論文題目：隱性施工的數據采集和應用方法研究
摘要：“百年大計,質量第一”是我國工程建設的基本方針之一,工程質量不僅影響著工程項目的經濟效益、社會效益和環境效益,也是工程項目適用、安全、可靠、耐久、經濟和環境相適應的核心保障。反之,若工程質量出現問題則會對國家和人民的財產、生命安全產生威脅,阻礙建筑業和國民經濟的高水平發展。在建筑的建造過程中,對影響工程質量的各個環節和因素進行相應的控制與管理,對工程質量隱患進行有效地事前控制、事中監督和事后處理,是保證工程產品合格的重中之重,是建設滿足功能需求,符合國家法律、法規、技術規范標準、設計文件及合同規定的工程項目的可靠保障。近些年來,學術界以及工業界通過研究與實踐,探索并提出了企業負責、政府監管、社會監督的三層次質量控制體系,但是由于建筑工程相關參與方多、施工過程周期長等多方面因素的制約和影響,目前工程質量通病和質量隱患仍舊廣泛存在。導致質量隱患的根本原因之一是對建筑建造全生命周期的質量控制與管理存在盲區——隱性施工。在工程建設項目中,往往存在兩種施工過程:全過程可直接觀察、測量并給予評價的顯性施工（如場地平整、防水工程等）;以及全過程或局部過程不可進行直接觀察、測量、評價的隱性施工（如混凝土振搗過程、混凝土預制構件的連接過程、水下基礎工程等）。顯性施工的質量控制通常存在自控與監控的雙重保證,而隱性施工由于其不可直接測量的特性,現行的質量控制體系難以對其制定合理有效的預防措施;難以準確地發現其中潛在的質量隱患;難以及時對其采取合理的補救措施,使隱性施工的質量控制成為工程項目質量控制與管理中的薄弱環節。針對目前工程質量控制體系中針對隱性施工質量進行控制與管理方法的缺失,本文探索并開展了對隱性施工進行數據采集和應用的一系列相關研究,致力于完善工程項目質量管理體系,規范施工過程質量行為,明確施工主體質量責任歸屬,保證工程質量,提高人民群眾滿意度,促進建筑業和國民經濟的高質量發展。具體來說,本文主要的研究內容有:（1）建立建造過程的質量控制原理基于工程項目施工具有的空間固定性和不可逆轉的生產特點,本文明確了施工過程中的地理位置信息和質量風險行為是工程現場數據采集的核心內容,其中地理位置信息通過工作空間的分布將將施工主體和建造目標結合起來,解決了施工歸屬的基本問題;而質量風險行為通過量化的建造行為和動作將施工過程中的質量表象化,解決了施工質量評價的基本問題,結合這兩個主要的數據采集內容,可以實現對工程項目施工過程全過程、全方面、全天候的質量控制和管理。在基礎上,本文進一步提出通過對勞動工具使用過程的檢測,實現在工程應用中無侵入地對質量風險行為進行追蹤和記錄并提出對工程質量風險行為進行預防、控制與管理的科學措施。（2）提出基于地理位置信息的施工數據采集與應用方法根據建立的施工過程的質量控制原理,本文確定了對實施主體、工具設備、原材料等的位置信息為追蹤目標,來對施工項目進行數據采集和應用的方法。綜合考慮工程現場環境復雜動態的特點后,本文對多種定位系統的工作原理、定位精度、成本等方面進行了對比,提出并輔助開發了結合基于信號強度的測距技術和加權極大似然估計定位算法的施工現場實時定位系統。通過該實時定位系統,能夠對施工過程中相關的施工人員及實體的動態位置信息進行采集,并根據項目實施主體和項目任務之間的時空位置關系進行數據分析,明確施工作用中的的任務依賴關系及相應的執行、責任歸屬。（3）提出基于慣性測量單元的施工數據采集與應用方法盡管基于地理位置信息的數據采集與應用方法能夠提供對施工進行質量控制的量化數據,但是針對固定位置施工作業、機械設備的遠程控制和細微施工操作等,其采集和分析的數據不夠全面具體,因此本文進一步確定了對施工機械設備、勞動工具等剛體的運動特征為追蹤目標,對施工過程進行數據采集與應用的方法。根據慣性導航系統的基本原理,本文提出并開發了基于慣性測量單元對施工實施主體的加速度、速度、位移、角速度、轉角進行追蹤、記錄和分析的施工現場動態采集系統。為了解決在實際工程應用中出現的誤差累積導致隨時間精度下降的問題,本文結合工程建設過程中的重復性特點,提出了具有周期性校正的姿態采集算法。