論公路土建項目數(shù)控機(jī)械化施工技術(shù)及效果

羅玉海

（貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

長期以來，土建項目施工中高程、坡度、平整度等指標(biāo)均是由技術(shù)人員通過測量儀器完成檢測，并手動指揮土方作業(yè)機(jī)械完成指標(biāo)控制[1-3]。但由于土方施工機(jī)械性能差異、操作人員技術(shù)限制、測量控制人員檢測誤差等因素，導(dǎo)致了施工的隨意性，嚴(yán)重降低了產(chǎn)品質(zhì)量，導(dǎo)致無法順利通過驗收，增加返工成本，并造成資源嚴(yán)重浪費，影響企業(yè)形象。數(shù)控機(jī)械化施工技術(shù)具有精度高、成本低、快速、高效的特點，能有效解決施工中出現(xiàn)的上述問題，值得推廣和應(yīng)用。

1 數(shù)控機(jī)械化施工的概念

數(shù)控機(jī)械化施工是通過構(gòu)建控制體系，利用雙向通信技術(shù)，對施工現(xiàn)場信息進(jìn)行收集、整合，打破時空限制，對施工現(xiàn)場部分或所有工程機(jī)械實施實時管控的施工方式[4-5]。

公路、橋梁、水利、礦山、機(jī)場、商業(yè)廣場等土建工程施工中，所需工程機(jī)械種類繁多，對地基平整度、高程等相關(guān)指標(biāo)要求較為嚴(yán)格。因此，可將數(shù)字智能化設(shè)備組裝至推土機(jī)、平地機(jī)、挖掘機(jī)、攤鋪機(jī)、壓路機(jī)等施工機(jī)械上，以有效控制土方開挖、邊坡修整、路基施工、路面攤鋪等施工質(zhì)量，確保順利通過工程驗收。實際施工中，數(shù)控機(jī)械化不僅能實現(xiàn)單機(jī)、多機(jī)聯(lián)合作業(yè)，完成對單一工序或單項工程的科學(xué)控制，而且能夠完成多標(biāo)段、多機(jī)械的組合，最大限度降低業(yè)主質(zhì)量管控的工作量，提高施工效率。

2 數(shù)控機(jī)械化施工功能及原理

2.1 數(shù)控機(jī)械化施工的功能

公路交通在我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有不可或缺的作用，是保證經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長的命脈。近年來，經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，極大地推動了我國公路行業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展，而數(shù)控機(jī)械化施工的功能直接決定公路工程建設(shè)質(zhì)量，對其發(fā)展至關(guān)重要。數(shù)控機(jī)械施工功能如下：

（1）施工機(jī)械位置識別功能。此功能是指施工機(jī)械自動識別所處位置的性能。主要包含內(nèi)部識別和外部識別兩種形式，施工機(jī)械運行路線采集采用內(nèi)部識別，根據(jù)運行狀況及位置變動情況，向智能信息采集系統(tǒng)傳輸獲得的數(shù)據(jù)，根據(jù)機(jī)身位置對其應(yīng)用狀態(tài)進(jìn)行識別，通過該功能應(yīng)用顯著提升了施工效率。

（2）方位誘導(dǎo)功能。公路工程施工中工程機(jī)械按照預(yù)先設(shè)定的流程進(jìn)行施工，針對機(jī)械運行中產(chǎn)生的偏差通過閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行校正，實際施工中工程機(jī)械運行狀態(tài)若與規(guī)定路線存在偏差，設(shè)備會自行開啟復(fù)位功能自動回歸規(guī)定線路，最大限度地降低施工偏差，保證施工質(zhì)量。

（3）識別與評價功能。公路工程施工中，應(yīng)用此功能能準(zhǔn)確識別機(jī)械作業(yè)方式，對其運行狀態(tài)進(jìn)行綜合評估，確定其工作性能[6]。現(xiàn)階段，公路工程建設(shè)規(guī)模越來越大，施工中涉及的工程機(jī)械種類繁多。實際施工中，應(yīng)全面結(jié)合施工現(xiàn)場具體狀況，合理配置工程機(jī)械，選擇性能優(yōu)良、安全性高的機(jī)械設(shè)備，以降低施工風(fēng)險。

2.2 數(shù)控機(jī)械化施工原理

數(shù)控機(jī)械化施工主要通過智能全站儀設(shè)備來實現(xiàn)動態(tài)化控制，或通過GPSRTK 技術(shù)對施工機(jī)械位置、運行狀態(tài)進(jìn)行實時控制。啟動系統(tǒng)后，可通過定位系統(tǒng)及各種傳感器傳輸?shù)男盘?，完成傳感器相關(guān)信息的記錄，結(jié)合各狀態(tài)下的數(shù)據(jù)信息，通過圖像或數(shù)字等形式，向機(jī)械操控人員提供機(jī)械操作界面信息，指揮機(jī)械操控人員作業(yè)[7]。

