基于3D引導(dǎo)系統(tǒng)的挖掘機船組水下整坡預(yù)算定額分析

趙立華，張利昕，楊俊斌，隗彥宏，趙真弘

(1. 江蘇省水利質(zhì)量監(jiān)督中心站，江蘇 南京 210029； 2. 南京市水利建筑工程有限公司，江蘇 南京 210001；3. 徠卡測量系統(tǒng)貿(mào)易(北京)有限公司，北京 100020； 4. 南京市人民中學，江蘇 南京 210005)

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基于3D引導(dǎo)系統(tǒng)的挖掘機船組水下整坡預(yù)算定額分析

趙立華1，張利昕1，楊俊斌2，隗彥宏3，趙真弘4

(1. 江蘇省水利質(zhì)量監(jiān)督中心站，江蘇 南京 210029； 2. 南京市水利建筑工程有限公司，江蘇 南京 210001；3. 徠卡測量系統(tǒng)貿(mào)易(北京)有限公司，北京 100020； 4. 南京市人民中學，江蘇 南京 210005)

挖掘機船組水下整坡常用于模袋混凝土、軟體沉排護坡工程等水下基面的處理。配置3D引導(dǎo)系統(tǒng)的挖掘機與船進行組合工作，其水下整坡施工效率高、效果好。為了給設(shè)計、施工及審價單位提供相關(guān)計價依據(jù)，經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研和統(tǒng)計分析，本文研究編制了基于3D引導(dǎo)系統(tǒng)的挖掘機船組水下整坡定額，作為《江蘇省水利工程預(yù)算定額》的補充。

一、3D引導(dǎo)系統(tǒng)挖掘機工作原理

1. 3D引導(dǎo)系統(tǒng)挖掘機組成

3D引導(dǎo)系統(tǒng)挖掘機由GPS基準站、GPS接收機、傳感器、控制面板和挖掘機組成(如圖1所示)。

圖1　3D引導(dǎo)系統(tǒng)挖掘機

2. 工作原理

系統(tǒng)工作時，安裝在挖掘機機尾兩側(cè)的兩臺GPS接收機和電臺設(shè)備通過接收GPS信號和基站發(fā)送的差分信號獲得挖掘機實時的三維位置；挖掘機車身、大臂、二臂桿和鏟斗4個部位上的4個傳感器實時反映挖掘機車身、大臂、二臂和鏟斗的姿態(tài)，并將角度值傳回控制系統(tǒng)，實時計算挖掘機鏟斗精確的三維坐標；將坐標信息傳到安裝在駕駛室里的控制箱，系統(tǒng)通過比較數(shù)字化三維設(shè)計基準模型與當前鏟斗所處位置信息，以模擬圖形、數(shù)值等多種方式，指示實際鏟斗與目標工作面的相對位置，引導(dǎo)操作手精確施工。水下整坡由原始的多次成型提高到一次成型。

控制屏顯示平面圖、斷面圖、放大斷面圖3幅圖，沒有開挖的區(qū)域顯示為紅色，開挖至設(shè)計高程的區(qū)域顯示為綠色，超挖區(qū)域顯示為藍色。操作手對照顯示屏地毯式向前開挖，就能做到無欠挖、無漏挖,一次性開挖到位。圖2為顯示屏指導(dǎo)操作手某點的開挖情況，鏟斗一側(cè)需下挖0.170m，另一側(cè)需下挖0.257m，該點開挖后河坡高程為-5.883m，超深為0.300m。

圖2　開挖情況

二、研究方法和子目設(shè)置

1. 研究方法

按照“反映社會平均水平，體現(xiàn)社會必要勞動量”的原則，依據(jù)《江蘇省水利工程預(yù)算定額》《全國統(tǒng)一施工機械臺班費用編制規(guī)則》《河道堤防施工規(guī)范》，根據(jù)裝有3D引導(dǎo)系統(tǒng)挖掘機船組水下整坡施工樣本工程的人工、材料、機械消耗等統(tǒng)計資料，以工作日寫實為主、經(jīng)驗估計法為輔進行編制。