（4）以混凝土振搗過程的質量控制為例,驗證本文提出的針對隱性施工進行數據采集與應用方法的有效性以典型隱性的施工作業——混凝土振搗過程為例,根據混凝土振搗的密實原理,結合基于地理位置信息和基于慣性測量單元的隱性施工的數據采集與應用方法,本文提出并開發了用于監控混凝土振搗過程的質量控制與管理系統。通過現場試驗驗證,該系統能夠有效地采集并分析振搗時間、插入拔出速度、垂直度、振搗深度、振搗位置和振搗有效區域等核心控制指標,實現對隱性施工的全程觀測和量化評價,將隱性施工過程轉化為顯性施工過程,進而通過傳統的自控與監控對工程質量進行雙重保障。綜上所述,本文針對工程項目質量管理中存在的薄弱環節——隱性施工的質量控制和管理方法進行了深入研究,創新地提出了基于地理位置信息和基于慣性測量單元對隱性施工進行全過程、全方面、全天候的數據采集與應用方法,并通過使用插入式振搗器進行混凝土振搗的典型案例驗證了本文提出的原理和方法的有效性。本研究成果填補了目前針對隱性施工進行質量控制與管理的方法空缺,將隱性施工轉化成為顯性施工,進一步完善了現有工程項目質量管理體系,規范了施工過程質量行為,明確了施工主體質量責任歸屬,保證了工程質量,提高了人民群眾滿意度,促進了建筑業和國民經濟的高質量發展。
關鍵詞：工程質量管理;隱性施工;數據采集;位置與姿態數據;數據分析;混凝土振搗過程
學科專業：結構工程
摘要
Abstract
第1章 緒論
1.1 引言
1.2 研究背景
1.3 國內外研究現狀
1.3.1 工程質量控制與管理的發展
1.3.2 工程質量的數據采集手段
1.3.3 國內外研究現狀總結
1.4 研究目的及研究意義
1.5 本文主要研究內容
第2章 隱性施工的質量管理與技術基礎
2.1 引言
2.2 隱性施工的數據采集內容——地理位置
2.2.1 空間固定性
2.2.2 不可逆轉性
2.2.3 地理位置與隱性施工實施主體
2.3 隱性施工的數據采集內容——質量風險行為
2.3.1 工程質量缺陷
2.3.2 質量風險行為
2.3.3 質量風險行為的評估
2.3.4 質量風險行為與工具的使用行為
2.4 隱性施工質量管理的基礎
2.4.1 核心建造過程組
2.4.2 管理過程組
2.4.3 支持過程組
2.5 隱性施工的質量控制與管理支撐技術
2.5.1 數據采集技術
2.5.2 數據傳輸技術
2.5.3 數據融合技術
2.5.4 可視化技術
2.6 本章小結
第3章 基于地理信息服務的隱性施工數據采集方法
3.1 引言
3.2 基于LBS的施工數據采集方法
3.2.1 基于測距技術
3.2.2 基于測角技術
3.2.3 基于測距測角技術
3.2.4 基于非測量技術
3.2.5 適用于工程現場的定位技術對比與選取
3.3 基于LBS的施工過程數據采集系統
3.3.1 基于LBS的施工過程數據采集系統的部署
3.3.2 基于LBS的施工過程數據采集系統的架構
3.3.3 性能評估
3.4 本章小結
第4章 基于慣性測量單元的隱性施工數據采集方法
4.1 引言
4.2 基于IMU的施工過程數據采集方法
4.2.1 慣性測量單元的工作原理
4.2.2 慣性導航系統的基本原理
4.2.3 慣性導航數據融合
4.2.4 基于施工生產特點的導航基本原理
4.3 基于IMU的隱性施工數據采集系統
4.3.1 基于IMU的施工數據采集系統的部署
4.3.2 基于IMU的施工數據采集系統的架構
4.3.3 性能評估
4.4 本章小結
第5章 隱性施工數據采集方法在混凝土振搗過程中的應用
5.1 引言
5.2 混凝土振搗的密實原理
5.2.1 起振的基本原理
5.2.2 振搗密實的基本原理
5.2.3 振搗密實質量的影響因素
5.3 混凝土振搗過程的數據采集
5.3.1 插入式混凝土振搗器的數據采集
5.3.2 插入式混凝土振搗器的數據采集結果
5.3.3 插入式混凝土振搗器的數據處理
5.4 混凝土振搗過程的質量控制
5.4.1 振搗時間
5.4.2 插入拔出速度
5.4.3 垂直度
5.4.4 振搗深度
5.4.5 振搗位置
5.4.6 振搗有效區域
5.4.7 振搗總體質量評估
5.5 本章小結
結論
參考文獻
致謝