时代，传统的方式便捷且合理。但是现在随着水利工程质量监督检查活动的不断开展，已经积累了大量的检测数据，海量数据既给数据分析带来了机遇，也带来了困难。在质量检测中，应用大数据理论对相关的检查数据进行分析和处理，有助于管理单位及时把握产品质量及相关单位的质量管理情况，提高质量管理效率。传统数据分析数据量小，分析人员可以对数据做精准分析，甚至细化到单条记录。大数据思维下的数据分析，首先是对已有的水利工程监督数据、工程信息、检测机构、人员信息、检测进行采集，同时考虑数据的重复和空值情况，并对数据进行相应处理;其次是通过一些现成的软件进行参数设计、逻辑设计、结构设计，形成数据分析模型;最后是展示分析结果。通过问题情况、单个工程、企业分析、检查情况、问题处理等分析，得出存在的主要问题及处理情况，为水利工程质量管理决策提供科学的数据支撑。(1)检查问题。涉及质量监督手续、工程监理制、质量管理体系、工程项目划分、质量评定标准、设计质量管理、质量检查和检测、工程质量验收、资质等级、质量保证体系、施工质量、工程实体质量、安全保证体系等方面。(2)单个工程。对所有工程以及各个类型进行分析后，可以得出工程中存在的问题，每个具体工程的问题点会存在一些差异。(3)企业情况。通过一个企业的信用等级和服务程度，可以查看管理制度以及质量保证制度是否完善，最终体现在工程现场是否存在问题。应用数据分析技术，可以对企业在水利工程建设过程中存在问题及处理情况等相关数据进行整理和分析，从而对企业的信息评价体系提供相应数据支持。(4)检查情况。采用直方图和折线图等工具，从总体角度分析指定日期区间检查情况的变化趋势。(5)工程质量。水利建设涵盖河道、水库、农水、小水电等工程。不同的工程类型，其主要建筑物及功能用途均不相同。通过不同工程类型总体分析，发现哪类工程的问题相对较多，对该区域的质量检查工作重点安排。(6)实体质量。实体产品质量是保证企业持续良好发展的必要条件，但在当前的社会环境中，各种假冒伪劣产品充斥市场，影响了水利工程质量和生命财产安全。因此，必须加强对实体质量监督检查数据分析。(7)过程质量。在质量检测过程中，检查人员应根据目标要求、相关规范要求，采用合适的数据分析手段对检测结果数据进行分析，防止检测过程中各种因素对工程质量产生不利影响;对工程质量存在的波动和变化，可以通过趋势图对造成工程质量的时间点进行控制;针对过程中存在的薄弱环节和缺陷，可以利用因果分析法对质量监督工作进行调整，使监督检查更加具有针对性。

3水利工程质量检测管理系统设计

3.1业务流程。一个完整的业务流程包括各个机构、部门及其相关的业务处理。针对水利工程质量检测监督工作，通过对质量检测管理系统初步的需求分析，主要使用和参与对象为施工单位、监理单位、检测单位以及质检中心，围绕这些单位进行业务流程分析并绘制业务流程图，如图1所示。3.2数据流程。数据流程是数据在整个质量检测管理工作过程中数据的流动方向，包括数据的产生、数据的处理、数据的存储等;数据流程是在业务流程图的基础上得到的，它是质量检测管理系统的重要组成部分，通过数据流程可明确各单位的具体工作内容，可为整个系统的建立奠定基础。水利工程质量检测管理系统数据流程如图2所示。3.3质量检测管理系统。为了结合大数据实现水利工程质量检测的信息化管理，根据水利工程质量检测业务的需要，将质量检测管理系统分为质检中心、检测单位和委托单位三大功能模块。质检中心包含基本信息、系统管理、模板管理、基础数据设置、查询统计与台账、设备管理和数据处理分析。其中，基本信息是为质监中心方便管理设置的，包括“监督人员”“检测机构”“工程项目”;系统管理是由系统管理员设置好各单位资料和权限，包括个人资料、人员权限、日志信息和系统初始化等;模板管理是为了方便数据的收集和处理设置的统一的表单，包括混凝土工程类、岩土工程类、金属结构类、量测类、现场检测类、机械电气类等;基础数据设置是为了达到统一设置和维护，由系统管理员统一进行设置的，包括“收费价格设置”和“检测编号前缀设置”等;查询统计与台账包括“查询统计”和“统计台账”;设备管理中主要包括“设备台账”“设备检查和维护记录”“设备使用记录”和“设备使用记录查询”;数据处理分析指的是利用数学建模技术实现对系统内海量数据的统计分析，建立钢筋、水泥和混凝土等主材料的检测数据的质量分析，提高对工程质量管理的决策支持，包括“报告分析”“检测类型统计分析”“委托类型统计分析”“检测单位分析”“从业人员分析”“工程质量分析”“混凝土质量分析”“钢筋质量分析”和“温湿度分析”等。检测单位功能模块包含系统管理、业务处理和信息填写。系统管理与质检中心类似，但只包含“个人资料”和“日志信息”功能;业务处理是为检测单位设置的，包括委托任务管理、任务分配管理、试验检测管理和检测报告管理，检测单位业务处理流程如图3所示;信息填写是要将本单位的资质信息、人员资质和设备等基本信息录入系统。方便数据的收集和处理设置的统一的表单，包括混凝土工程类、岩土工程类、金属结构类、量测类、现场检测类、机械电气类等;基础数据设置是为了达到统一设置和维护，由系统管理员统一进行设置的，包括“收费价格设置”和“检测编号前缀设置”等;查询统计与台账包括“查询统计”和“统计台账”;设备管理中主要包括“设备台账”“设备检查和维护记录”“设备使用记录”和“设备使用记录查询”;数据处理分析指的是利用数学建模技术实现对系统内海量数据的统计分析，建立钢筋、水泥和混凝土等主材料的检测数据的质量分析，提高对工程质量管理的决策支持，包括“报告分析”“检测类型统计分析”“委托类型统计分析”“检测单位分析”“从业人员分析”“工程质量分析”“混凝土质量分析”“钢筋质量分析”和“温湿度分析”等。检测单位功能模块包含系统管理、业务处理和信息填写。系统管理与质检中心类似，但只包含“个人资料”和“日志信息”功能;业务处理是为检测单位设置的，包括委托任务管理、任务分配管理、试验检测管理和检测报告管理，检测单位业务处理流程如图3所示;信息填写是要将本单位的资质信息、人员资质和设备等基本信息录入系统。

4结语

以质量检测为起点探索水利工程质量检测管理的路线，对于解决当前水利工程质量管理中存在的问题、重建质量管理模式具有重大的现实意义。(1)提高质量管理的水平和效率。质量监督部门可以随时对检测机构提交的检测结果进行查看，对工程项目的质量了如指掌，从而提高工程质量管理水平和工作效率。(2)规范各检测单位的行为。通过对检测机构进行企业资质、人员资质、检测设备方面的审核，以及按照规范文件指定一套检测活动的范本，由此可淘汰一部分不具备相关资格的企业，净化行业环境，提高检测行业进入门槛。(3)使工程质量的评定更科学、更准确。通过应用检测管理系统，能使工程质量的判定过程更及时、更准确，检测结果可作为评判工程质量的重要依据。(4)提高工程检测管理及统计分析的技术水平。系统将庞大的工程检测数据进行统一的电子化管理，检测信息可进行自动比对、统计和分析，为相关机构提升管理水平提供决策支持。

作者:郑旭明 刘东晓 谭柏贤 吕艺生 范天雨 单位:1.珠海市水库管理中心 2.华北水利水电大学