徠卡測量系統(tǒng)3D挖掘引導(dǎo)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

隗彥宏，劉 鵬

(1.徠卡測量系統(tǒng)貿(mào)易(北京)有限公司，北京 100020；2.?？怂箍禍y量系統(tǒng)(上海)技術(shù)中心，上海 201203)

徠卡測量系統(tǒng)3D挖掘引導(dǎo)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

隗彥宏1，劉 鵬2

(1.徠卡測量系統(tǒng)貿(mào)易(北京)有限公司，北京 100020；2.?？怂箍禍y量系統(tǒng)(上海)技術(shù)中心，上海 201203)

南京水建在泰州引江河二期工程的施工過程中采用傳統(tǒng)施工方式，通過釋放浮標(biāo)、插竹竿及水尺等方式進(jìn)行施工引導(dǎo)，這種傳統(tǒng)方式無法保證施工精度及施工工期。而徠卡測量系統(tǒng)挖掘引導(dǎo)系統(tǒng)3D版很好地解決了這個問題。施工數(shù)據(jù)的導(dǎo)入實(shí)現(xiàn)了施工位置的精確引導(dǎo)，在施工過程中還可以記錄施工位置、挖掘深度、坡度等信息，提前了施工進(jìn)度，減少了重復(fù)作業(yè)，避免了漏挖現(xiàn)象，提高了施工精度及效率。

徠卡；挖掘機(jī)；疏浚；精準(zhǔn)作業(yè)；引導(dǎo)

一、引 言

中央2011年一號文件指出在未來10年要“大力發(fā)展水利建設(shè)”，同時在“十二五”規(guī)劃中提出“水利將是國家投資的主要方向”。不論是江河治理還是水利工程建設(shè)都要以先進(jìn)的技術(shù)和裝備作為后盾。而徠卡測量系統(tǒng)推出的挖掘引導(dǎo)系統(tǒng)3D版能夠很好地適應(yīng)航道、河道的施工，為施工提供可靠的引導(dǎo)。本文通過實(shí)例詳細(xì)說明挖掘引導(dǎo)系統(tǒng)在實(shí)際作業(yè)中的應(yīng)用，如圖1所示。

圖1 安裝徠卡測量系統(tǒng)3D挖掘引導(dǎo)系統(tǒng)的車輛正在作業(yè)中

二、案例分析

泰州引江河是江蘇省沿海地區(qū)抽引江水的重要口門、里下河地區(qū)澇水外排長江的重要通道，也是沿海、里下河和通南地區(qū)通江達(dá)海的重要航道。隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，現(xiàn)在的泰州引江河已不能完全滿足發(fā)展需要。因此，實(shí)施泰州引江河二期工程將會進(jìn)一步完善和發(fā)揮泰州引江河水利、水運(yùn)、供水等綜合功能，工程效益十分顯著。

泰州引江河二期工程建設(shè)內(nèi)容包括擴(kuò)浚23 km的全線河道，新建高港樞紐二線船閘，以及相應(yīng)的移民、環(huán)保、水保和水文基礎(chǔ)設(shè)施等。河道浚深后，河底高程將由原來的－3.0～－3.5 m加深到－6.0～－6.5 m，通水能力將從原先的300 m3/s提升至600 m3/s。

三、客戶遇到的挑戰(zhàn)

南京水建公司承建了泰州引江河二期工程建設(shè)二標(biāo)段的施工工程。這是一家具有豐富水利工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的多專業(yè)公司，但在該項(xiàng)目中，項(xiàng)目部遭遇到了前所未有的挑戰(zhàn)：水下作業(yè)無法通視，要在指定的工期內(nèi)按照設(shè)定的邊線坐標(biāo)、深度和坡度實(shí)現(xiàn)擴(kuò)浚和浚深，幾乎是不可能完成的任務(wù)。

作業(yè)中，南京水建公司首先使用絞吸船對河底進(jìn)行深挖疏浚，使用反鏟式挖泥船對坡面及坡腳進(jìn)行處理。在反鏟式挖泥船施工過程中，由于挖泥船不能直接提供挖掘深度及位置參數(shù)，因此需要項(xiàng)目部測量人員先期通過測深儀測量深度，對需要挖掘的位置使用浮標(biāo)和竹竿進(jìn)行標(biāo)示；且由于水位的浮動還需要在相應(yīng)位置安放水尺來標(biāo)示水位。這樣操作手在作業(yè)之前就需要先觀察水尺水位，根據(jù)水尺水位計(jì)算出需要開挖的深度；然后根據(jù)竹竿的標(biāo)示位置和測深數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)位置的開挖；開挖以后再通過鉛垂進(jìn)行初步的測量，檢查挖掘是否到位(如圖2所示)。

