機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道信息化施工技術(shù)

高英楠，薄學(xué)峰

（中交一航局第四工程有限公司）

1 工程背景

北京新機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目是國(guó)家級(jí)重點(diǎn)工程，位于北京市大興區(qū)榆垡鎮(zhèn)、禮賢鎮(zhèn)和河北省廊坊市廣陽(yáng)區(qū)之間，占地面積為29.4km2，該項(xiàng)目建設(shè)時(shí)強(qiáng)夯、沖擊碾壓以及場(chǎng)地壓實(shí)工程量巨大，為保證工程質(zhì)量并提高施工效率，新機(jī)場(chǎng)建設(shè)指揮部組織各參建單位引入信息化施工管理系統(tǒng)，通過(guò)信息化施工技術(shù)實(shí)現(xiàn)保障質(zhì)量、提升效率和節(jié)約成本的目的。

2 信息化施工管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)集成了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、信息化施工管理系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)智能終端系統(tǒng)，其組成包括PC端軟件平臺(tái)、設(shè)備端定位、智能傳感器和移動(dòng)操作端，以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，借助現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)和電子信息技術(shù)，對(duì)施工設(shè)備的運(yùn)行軌跡、參數(shù)以及質(zhì)量指標(biāo)等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)交互與存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的智能化控制與質(zhì)量的全方位把控，在北京新機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目中，主要用于強(qiáng)夯、壓實(shí)以及現(xiàn)場(chǎng)巡檢等施工過(guò)程的控制。

2.1 強(qiáng)夯信息化技術(shù)原理

強(qiáng)夯信息化管理系統(tǒng)前端設(shè)備由2套GNSS接收機(jī)、系統(tǒng)控制器、通訊集線(xiàn)器、液壓傳感器以及深度傳感器構(gòu)成。其中，GNSS接收機(jī)1套安裝在擺臂頂端控制夯點(diǎn)位置，另1套安裝在機(jī)身上輔助臂頂GNSS控制夯機(jī)的方向。深度傳感器安裝在臂頂定滑輪上，通過(guò)感應(yīng)滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向的變化次數(shù)換算夯擊次數(shù)、記錄纜繩的升降距離確定每擊夯沉量及總夯沉量，并結(jié)合夯錘質(zhì)量記錄夯擊能。壓力傳感器安裝在液壓缸上，通過(guò)感應(yīng)提錘和落錘周期過(guò)程中的液壓值變化，判斷并記錄有效的夯擊次數(shù)。通訊集線(xiàn)器安裝在機(jī)箱內(nèi)，與各終端硬件連接并供電，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到管理平臺(tái)。系統(tǒng)控制器安裝在駕駛室內(nèi)，存儲(chǔ)項(xiàng)目初始信息數(shù)據(jù)，設(shè)置施工工藝控制參數(shù)，指導(dǎo)駕駛員嚴(yán)格按照擬定參數(shù)進(jìn)行施工作業(yè)。

2.2 壓實(shí)信息化技術(shù)原理

壓實(shí)信息化系統(tǒng)前端由GNSS接收機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)、壓實(shí)度傳感器、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)及控制器構(gòu)成，GNSS接收機(jī)和數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)安裝在振動(dòng)壓路機(jī)頂部，通過(guò)接收GNSS衛(wèi)星信號(hào)和基站發(fā)射的差分信號(hào)將壓路機(jī)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行定位和記錄，結(jié)合壓路機(jī)滾輪寬度確定碾壓輪跡、搭接寬度和壓實(shí)遍數(shù)，精度可達(dá)到厘米級(jí)。壓實(shí)度傳感器安裝在滾輪軸承上，以實(shí)時(shí)采集振動(dòng)輪豎向加速度信號(hào)數(shù)值。系統(tǒng)控制器安裝在操作室，用來(lái)存儲(chǔ)項(xiàng)目初始信息數(shù)據(jù)，設(shè)置施工工藝控制參數(shù)，施工過(guò)程中，向駕駛員反饋碾壓輪跡、碾壓遍數(shù)和CMV（壓實(shí)計(jì)值），以色階圖形式指導(dǎo)駕駛員實(shí)時(shí)控制碾壓質(zhì)量。所有獲得的施工參數(shù)信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)上傳到管理平臺(tái)。

