數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)在公路工程施工中的應(yīng)用

張伸超

（許昌市公路管理局，河南 許昌461000）

城市化進(jìn)程的加快，帶動(dòng)了我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展，公路工程的數(shù)量不斷增加，也使得其施工質(zhì)量問(wèn)題受到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。在科技發(fā)展的帶動(dòng)下，公路行業(yè)的施工技術(shù)水平不斷提高，應(yīng)用專業(yè)機(jī)械設(shè)備解決工程施工問(wèn)題，已經(jīng)成為公路工程施工的一種必然趨勢(shì)。數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效解決傳統(tǒng)人工操作中存在的問(wèn)題，從而降低工程的施工成本，提高施工質(zhì)量，因此得到了公路工程管理人員的重視[1]。

1 數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)概述

1.1 概念

數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)，是指依靠建立三維設(shè)計(jì)圖數(shù)據(jù)模型、工地現(xiàn)場(chǎng)定位及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)械控制系統(tǒng)等基礎(chǔ)平臺(tái)，結(jié)合相應(yīng)的雙向通訊技術(shù)，對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)的信息資源進(jìn)行整合，突破時(shí)間和空間方面的局限性，對(duì)單臺(tái)乃至整個(gè)工地所有的施工機(jī)械進(jìn)行實(shí)時(shí)管理和精準(zhǔn)控制的施工技術(shù)[2]。從目前來(lái)看，數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)在各類工程如公路、礦山、機(jī)場(chǎng)等都得到了非常廣泛的應(yīng)用，可以將數(shù)字智能控制系統(tǒng)安裝在相應(yīng)的施工機(jī)械上，組成數(shù)控智能設(shè)備，可以有效完成各個(gè)環(huán)節(jié)的施工任務(wù)，同時(shí)完成各階段的壓實(shí)和驗(yàn)收。

1.2 原理

數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)的基本原理，是利用智能機(jī)器人全站儀的實(shí)施動(dòng)態(tài)定位功能，或者GPS的RTK技術(shù)，對(duì)工程機(jī)械的三維位置和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)通過(guò)對(duì)定位系統(tǒng)以及各類傳感器發(fā)射信號(hào)的接收，對(duì)傳感器的數(shù)值進(jìn)行收集和記錄，同時(shí)結(jié)合三維設(shè)計(jì)模型和機(jī)械設(shè)備當(dāng)前的三維狀態(tài)信息，通過(guò)數(shù)值、圖形或者聲音信號(hào)等方式，對(duì)機(jī)械部件以及目標(biāo)工作面的位置進(jìn)行指示，幫助施工人員使用自動(dòng)模式，控制鏟刀進(jìn)行施工[3]。

1.3 特點(diǎn)

與傳統(tǒng)機(jī)械化施工相比，數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)具有相當(dāng)顯著的特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.3.1 可以直接輸入相應(yīng)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，進(jìn)行無(wú)樁化施工，而且數(shù)據(jù)精度較高，不需要節(jié)能型反復(fù)審核，從而在很大程度上節(jié)約了人工和時(shí)間成本。同時(shí)，可以提高工地設(shè)備組合的整體效率，減少施工中設(shè)備的能源消耗，并提高施工的安全性。

1.3.2 能夠有效免除打樁參照，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工機(jī)械的自動(dòng)控制，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集，降低機(jī)械設(shè)備的使用頻率。

1.3.3 能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工程施工的實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)管控一體化。

1.3.4 可以對(duì)公路工程的施工進(jìn)行全過(guò)程動(dòng)態(tài)控制，從根本上消除返工問(wèn)題。

數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)的工藝流程與傳統(tǒng)機(jī)械施工存在著很大的差異。以路基填筑施工為例，其主要施工流程為：對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，將其導(dǎo)入到系統(tǒng)中，設(shè)置相應(yīng)的定位基站，確保所有的機(jī)械設(shè)備都能夠處于同一定位基準(zhǔn)→對(duì)運(yùn)料車進(jìn)行合理配置，做好物料的裝卸工作→利用數(shù)控推土機(jī)，將物料推開(kāi)，同時(shí)對(duì)鏟斗進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，做好物料粗平工作→采用數(shù)控平地機(jī)，結(jié)合設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)鏟刀進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，對(duì)物料進(jìn)行精平→控制數(shù)控壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，并結(jié)合相應(yīng)的傳感設(shè)備，對(duì)目標(biāo)區(qū)域的碾壓遍數(shù)和壓實(shí)度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示→完成施工→及時(shí)提供相應(yīng)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。

2 數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)在公路工程施工中的應(yīng)用

在公路工程施工中，應(yīng)用數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)，可以有效提高施工質(zhì)量和施工效率，施工單位應(yīng)該充分重視。這里結(jié)合相應(yīng)的工程實(shí)例，對(duì)數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)在公路工程施工中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析和討論[4]。

2.1 工程概況

某公路工程屬于城際高速公路，全長(zhǎng)810m，為雙向六車道，是連接相鄰兩個(gè)城市的交通要道，車流量巨大，因此對(duì)公路的施工質(zhì)量和基礎(chǔ)承載能力有著較高的要求。在實(shí)際施工中，為了保證施工質(zhì)量和施工效率，采用了數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)。而為了對(duì)數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證，選取2段各100m精加工路段，將其與傳統(tǒng)機(jī)械化施工方法進(jìn)行對(duì)比和分析。

