數字化技術在機場工程中的應用

郭子軍GUO Zi-jun

（中鐵北京工程局集團有限公司機場工程分公司，北京102300）

1 設計概況及應用理由

數字化施工管理信息系統(tǒng)，是運用現代的測繪技術、電子信息技術、網絡傳輸技術、機械設備控制技術、管理科學技術等與傳統(tǒng)的施工技術相結合，利用管理信息系統(tǒng)，對整個項目實施數字化施工信息管理，了解施工現場人員到位、出勤，設施設備和物料進場情況，監(jiān)測現場進度、安全、質量等工況，及時調整施工安排，控制潛在風險。

利用數字化施工管理技術對地基處理及土石方工程施工進行全方位、全過程管理，可有效監(jiān)測施工機械的原始施工數據。施工機械上數字化前端裝置將施工原始數據傳入后臺控制系統(tǒng)，通過后臺控制系統(tǒng)分析，可在施工質量方面和工程計量方面提供施工管理輔助。

2 施工方案

本項目全過程采用數字化施工和信息化管理技術，綜合應用了數字化施工管理平臺、CMP 實施協同管理平臺、BIM5D 平臺、PMS 系統(tǒng)平臺、質量管理信息系統(tǒng)平臺等共計信息化管理平臺，通過全生命周期的智能管控，為保證施工質量、提升施工效率發(fā)揮了重大作用，在安全、質量、進度、節(jié)能環(huán)保方面為機場基礎建設提供有力支撐。

2.1 數字化系統(tǒng)對接

根據項目數字化要求，項目自行組織、建設、管理項目部數字工地系統(tǒng)。數字工地系統(tǒng)選用前端設備及設施、系統(tǒng)接口需與甲方系統(tǒng)接口進行對接，系統(tǒng)接口選用標準接口，符合甲方系統(tǒng)接口要求。系統(tǒng)功能搭建完成后，對系統(tǒng)與甲方系統(tǒng)接口進行測試，測試合格后方行使用。所有數據實時上傳至甲方建立的智慧工地綜合管理平臺及自建的數字工地系統(tǒng)及數字化監(jiān)控系統(tǒng)。（圖1）

圖1 數字系統(tǒng)接入流程

2.2 數字化監(jiān)控系統(tǒng)

基層水利的特點主要體現在：一是面廣量大，直接服務廣大群眾，尤其是廣大農民、農業(yè)生產及農村發(fā)展；二是業(yè)務綜合性強，涉及多領域多方面；三是工程類型多，公益性與經營性并存；四是區(qū)域差異性大，問題各不相同。

數字化設備覆蓋我項目強夯置換、塑料排水板、碎石樁、填筑碾壓的所有的施工工序，在全生命周期的數字智能管控方面取得了顯著成效，為保證施工質量、提升施工效率發(fā)揮了重大作用。（圖2-圖5）

圖2 插板機數字化設備

圖5 振碾數字化設備

2.2.1 塑料排水板施工

符合土方工程包括CFG 樁、碎石樁、水泥攪拌樁、塑料排水板等（涵蓋設計中所有軟土地基深層處理方案）。

①支持同時監(jiān)控在同一區(qū)域施工的多臺設備，實時定位設備施工的準確位置，顯示設備信息、實時深度信息。②為區(qū)域設置地基處理施工標準，為監(jiān)理與施工單位提供一個判定的依據。③可查看不同設備的施工歷史數據，點擊任意位置可查看該位置處施工的詳細信息，包括位置、施工設備信息、深度、時間、電流情況等。④每個區(qū)域含有對應的施工圖形報告，包括位置與是否符合設計標準圖形報告。⑤對于間距異常與深度異常進行報警提示，并可查詢報警條數與詳細報警記錄。⑥擁有施工回放的功能，可查看特定時間段內的施工情況。⑦對本區(qū)域內的地基處理機械數據進行統(tǒng)計分析。⑧可導出本區(qū)域邊界與施工數據。⑨進行特定ph 坐標位置的定位。⑩為區(qū)域增添備注信息，圈定排除區(qū)域。?地基處理機械與區(qū)域的定位。?進行地基處理機械的分區(qū)報審。?提供二維碼，方便實時現場查看施工數據。

圖3 碎石樁機數字化設備

圖4 強夯機數字化設備

數字化施工全過程采用智能控制，相對于傳統(tǒng)工藝，極大的減少人工成本，機械效率提升，燃油消耗減少，機械設備租賃費用降低。

采用數字化施工，每1 萬延米塑料排水板施工可以節(jié)省柴油約0.0385 噸，本工程塑料排水板共有約1065 萬延米，可節(jié)省柴油41 噸，相當于節(jié)約成本22.85 萬元。

