數(shù)字化坡度控制技術在公路邊坡施工中的應用

龔加有，陳隨海，唐小理，陳文濤

（昆明理工大學 建筑工程學院，云南 昆明 650500）

近年來，隨著我國不斷加大對公路建設的投入，公路工程行業(yè)得到快速發(fā)展，我國交通工程建設領域取得了巨大的成就。但現(xiàn)階段我國公路邊坡施工過程中表現(xiàn)出技術水平低、成本高、進度滯后、科技含量低、施工質量和安全無保障等特點。傳統(tǒng)的施工方法已經不能完全滿足公路邊坡施工的需要，采用數(shù)字化坡度控制技術進行公路邊坡施工可以實現(xiàn)施工過程數(shù)字化、智能化和可控化，具有能夠提高施工的質量和安全，加入施工進度，降低施工成本等優(yōu)點。

1 數(shù)字化坡度控制技術

1.1 數(shù)字化坡度控制技術的概念

數(shù)字化坡度控制技術是一種利用施工機械設備上配備的角度傳感器，測量定位技術如 GPS、激光、聲吶、全站儀等獲取施工機械和施工工作面的相對位置，定位施工機械的鏟刀、鏟斗或滾輪等工作部件，根據(jù)數(shù)字化施工模型圖、工地平面圖、坡度信息等實現(xiàn)智能化坡度施工的技術。它是以信息數(shù)字化為基礎，借助計算機仿真技術模擬施工，利用人工智能解決坡度施工的問題，從而有效地避免了人工施工的低效和失誤的技術。目前數(shù)字化坡度控制系統(tǒng)是數(shù)字化坡度控制技術在公路邊坡施工中運用的具體體現(xiàn)。

1.2 數(shù)字化坡度控制系統(tǒng)的工作原理

將經過處理的3D施工數(shù)據(jù)輸入數(shù)字化坡度控制系統(tǒng)，利用定位技術定位鏟刀、鏟斗的精確空間位置，機械操作手可以根據(jù)駕駛室中控制箱顯示的數(shù)字化施工模型圖、鏟刀或鏟斗與施工工作面相對位置信息等進行施工。當實際工程接近設計工作平面時，邊坡控制系統(tǒng)將通過施工模型圖、數(shù)值和聲音等信號提醒操作手重點關注鏟斗與工作面相對的位置，引導操作手進行精確施工。

1.3 數(shù)字化坡度控制技術的優(yōu)點

數(shù)字化坡度控制技術在公路邊坡施工中利用數(shù)字化技術計算工程量，仿真模擬技術模擬施工，定位技術指導施工。與傳統(tǒng)公路邊坡施工方法相比，其采用科學合理的數(shù)據(jù)指導施工，具有能夠提高施工的質量，減少安全隱患，提高施工的效率，降低施工的成本，加快施工的進度，減少返工等優(yōu)點。

2 工程概況及施工重難點

2.1 工程概況

某干線公路的A1標段位于福建省三明市大田縣梅山鄉(xiāng)境內，公路自梅山德州至香坪，采用雙向二車道，屬于二級公路，本標段公路長12.16km，其中路基長9.17km，路基寬10m、橋梁5座，總長度為589m，涵洞35座，總長度為583.55m，隧道1座，長度為2 400m。

2.2 工程施工中的重難點

1）本工程項目所在地地質結構非常復雜、地形陡峭，山高谷深、施工過程復雜，但施工質量要求高。

2）本標段公路長度超過10km，工程量大，施工工期緊，但本地區(qū)雨水充足，嚴重影響施工進度。

3）本標段公路路基施工過程中存在大量的邊坡工程，部分邊坡工程量大，坡腳長，邊坡施工難度大。

3 數(shù)字化坡度控制技術的特點及應用

3.1 提高公路邊坡施工質量，實現(xiàn)施工質量目標

邊坡施工是公路施工中的關鍵性控制點，其施工的效果將嚴重影響公路整體的施工過程。傳統(tǒng)邊坡施工主要依靠機械操作手的施工經驗、感覺、視覺和測量員配合施工，施工精度低，超挖或者欠挖的現(xiàn)象嚴重，施工的質量不穩(wěn)定。然而本工程項目公路邊坡施工過程中采用數(shù)字化坡度控制技術施工，機械操作手操作安裝數(shù)字化坡度控制系統(tǒng)的挖掘機可以在沒有基準的情況下，根據(jù)駕駛室中控制箱顯示的施工信息，自動或手動調整鏟斗迅速提升至施工要求的高度進行邊坡施工，實現(xiàn)精確控制施工坡度和深度，避免超挖或者欠挖，極大地提高了施工的質量，從而達到施工質量的要求。

3.2 提高公路邊坡施工效率、加快施工進度

由于路塹邊坡施工過程中坡度控制要求高，施工難度大，采用傳統(tǒng)機械化施工過程中依靠他人指揮，需要多次測量反復定位，施工遍數(shù)多，在工程施工接近設計平面要求的時候，每遍施工都需要花費時間等待測量員測量和坡度檢查，導致施工效率低，周期長，進度緩慢。本工程項目采用數(shù)字化坡度控制技術施工，施工過程中采用GPS等定位技術和數(shù)字化設計基準，無需等待測量員放樣施工基準線，無需機械指揮員指揮，機械操作手根據(jù)駕駛室中的控制箱反饋的信息，可以在視力不及的盲區(qū)如晚上、雨天、大風揚塵等和沒有監(jiān)督的情況下精確完成邊坡坡度和高程控制，一次施工就能達到施工精度要求。從而減少影響施工進度的因素和施工遍數(shù)，全面提升施工工作效率，確保工期內順利完成公路施工。

3.3 減少施工資源投入，降低施工成本

公路邊坡的特點決定了其施工精度要求高，傳統(tǒng)機械施工過程中對操作手要求高，需要經驗豐富的挖掘機操作手才能勝任邊坡施工工作，市場上經驗豐富的挖掘機操作手數(shù)量少且聘請費用高，施工過程中需要測量員長時間在施工現(xiàn)場輔助施工，導致施工人工成本高。由于施工精度低，施工過程中經常出現(xiàn)超挖或者欠挖的情況，需要施工多遍或者導致浪費材料才能達到精度要求。施工周期長，無形中增加了人工成本和機械使用成本。本工程采用安裝了數(shù)字化坡度控制系統(tǒng)的挖掘機進行施工，施工過程中不再依靠施工樁，普通操作手可以在無人指揮的情況下，利用坡度控制系統(tǒng)能夠操作鏟斗精準施工，一次施工達到施工精度要求標準。因此可以減少坡度檢測導致的人工和機械成本，降低施工人員數(shù)量和經驗要求，減少施工遍數(shù)，從而降低施工的成本，最終實現(xiàn)準確、高效地達到施工要求。

4 總 結

文章以實際工程項目為載體，將數(shù)字化坡度控制系統(tǒng)應用于公路邊坡施工是對數(shù)字化坡度控制技術應用的一種嘗試。該系統(tǒng)在本工程施工過程中解決了公路邊坡施工中刷坡困難的問題，提高了公路施工整體的效率和質量，加快了施工進度，降低了施工成本，為公路順利施工提供了技術保障。