3 信息化施工管理平臺(tái)

信息化施工管理平臺(tái)按類(lèi)別和層級(jí)為系統(tǒng)使用人員分配賬號(hào)和密碼，通過(guò)WEB端登錄后查看并分析存儲(chǔ)在服務(wù)器上的全部項(xiàng)目施工信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控并根據(jù)需求生成指定的施工成果報(bào)告。

3.1 強(qiáng)夯信息化管理

強(qiáng)夯信息化管理頁(yè)面的施工進(jìn)度圖形化展示以綠色表示合格夯擊次數(shù)，藍(lán)色表示欠缺夯擊次數(shù)，紅色表示超標(biāo)次數(shù)，白色表示未強(qiáng)夯施工。點(diǎn)擊任意夯點(diǎn)即可查詢(xún)?cè)擖c(diǎn)的施工信息，包括夯擊次數(shù)、最后的平均夯沉量、勢(shì)能以及累計(jì)施工工作效率等信息的統(tǒng)計(jì)。

3.2 壓實(shí)信息化管理

壓實(shí)信息化管理頁(yè)面通過(guò)不同的顏色顯示各點(diǎn)位的壓實(shí)狀態(tài)，施工目標(biāo)控制較差的區(qū)域以接近紅色顯示，在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，質(zhì)量薄弱點(diǎn)的CMV值滿(mǎn)足要求，則其他CMV較高的施工點(diǎn)在理論上也能滿(mǎn)足施工要求。點(diǎn)擊施工區(qū)的任意一點(diǎn)，即顯示該點(diǎn)發(fā)生過(guò)的所有施工信息，包括機(jī)械碾壓遍數(shù)、壓實(shí)度、行車(chē)速度、壓實(shí)是否開(kāi)振及填方高度等信息，實(shí)現(xiàn)施工信息全過(guò)程的追溯與深度還原。

4 信息化施工運(yùn)行效果

4.1 強(qiáng)夯信息化施工效果

對(duì)比傳統(tǒng)施工，強(qiáng)夯信息化施工準(zhǔn)備階段通過(guò)輸入后臺(tái)文件，省略人員攜帶儀器進(jìn)行放線(xiàn)的環(huán)節(jié)，直接進(jìn)場(chǎng)對(duì)點(diǎn)施工，避免了傳統(tǒng)施工多次利用GPS人工放線(xiàn)，夯點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)精確度不高且易被破壞的問(wèn)題，系統(tǒng)通過(guò)平臺(tái)管理可以逐點(diǎn)將夯沉量、夯擊次數(shù)以及施工時(shí)間等信息形成連續(xù)的監(jiān)控記錄，避免人工次數(shù)計(jì)量精度低，測(cè)量夯沉量存在安全隱患和監(jiān)測(cè)過(guò)程不連續(xù)等問(wèn)題。利用控制器指導(dǎo)施工可以使強(qiáng)夯具備夜間連續(xù)作業(yè)能力，極大地提高其作業(yè)時(shí)間和施工效率，為項(xiàng)目創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)收益和質(zhì)量保障。

4.2 壓實(shí)信息化施工效果

在壓實(shí)方面，除通過(guò)控制器精確控制壓實(shí)遍數(shù)和引導(dǎo)錯(cuò)距搭接，信息化施工的實(shí)時(shí)記錄會(huì)顯示整個(gè)作業(yè)面上每一點(diǎn)的壓實(shí)計(jì)值，可以全面地自檢壓實(shí)度，及時(shí)處理不符合壓實(shí)度要求的問(wèn)題區(qū)域，以過(guò)程全面控制代替事后控制，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)壓實(shí)度以點(diǎn)帶面的抽樣檢測(cè)存在的局部質(zhì)量隱患，大幅度提高了一次性檢測(cè)通過(guò)率，系統(tǒng)通過(guò)規(guī)避漏壓和過(guò)壓等措施節(jié)省了施工資源，提高了施工效率，節(jié)約了機(jī)械、油耗、人員等成本。