圖2 傳統(tǒng)作業(yè)方法中，施工人員使用竹竿測量挖掘深度

為了保證精度，現(xiàn)場的測量人員每天都要確定浮標(biāo)、竹竿的位置，還要在每天施工結(jié)束時使用測深儀檢測挖掘的效果，以確定是否達(dá)到了施工的要求。沒有達(dá)到要求的位置需要標(biāo)注出來，通知挖泥船返工。因此，每天的工作量很大。而且項(xiàng)目施工的難點(diǎn)就是水下作業(yè)的精度問題，采用傳統(tǒng)方式雖然也可以施工，但效率很低，精度很難保證。如果要進(jìn)行返工，工期和成本壓力就非常大。

四、徠卡提供的解決方案

智能3D挖掘引導(dǎo)系統(tǒng)將徠卡測量系統(tǒng)的GNSS技術(shù)與機(jī)械控制系統(tǒng)有機(jī)地整合為一體，將機(jī)械引導(dǎo)、控制系統(tǒng)得到的機(jī)械工作數(shù)據(jù)與GNSS系統(tǒng)的設(shè)備空間位置進(jìn)行了統(tǒng)一，從而實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與施工設(shè)備的無縫對接，使數(shù)字化貫穿于施工全過程。

該系統(tǒng)成功地解決了南京水建在施工中遇到的問題。系統(tǒng)可以在屏幕上顯示挖掘的深度、坡度等參數(shù)；同時由于有了GNSS系統(tǒng)的接入，還可以記錄挖掘位置的相關(guān)信息，通過系統(tǒng)的記錄，在屏幕上以不同顏色來標(biāo)示不同區(qū)域，如紅色為待挖掘區(qū)域，綠色為已挖掘合格區(qū)域，藍(lán)色為已挖掘超深區(qū)域，這樣就可以有效地避免漏挖現(xiàn)象的出現(xiàn)(如圖3所示)。

圖3 挖掘引導(dǎo)系統(tǒng)高配版系統(tǒng)施工狀態(tài)下的屏幕

挖掘引導(dǎo)系統(tǒng)可以將施工數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入，形成三維模型來引導(dǎo)施工，避免了釋放浮標(biāo)、插竹竿、水尺等前期作業(yè)，減少了施工中的測量檢核，同時也避免了前期作業(yè)帶來的施工誤差(如圖4所示)。

圖4 操作手正在參照系統(tǒng)屏幕引導(dǎo)進(jìn)行作業(yè)

1)從施工效果來看，通過一段時間的施工，項(xiàng)目部測量了施工后的多點(diǎn)斷面圖，并與傳統(tǒng)作業(yè)方式的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比。

圖5是使用傳統(tǒng)作業(yè)方法施工后測量的施工斷面圖。從斷面圖上可以看出，一次挖掘后的作業(yè)面距離標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)面有很大的誤差，需要多次重復(fù)挖掘才能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)位置。

圖6是使用挖掘引導(dǎo)系統(tǒng)后一次施工后測量得到的斷面圖?？梢钥闯?，一次施工就已經(jīng)到了施工標(biāo)準(zhǔn)位置，而且精度也可以得到保障。

圖5 傳統(tǒng)方式一次施工后的施工斷面圖

圖6 使用引導(dǎo)系統(tǒng)后一次施工后的施工斷面圖

2)從施工的效益來看，有了這套系統(tǒng)，可以了解已經(jīng)挖掘了哪些位置，是否漏挖，是否挖掘不到位，非常輕松地掌握作業(yè)的情況。而采用傳統(tǒng)作業(yè)方式，作業(yè)時間長，投入成本大，項(xiàng)目收益大幅縮水。

五、結(jié)束語

隨著人工等各項(xiàng)成本的不斷上漲，以及工程質(zhì)量和工期要求的不斷提高，可以預(yù)見，挖掘引導(dǎo)系統(tǒng)的應(yīng)用必將成為一種趨勢。通過本文實(shí)例可以看出，挖掘引導(dǎo)系統(tǒng)的應(yīng)用能夠隱蔽工程透明施工，提高工程質(zhì)量，減少返工，避免重復(fù)施工；能夠全天候作業(yè)，無間斷施工，提高可作業(yè)時間，縮短工期；能夠減少輔助人員的進(jìn)場配合作業(yè)，降低配合的時間，提高人員的安全性，從而降低施工成本和人員開支，為施工帶來極大的便利和經(jīng)濟(jì)效益。

(本專欄由徠卡測量系統(tǒng)和本刊編輯部共同主辦)