2. 子目設(shè)置

設(shè)置挖掘機船組水下整坡1個子目。定額計量單位為1000m2。新增挖掘機船組機械臺時費定額。

施工條件：內(nèi)河河道，整坡泥層平均厚度為0.3m，整坡范圍為順坡方向坡面長35m，邊坡為1∶3～1∶4。

三、主要設(shè)備及人員配置、施工過程

1. 主要設(shè)備和人員配備

裝備徠卡挖掘引導(dǎo)系統(tǒng)3D版的挖掘機、工程船等。作業(yè)人員按機上4人、機下1人配置。

2. 施工過程

首先進行3D引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)備的安裝和調(diào)試；其次將施工區(qū)域坐標、高程、坡比等設(shè)計斷面參數(shù)導(dǎo)入3D引導(dǎo)系統(tǒng)；然后利用拖輪將挖掘機船組移至施工區(qū)域；最后挖掘機船組就位后下定位樁，操作手根據(jù)3D引導(dǎo)系統(tǒng)的提示，操縱鏟斗順坡修整坡面，并將余土裝入運泥駁。

四、整坡定額子目編制

1. 工作內(nèi)容

工作內(nèi)容包括數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D引導(dǎo)系統(tǒng)、船組定位、坡面整理、余土入駁、船組移位。

2. 挖掘機船組水下整坡時間消耗量測算

通過對樣本工程寫實、統(tǒng)計、分析，每整坡1000m2，勞動時間消耗量為6.27工時，該消耗量為勞動定額。

3. 機械人工材料消耗量計算

機械、人工消耗量由勞動定額過渡為預(yù)算定額的幅度差取1.1。

1) 機械消耗量包括挖掘機船組和拖輪。其中，船組機械臺時消耗量=6.90艘時；拖輪機械臺時消耗=0.23艘時。

2) 作業(yè)人員(機下)消耗量：機下作業(yè)人員人工工時=6.90工時。

3) 材料消耗量等于0。

4. 挖掘機船組機械臺時費計算

1) 第1類費用包括工程船、3D引導(dǎo)系統(tǒng)、挖掘機。其中，①工程船：折舊費=49.88元/艘時，修理及替換設(shè)備費==59.86元/艘時，小計=109.74元/艘時；②3D引導(dǎo)系統(tǒng)：折舊費=31.67元/臺時，修理及替換設(shè)備費=19.00元/臺時，安裝拆卸費==3.17元/臺時，小計=53.84元/臺時；③挖掘機：折舊費=35.63元/臺時，修理及替換設(shè)備費=25.46元/臺時，安裝拆卸費=2.18元/臺時，小計=63.27元/臺時。第一類費用合計=226.85元/臺時。

2) 第2類費用包括機上人工和柴油用量。其中，機上人工=5工時；工程船組柴油消耗量=30.62千克/臺時。第二類費用合計=147.32元/臺時。

3) 第3類費用=1.57元/臺時。

五、定額成果

1. 3D挖掘機船組機械臺時費定額

挖掘機船組機械臺時費定額見表1。

表1

注：第2類費用中人工工時預(yù)算單價為8.03元/工時，柴油取3.5元/kg。

2. 挖掘機船組水下整坡預(yù)算定額

挖掘機船組水下整坡工作內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)導(dǎo)入(3D)、船組定位、坡面整理、余土入駁、船組移位。預(yù)算定額見表2。

表2

注：定額不包括土方外運、航道維護工作內(nèi)容。

六、定額水平測算

根據(jù)《江蘇省水利工程設(shè)計概(估)算編制規(guī)定》(2012年版)和市場材料價格，進行挖掘機船組水下整坡預(yù)算單價計算，挖掘機船組水下整坡預(yù)算單價為3.72元/m2。目前，江蘇省水利工程挖掘機船組水下整坡施工市場價格為2.5～3.0元/m2。考慮市場競爭、生產(chǎn)力水平等因素，本定額的水平是合適的，該定額已由江蘇省水利管理部門發(fā)布。

七、結(jié)束語

傳統(tǒng)內(nèi)河道挖掘機水下整坡施工缺少引導(dǎo)控制手段，主要依賴于機手的操作經(jīng)驗，借視覺、感覺和測量人員配合工作，施工質(zhì)量不穩(wěn)定，高程、坡度的控制需要大量人力完成，綜合效率低，影響施工進度和質(zhì)量。挖掘機加配徠卡3D挖掘引導(dǎo)系統(tǒng)后，實現(xiàn)了可視數(shù)字化操作，較好地解決了上述問題，提高了機械施工精度和效率，節(jié)約了綜合施工成本。該工藝理論成熟、施工效率高，安全質(zhì)量易控制，社會經(jīng)濟效益顯著，具有較好的應(yīng)用前景。

徠卡測量新技術(shù)應(yīng)用專欄