2.2.2 碎石樁施工

碎石樁數字化施工成效分析：

采用數字化施工，每1 萬立方米碎石樁施工可以節(jié)省柴油約0.35 噸，本工程碎石樁共有約24.5 萬立方米，可節(jié)省柴油8.6 噸，相當于節(jié)約成本4.74 萬元。

2.2.3 強夯置換施工

①支持同時監(jiān)控在同一區(qū)域施工的多臺設備，實時定位設備施工的準確位置，顯示設備信息、實時擊數與落距信息；②為區(qū)域設置強夯施工標準，主要設置夯擊能與夯擊次數，為監(jiān)理與施工單位提供一個判定的依據；③導入一二遍點夯設計點或根據設置夯點間距自動生成設計點，根據設計夯點位置指引現場施工；④可查看設計點編號、位置與每個點位的施工歷史數據，點擊任意位置可查看該位置處施工的詳細信息，包括位置、施工設備信息、每一擊的夯擊能與落距、平均落距、平均夯擊能、時間、夯沉量、夯擊次數等；⑤每個區(qū)域含有對應的施工圖形報告，包括位置與擊數圖形報告；位置圖形報告可協助查看施工位置是否合格，擊數圖形報告可協助查看每個點位的夯擊次數是否達標；⑥對于落距不達標進行報警提示；⑦擁有施工回放的功能，可查看特定時間段內的施工情況；⑧對本區(qū)域內的點夯、滿夯數據進行統(tǒng)計分析；⑨可導出本區(qū)域邊界、施工數據、設計數據；⑩為區(qū)域增添備注信息，圈定排除區(qū)域；?進行特定PH 坐標位置的定位；?強夯設備與區(qū)域的定位；?進行一遍點夯、二遍點夯、滿夯的分區(qū)報審；?提供二維碼，方便實時現場查看施工數據；?歷史回放：回放施工歷史作業(yè)信息；?圖形報告：生成夯點位置圖形報告、夯擊次數圖形報告、夯擊能圖形報告。

強夯置換數字化施工成效分析：

采用數字化施工，每1 萬立方米強夯置換施工可以節(jié)省柴油約0.18 噸，本工程強夯置換共有約15.5 萬立方米，可節(jié)省柴油2.8 噸，相當于節(jié)約成本1.56 萬元。

2.2.4 土石方施工

①支持同時監(jiān)控在同一區(qū)域施工的多臺設備，實時定位設備施工的準確位置，顯示實時軌跡、設備信息、碾壓遍數、速度、振動狀態(tài)信息；②為區(qū)域設置碾壓施工標準，主要設置運行速度、振動狀態(tài)，提醒現場施工人員按照標準施工；③可查看不同設備的碾壓軌跡與碾壓遍數，查看區(qū)域的碾壓薄弱區(qū)域（有效遍數不達標位置）；④點擊任意位置可查看該位置處施工的詳細信息，包括位置、施工設備信息、總遍數、振碾遍數、靜碾遍數、有效遍數、無效遍數、高程、厚度等；⑤支持振碾、沖碾混合施工；⑥每個區(qū)域含有對應的施工圖形報告，包括總遍數圖形報告、有效遍數圖形報告、混合碾有效遍數圖形報告、高程圖形報告、厚度圖形報告、壓實度預測圖，可作為監(jiān)理與施工單位判定是否合格的一個依據；⑦對于振動狀態(tài)不符合設計要求與速度不達標的情況進行報警提示，并可查看報警次數與詳細報警情況；⑧擁有施工回放的功能，可查看特定時間段內的施工情況；⑨對本區(qū)域碾壓數據進行統(tǒng)計分析；⑩可導出本區(qū)域邊界；?進行特定ph 坐標位置的定位；?為區(qū)域增添備注信息，圈定排除區(qū)域，統(tǒng)計時將不對排除區(qū)域位置進行統(tǒng)計；?碾壓設備與區(qū)域的定位；?進行碾壓的分區(qū)報審；?歷史回放：回放施工歷史作業(yè)信息。

通過土方地勢設計數據的轉換，可直接將設計數據導入到控制箱內，壓路機進行碾壓一遍后，即可顯示出該區(qū)域的土方高程，若高程不符合設計要求，平地機可根據顯示情況及時進行刮除，確保了每層填土厚度符合設計要求。