2.2 標(biāo)高誤差

對(duì)于工程建設(shè)而言，施工標(biāo)高數(shù)據(jù)可以充分凸顯施工技術(shù)的精確性和優(yōu)越性。這里將傳統(tǒng)機(jī)械施工技術(shù)與數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)施工后標(biāo)高檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如表1、表2所示。

表1 傳統(tǒng)機(jī)械化施工

表2 數(shù)控機(jī)械施工

由表1、表2的數(shù)據(jù)對(duì)比情況可以看出，應(yīng)用數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)進(jìn)行施工，在標(biāo)高控制方面有著非常顯著的優(yōu)勢(shì)，可以提升數(shù)據(jù)的精度和準(zhǔn)確性，縮小誤差，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工程施工質(zhì)量的有效控制。

2.3 施工成本與效益

在傳統(tǒng)機(jī)械化施工中，需要做好相應(yīng)的測(cè)量放樁和護(hù)樁工作，而且必須對(duì)其精準(zhǔn)度進(jìn)行反復(fù)核對(duì)，這就在無(wú)形中增大了對(duì)于人力物力資源的消耗。在實(shí)際施工中，機(jī)械設(shè)備的就位和運(yùn)行需要人工指導(dǎo)，不僅工程量大，而且當(dāng)出現(xiàn)設(shè)計(jì)變更或者工程數(shù)據(jù)問(wèn)題時(shí)，無(wú)法及時(shí)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整和反饋，不僅可能影響工程的施工質(zhì)量和施工效率，嚴(yán)重時(shí)甚至需要返工。而數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)主要是通過(guò)三維建模以及多技術(shù)平臺(tái)的聯(lián)合來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的整合，可以有效簡(jiǎn)化施工流程，提高施工效率。為了更直觀地體現(xiàn)數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)在施工成本和效益方面的優(yōu)勢(shì)，這里同樣選擇2段100m的路段進(jìn)行對(duì)比分析。對(duì)比結(jié)果如表3所示。

表3

可以看出，數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)械化施工相比，成本支出更少，而且可以顯著提升施工效率，減少施工人員對(duì)設(shè)備和施工的干擾，保證使用安全，其優(yōu)越性是非常顯著的。而在實(shí)際施工中，傳統(tǒng)機(jī)械施工方法還可能出現(xiàn)返工情況，造成工期的延誤和材料的浪費(fèi)，施工成本只可能更高。因此，選擇數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)進(jìn)行公路工程施工，是非常必要的。

2.4 應(yīng)用與發(fā)展

從目前來(lái)看，數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)在我國(guó)許多公路工程項(xiàng)目的建設(shè)中都得到了非常廣泛的應(yīng)用。例如，江西省昌西南連接線TJ合同段引進(jìn)數(shù)控機(jī)械化設(shè)備天寶GCS系統(tǒng)，應(yīng)用于超寬路基平整施工。在系統(tǒng)中，集成了現(xiàn)代通訊技術(shù)、精準(zhǔn)定位技術(shù)、機(jī)械控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等，可以實(shí)現(xiàn)一體數(shù)控機(jī)械化施工，從而有效避免了施工過(guò)程中人為因素可能造成的誤差。

在公路土建工程施工中，數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)的應(yīng)用可以有效縮短施工工期，節(jié)約施工成本，保證施工質(zhì)量，而且能夠簡(jiǎn)化作業(yè)流程，對(duì)施工數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和管理，為相似道路工程的施工提供參考依據(jù)。因此，數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)得到了工程施工人員的充分重視，應(yīng)該在公路土建領(lǐng)域中大力推廣。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在當(dāng)前不斷加快的城市化發(fā)展的帶動(dòng)下，我國(guó)的公路交通事業(yè)得到了迅猛發(fā)展，公路工程的數(shù)量不斷增加，對(duì)施工質(zhì)量和施工成本等也提出了更高的要求。在這種情況下，傳統(tǒng)機(jī)械化施工模式逐漸無(wú)法滿足實(shí)際需要，數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)得到了發(fā)展和應(yīng)用，不僅能夠?yàn)槭┕さ陌踩?、?yōu)質(zhì)、高效提供相應(yīng)的保障，而且可以加強(qiáng)質(zhì)量和進(jìn)度控制，提升施工效益，推動(dòng)公路工程施工的有序開(kāi)展。

［1］李少煌，劉光輝.數(shù)控機(jī)械技術(shù)在公路土建施工中的應(yīng)用［J］.黑龍江交通科技，2014（11）:54-55.

［2］李濤，周斯格，黃愛(ài)翔，趙磊，劉牧民.數(shù)控機(jī)械技術(shù)在公路土建施工中的應(yīng)用［J］.湖南交通科技，2013（2）:50-53.

［3］楊舒雅，趙昕.公路土建施工中數(shù)控機(jī)械技術(shù)的應(yīng)用［J］.技術(shù)與市場(chǎng)，2014（8）:196，198.

［4］劉祥坤.機(jī)械數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)［J］.中國(guó)科技投資，2013（10）:130.

［5］鄭生萍.試論高速公路土建工程施工計(jì)量［J］.廣東建材，2012（11）:90-92.