3 數(shù)控機(jī)械化施工特點及工藝流程

3.1 數(shù)控機(jī)械化施工特點

數(shù)控機(jī)械化施工與傳統(tǒng)機(jī)械化施工特點對比如表1所示。

表1 數(shù)控機(jī)械化施工與傳統(tǒng)機(jī)械化施工的比較

3.2 數(shù)控機(jī)械化施工工藝流程

數(shù)控機(jī)械化施工工藝更加簡單、高效，例如在進(jìn)行公路路基施工時，應(yīng)先調(diào)整設(shè)計數(shù)據(jù)，建立與之對應(yīng)的定位基站，科學(xué)配置運輸機(jī)械，通過數(shù)控推土機(jī)將路基填料攤開、整平，完成路基填筑。對數(shù)控壓路機(jī)實施動態(tài)化控制，并實時監(jiān)測壓實狀態(tài)，對指定區(qū)域壓實遍數(shù)實施監(jiān)控，及時完成數(shù)據(jù)整合[8]。公路工程路基填筑施工流程如圖1 所示。

圖1 公路路基填筑數(shù)控機(jī)械化施工流程圖

4 數(shù)控機(jī)械化施工實踐效果分析

4.1 成型后外觀數(shù)據(jù)比較

為進(jìn)一步驗證數(shù)控機(jī)械化施工成型效果，以某高速公路Ⅰ標(biāo)段為研究對象，先后采取傳統(tǒng)機(jī)械化施工及數(shù)控機(jī)械化施工方式，分別選取2 段長度為200 m 的標(biāo)準(zhǔn)施工路段進(jìn)行標(biāo)高控制測量，其檢測數(shù)據(jù)如下：

（1）傳統(tǒng)機(jī)械化施工成型后標(biāo)高檢測數(shù)據(jù)如表2 所示。

（2）數(shù)控平地機(jī)施工成型后標(biāo)高檢測數(shù)據(jù)如表3 所示。

通過表2、表3 能夠看出：傳統(tǒng)機(jī)械化與數(shù)控機(jī)械化施工成型偏差、精度差距較大，數(shù)控機(jī)械成型后檢測數(shù)據(jù)均方差相比傳統(tǒng)方式降低幅度達(dá)5 倍以上。

表2 傳統(tǒng)方法施工后標(biāo)高檢測數(shù)據(jù)

表3 數(shù)控平地機(jī)系統(tǒng)施工后標(biāo)高檢測數(shù)據(jù)

4.2 兩種施工方法的經(jīng)濟(jì)效益分析

為簡化計算，方便比較，采用美國天寶GCS900 數(shù)控設(shè)備，結(jié)合某高速公路Ⅰ標(biāo)段試驗段施工案例檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行說明[9]。此路段采用全路段精施工，利用傳統(tǒng)機(jī)械化和數(shù)控機(jī)械化分別施工200 m；通過數(shù)控機(jī)械化施工0.5 d 完成施工任務(wù)，一次驗收通過；而通過傳統(tǒng)機(jī)械施工，用時1 d完成任務(wù)，一次驗收通過。其機(jī)械、人員配置及用時情況如表4 所示。

表4 設(shè)備配備、人員、施工時間情況表

（1）人工費比較：通過數(shù)控機(jī)械施工，顯著減少測量及施工人員投入，全程僅需1 名測量技術(shù)人員按照路基施工參數(shù)完成機(jī)械設(shè)定即可，無須其他人員參與，顯著減少現(xiàn)場人為干預(yù)，提高測量精度，降低人工成本[10]。通過計算可知數(shù)控機(jī)械施工與傳統(tǒng)機(jī)械施工相比，其人工費降低23.7%。具體人工費用如表5 所示。

表5 人工費計算表

（2）燃油費（柴油單價7.16 元/L）：利用數(shù)控機(jī)械施工，燃油費降低1 156 元。數(shù)控機(jī)械施工與傳統(tǒng)機(jī)械施工相比燃油費節(jié)省74.2%。具體費用計算如表6 所示。

表6 燃油費計算表

（3）機(jī)械臺班費用：通過數(shù)控機(jī)械施工，其臺班費用降低500 元，單項費用數(shù)控機(jī)械施工是傳統(tǒng)機(jī)械施工的77.3%。具體如表7 所示。

表7 機(jī)械臺班費計算表

（4）綜上所述，得出如下結(jié)果：①采用傳統(tǒng)機(jī)械施工：人工費1 140 元+燃油費4 488 元+機(jī)械臺班費2 200元=7 828 元；②采用數(shù)控機(jī)械施工：人工費270 元+燃油費3 332 元+機(jī)械臺班費1 700 元=5 302 元。通過對比能夠看出，200 m 道路標(biāo)準(zhǔn)施工狀況下，數(shù)控機(jī)械施工成本費用是傳統(tǒng)機(jī)械施工成本費用的67.7%，整體節(jié)約

32.3%。

5 結(jié)論

當(dāng)前，我國公路交通等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展迅速，對工程質(zhì)量、成本、安全及工期提出了更高要求。傳統(tǒng)機(jī)械施工模式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足施工需求，而數(shù)控機(jī)械化施工具有施工效率高、成本低、精度高、可實現(xiàn)多機(jī)、多標(biāo)段聯(lián)合施工等優(yōu)點，為施工方營造安全、高效、優(yōu)質(zhì)的施工環(huán)境，并為建設(shè)方提供智能化、科學(xué)化的施工管理平臺，對降低施工成本，保證工程質(zhì)量具有十分重要的作用，為今后土建工程施工指明了方向。