數字化施工設備可實時掌握壓路機的運行速度和輪跡范圍，操作手可根據顯示數據實時調整，保證運行速度和輪跡搭接質量。

傳統(tǒng)的土方填筑碾壓方法，操作手憑記憶進行碾壓，碾壓遍數和搭接質量無法保證。數字化施工設備可實時記錄和顯示碾壓遍數，可直接檢查遍數是否符合方案要求，實時記錄和顯示整個作業(yè)面每一點的壓實遍數，對于壓實遍數不足的顏色標記區(qū)域，及時進行補壓，確保了施工質量。傳統(tǒng)的土方填筑碾壓方法，容易出現部分區(qū)域碾壓不到位，壓實度檢測不合格造成返工。運用數字化施工設備可提高施工質量，有效避免因壓實度不合格造成的返工，不僅可加快施工進度還可有效節(jié)約成本。

傳統(tǒng)的土方填筑碾壓方法因為施工效率太低，無法滿足土方填筑的各項技術指標，不適宜夜晚施工，但是運用數字化施工設備，操作室顯示器上實時顯示壓路機所在位置、運行速度、輪跡搭接寬度、坡度等技術指標，操作手根據以上指令即可完成施工，不需要借助外部參照物進行判別?？梢约涌焓┕みM度，縮短工期。

土石方填筑數字化施工成效分析：采用數字化施工，每1 千立方米土石方填筑施工可以節(jié)省柴油約0.0262噸，本工程土石方填筑共有約1860 萬立方米，可節(jié)省柴油487.3 噸，相當于節(jié)約成本271.62 萬元。

3 數字化數據、設備應用

3.1 數字化施工數據的利用 利用數字化施工管理技術對地基處理及土石方工程施工進行全方位、全過程管理，可有效監(jiān)測施工機械的原始施工數據。施工機械上數字化前端裝置將施工原始數據傳入后臺控制系統(tǒng)，通過后臺控制系統(tǒng)分析，可在施工質量方面和工程計量方面提供施工管理輔助。

3.2 施工質量方面 數字化前端裝置將施工原始數據傳入后臺控制系統(tǒng)后，通過后臺控制系統(tǒng)的分析判斷，監(jiān)控施工質量指標是否達到設計及規(guī)范要求、找出施工質量薄弱點，有效保證施工質量，實現了科學化、精細化施工。

3.3 施工進度方面 數字化前端裝置將實施定位現場機械施工情況，實時反應現場施工進度情況，動態(tài)反映現場施工機械的配置狀況，利于管理者根據生產進度需要及時調整人員、材料、機械等資源配置，更利于施工進度管理。

3.4 工程計量方面 數字化前端監(jiān)控裝置將施工原始數據傳入后臺控制系統(tǒng)后，后臺控制系統(tǒng)將原始數據收集整理，導出后可作用施工原始記錄資料，避免了施工現場投入大量人員記錄原始施工數據，節(jié)約了大量施工原始記錄人員。另外，將原始施工數據導入電腦可形成真實的施工數據資料，可統(tǒng)計形成相應施工機械設備完成的工程量，為統(tǒng)計工程量、工程計量及工程結算提供參考。

4 結束語

走馬湖水系綜合治理工程（機場配套工程）位于鄂州市燕磯鎮(zhèn)（包括走馬湖、螺絲徑湖等水面區(qū)域），是保障航空都市區(qū)和未來鄂州機場防洪安全的基礎性工程，主要工程內容為對湖區(qū)進行土石方填筑及處理湖區(qū)軟土等。本項目是鄂州機場工程的先導項目，通過本項目的施工為機場正式施工提供基礎條件。

由我公司承建施工的走馬湖水系綜合治理工程（機場配套工程）標段，主要施工內容為湖區(qū)軟土地基處理和土石方填筑，地基處理工藝包括塑料排水板堆載預壓、強夯置換、碎石樁。其中塑料排水板面積131 萬m2；強夯置換18.3 萬 m2；碎石樁 21.8 萬 m2。土石方填筑 1500 萬 m3。

由于工程量體量大、工程機械設備數量多，施工過程中對地基處理設備強夯機、碎石樁機、排水板機、壓路機等設備采用數字化技術進行施工，實現現場自動定位、自動記錄，并將所有施工數據回傳到數字化平臺，直接生成施工記錄表，有效解決了現場人工放樣、記錄、盯控的繁雜工作。機場行業(yè)地基處理和土石方填筑數字化技術的應用，保證了工程質量、工期和施工安全，取得了良好的經濟效益，為其他機場數字化技術施工起了很好的示范作用，有極高的推廣和借鑒價值。