5 信息化施工管理系統(tǒng)的推廣建議

信息化施工技術(shù)在強(qiáng)夯和壓實(shí)施工中可以節(jié)約人力資源，自動(dòng)監(jiān)控施工數(shù)據(jù)，其理論科學(xué)可行，但在實(shí)踐推廣過(guò)程中仍存在一些問(wèn)題，如信息化設(shè)備造價(jià)較高，回本周期較長(zhǎng)。另外，壓實(shí)施工過(guò)程中，CMV受填筑材料、機(jī)械行駛速度以及型號(hào)等變量的影響，壓實(shí)施工必須在機(jī)械開(kāi)振狀態(tài)才能使用，不適合靜壓材料的施工。強(qiáng)夯數(shù)字化施工也存在相鄰地質(zhì)變化較大處夯錘落地錘身傾斜，測(cè)量夯沉量誤差較大，無(wú)法正確反映夯沉量等問(wèn)題，針對(duì)以上敘述，提出以下建議：

1）簡(jiǎn)化終端設(shè)備功能，保留核心施工參數(shù)記錄，如針對(duì)強(qiáng)夯信息化設(shè)備，省略機(jī)身上的GNSS接收機(jī)，保障主要施工參數(shù)處于可控狀態(tài)，壓實(shí)信息化設(shè)備通過(guò)去除壓實(shí)度傳感器，主要控制施工的碾壓遍數(shù)和軌跡，可以大幅度降低成本；

2）開(kāi)發(fā)新型終端傳感設(shè)備，設(shè)備類(lèi)型國(guó)產(chǎn)化，強(qiáng)夯及壓實(shí)信息化施工可以通過(guò)使用國(guó)產(chǎn)GNSS接收機(jī)達(dá)到降低成本的目的，在技術(shù)方面，壓實(shí)檢測(cè)依靠傳統(tǒng)檢測(cè)或開(kāi)發(fā)新型的終端傳感設(shè)備，可以解決CMV的應(yīng)用弊端，如MDP滾動(dòng)阻力檢測(cè)方法，強(qiáng)夯信息化施工可以通過(guò)改進(jìn)傳感器使用方法及應(yīng)用部位使參數(shù)記錄更加準(zhǔn)確。

6 結(jié)語(yǔ)

信息化施工技術(shù)在場(chǎng)道工程地基處理及基層壓實(shí)過(guò)程中的運(yùn)用展現(xiàn)出穩(wěn)定、安全、高效及節(jié)耗等優(yōu)良特性，主要包括：

1）針對(duì)大面積的場(chǎng)道施工，信息化施工技術(shù)可以從地基處理到基層壓實(shí)實(shí)現(xiàn)全方位且多維度的質(zhì)量控制，從而保障面層施工質(zhì)量可控；

2）在施工方面，通過(guò)信息化管控，可以降低人為因素對(duì)施工精度的干擾和對(duì)施工質(zhì)量的破壞，在獲得準(zhǔn)確施工指導(dǎo)的情況下提高施工效率，通過(guò)信息化監(jiān)控與施工數(shù)據(jù)記錄，降低人員、機(jī)械及油耗等成本；

3）在管理方面，通過(guò)平臺(tái)管理可以節(jié)約人力資源，提高管理效率，避免質(zhì)量漏洞，深度還原某時(shí)某地的施工狀態(tài)，具備完整的數(shù)據(jù)追溯能力，同時(shí)在人力資源節(jié)約方面獲得經(jīng)濟(jì)收益。

信息化智能施工控制系統(tǒng)通過(guò)“物聯(lián)網(wǎng)+”的形式，將傳統(tǒng)施工過(guò)程中的人工監(jiān)控轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)監(jiān)控，提高了信息收集傳遞的效率，實(shí)現(xiàn)了施工過(guò)程的可追溯性，顯著節(jié)約了人力資源的投入，減少了自然條件的影響，極大地拓展了作業(yè)時(shí)間，有力地提升了施工效率和質(zhì)量管理水平，對(duì)目前大面積的機(jī)場(chǎng)施工管理創(chuàng)新和科技驅(qū)動(dòng)具有較高的借鑒意義。