基于物联网的混凝土强度智慧检测系统研究

为了解决传统检测方式带来的问题，设计开发了一种基于物联网的混凝土强度智慧检测系统，并在施工过程中进行了大力推广应用。

1系统设计

1.1总体设计

混凝土强度智慧检测系统的总体设计原理主要由智能检测终端、配套手机App和企业信息平台3个功能模块组成。

智能检测终端负责自动完成混凝土强度数据的采集，并将数据无线传输至配套手机App，App自动计算混凝土回弹强度推定值，并将数据通过移动通信网上传至企业服务器，企业信息平台实现对所属工程数据的存储、统计、分析等处理，系统设计原理如图1所示。

图1混凝土强度智慧检测系统设计原理

通过集成技术的应用，有效解决现场信息化建设过程中工作效率不高和信息传递不及时等问题，实现现场决策和现场管理与远程管理同步，从真正意义上实现数字化在混凝土强度检测工作中的应用。

1.2架构设计

混凝土强度智慧检测系统采用B/S+C/S构架设计，系统分为感知层、网络层和应用平台层三级 架构。

感知层包括智能检测终端和App应用，智能检测终端具体是指数显式智能回弹仪，具有蓝牙传输功能，以实现与智能手机的数据传输。也可根据现场管理需要，动态拓展其他具有蓝牙传输功能的智能检测设备。

App用于接收智能回弹仪采集的原始数据，并根据内置算法自动计算混凝土回弹强度推定值。当手机网络畅通时支持数据实时上传至企业服务器；手机网络不畅通时支持本地离线存储，待网络畅通时再上传至企业服务器。

网络层为感知层和应用平台层的数据衔接点，主要是指手机移动互联网，可确保现场管理与远程管理数据同步。

应用平台层开发了企业信息管理平台，其功能也可根据现场检测设备种类进行扩展，主要为企业层级管理提供数据浏览、查询、闭合管理、数据分析等功能，是企业层级数据管理的终端。

通过各层架构间综合信息技术的集成，实现管理全数字化，使现场管理决策更高效科学，同时通过管理层级间分工，保证了管理效果，从而提升了企业层级数字化管理的能力。

1.3系统开发环境

系统服务器端的企业信息管理平台是在Visual Studio 2015集成开发环境下，以C#为开发语言、SQL Server 2005/2008为数据库开发完成。 系统手机端App以Android智能手机为应用平台，该软件在Android Studio开发环境下以（11.60）为开发语言，采用sqlite数据库开发而成。

2系统功能

2.1智能回弹仪联机

智能回弹仪和手机蓝牙进行联机操作，具体步骤为：回弹仪开机→手机打开蓝牙功能→搜索设备（回弹仪）→选中设备并联机。

首次使用需要进行智能回弹仪联机操作，下次使用只需回弹仪开机和确保手机蓝牙功能为开启状态 即可。

2.2App登陆参数设置

App首次登录时需要设置网络参数、同步工程信息和连接蓝牙设备，具体步骤如下。

（1）在App的“系统设置”中，将“云同步”属性设置为“同步开启”状态，设置URL地址并测试网络，设置用户名和密码并登录系统。

（2）在App的“项目信息同步”中刷新项目，在检测项目列表中选择本项目的名称。

（3）在App的“蓝牙设备管理”中，选择需使用的检测设备并进行联机操作，成功联机后方可进行回弹采样。

2.3回弹采样参数设置

根据JGJ/T23—2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》的相关规定，逐项输入混凝土回弹检测数据计算的各项前置基本参数，包括构件部位信息、混凝土浇筑信息、检测方法信息、测强曲线信息、碳化值信息，具体要求如下。

（1）构件部位信息。包括楼栋名称、楼层名称、部位名称和构件类型4项具体信息。其中楼栋名称输入待测构件所在楼栋号，可在平台进行统一设置。楼层名称输入待测构件所在楼层，现场采样时直接输入。部位名称输入待测构件所在的轴线位置，根据构件实际图纸信息录入。构件类型输入待测构件种类，包括墙、梁、板、柱和其他。

（2）混凝土浇筑信息。包括设计等级、浇筑日期、泵送方式3项具体信息。

其中设计等级输入待测构件设计强度，为构件推定强度的判定条件。浇筑日期输入待测构件实际浇筑时间，自浇筑日期起计算混凝土龄期，不同龄期混凝土的判定标准不同，但现场以28?d为混凝土强度达到设计值的管理节点。

泵送方式选择混凝土浇筑采用泵送或是非泵送方式，JGJ/T23—2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》规定泵送混凝土有强度补偿，非泵送没有强度补偿，因此应根据实际情况选择泵送方式。

（3）检测方法信息。包括测区数量、弹击角度和浇筑面3项具体信息。其中测区数量输入待测单个构件拟回弹的测区数，JGJ/T23—2011《回弹法检测混凝土工程抗压程度技术规程》规定一般单构件为10个及以上测区，批量或小截面构件不少于5个。弹击角度输入回弹仪与地平线的夹角，要求回弹仪必须保持与检测面垂直。

浇筑面输入构件可检测面，一般情况下墙、柱可检测面为侧面，对应弹击角度水平0°；梁可检测面为底面或侧面，对应弹击角度为向上90°或水平0°。楼板可检测面为表面或底面，对应弹击角度为向下90°或向上90°。

（4）测强曲线信息。系统统计我国各地区混凝土强度增长曲线供使用人员选择，见表1。

表1混凝土强度增长曲线统计表

采样时应确保所选回弹仪型号和曲线相对应，否则会造成数据误差。

（5）碳化值信息。手动输入待测构件的碳化值，要求碳化值测点数不少于测区数的30?%，每个测点测量3次并取平均值为检测结果，当碳化极差大于2?mm时，应在每个测区进行测量，使用高强曲线则不需要输入碳化值。

2.4数据采集及上传

构件回弹采样参数输入完毕，进入采样界面开始采样，此时使用智能回弹仪对构件进行检测，App自动接收回弹仪采样数据，如图2所示。

（a）                     （b）

图2数据采集方法（计算机截图）

（a）App回弹采样界面；（b）智能回弹仪进行测区回弹

当手机网络畅通时，每个测区的16个测点采样完成后，录入碳化值，App内置算法根据参数、测区回弹值、碳化值对强度进行推定，并在后台自动完成数据的上传。

当手机网络不畅通时，App会自动将检测数据保存至手机，待网络畅通时再重新打开App，系统会自动检测未上传的数据并上传。

2.5企业数据监控

企业信息管理平台对所属工程上传的混凝土强度检测数据进行存储、统计、分析，企业信息管理平台主要包括前端显示大屏和后台数据库，可以实现包括检测合格率统计、风险项目预警、检测数据综合查询等在内的企业数据监控核心功能。企业后台数据库如图3所示。

图3企业后台数据库（计算机截图）

（1）合格率统计功能。分别按照公司、分公司、项目部权限自动对混凝土强度检测合格率进行统计、展示，可针对不同分公司、项目部、施工队、时间区间、分部工程等指标的合格率展示统计图表。

（2）风险项目预警功能。针对分公司所属项目部混凝土强度检测合格率低于公司预设目标的项目数量和具体项目部进行预警，并展示统计图表。

（3）数据综合查询功能。实现对所有上传的混凝土强度检测数据进行统一管理，可按项目名称、分部工程、楼栋号、施工队、合格率、分公司名称、检查人等关键词对检测数据进行分类查询和组合查询，并可通过查阅数据详情功能，实现对每条检测数据进行穿透式查阅。

3系统应用

该系统从项目混凝土强度检测面临的实际问题出发，通过物联网技术+计算机辅助技术+智能检测设备终端进行检测数据的采集、计算、处理、上传，打通了信息化建设最后1?km，极大地提高了施工现场人员的工作效率，实现了由人工手动录入数据到智能终端设备实时采集数据的变革，达到国内领先水平，目前已在某集团内部300余个在施工程项目中得到全面推广应用，取得了良好的经济效益和社会效益，具有较强的创新性和可推广性。

通过两年的实践证明，数显式智能回弹仪的检测精度与传统机械式回弹仪基本相同，且检测误差在规范允许范围内。

在此基础上，该系统将检测人员从繁重的手动记录、处理数据的工作中解放出来，极大地提高了现场人员的工作效率。传统检测采用两人配合，一人读数、另一人记录的方式，使用该系统后仅需1人即可完成数据采集工作，人力资源利用效率提升1倍。

针对项目使用情况进行统计分析发现，以一个测区回弹全过程耗时为例，统计传统方式现场读数、记录平均时间约为0.5min，在办公室完成数据统计、录入、计算得出推定值的平均时间约为4.5min，总计耗时5min。

使用该系统后，现场进行参数设置、采样、计算、上传的全过程平均耗时约1min，较传统方式工作效率提升了5倍。

该系统实现了企业层级对所属工程混凝土强度的实时监控，无需亲至施工现场检测或项目人工上报统计数据，且能保证混凝土强度检测数据的及时性、真实性、准确性，为企业层级进行相关决策及对预警项目制订处理方案等质量控制措施提供有效的信息 支持。

4结束语

本研究介绍了一种基于物联网混凝土强度智慧检测系统的设计与应用，综合解决了企业面临的施工现场质量管理脱节的难题，以及施工现场数据填报与企业信息化管理系统的集成问题。

该系统实现了混凝土强度检测数据采集和处理自动化，取代传统人力工作，通过对项目数据的自动归集和统计分析，为公司提供决策支持，大幅提高了工作效率。

除混凝土强度检测功能以外，该系统已持续研发楼板厚度仪、钢筋扫描仪等各类智能检测设备接入系统，不断充实系统功能，逐步实现了各项混凝土结构实体检测数据采集、计算、上传自动化。