論公路土建項目數控機械化施工技術及效果

羅玉海

（貴州橋梁建設集團有限責任公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

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

1 數控機械化施工的概念

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

公路、橋梁、水利、礦山、機場、商業廣場等土建工程施工中，所需工程機械種類繁多，對地基平整度、高程等相關指標要求較為嚴格。因此，可將數字智能化設備組裝至推土機、平地機、挖掘機、攤鋪機、壓路機等施工機械上，以有效控制土方開挖、邊坡修整、路基施工、路面攤鋪等施工質量，確保順利通過工程驗收。實際施工中，數控機械化不僅能實現單機、多機聯合作業，完成對單一工序或單項工程的科學控制，而且能夠完成多標段、多機械的組合，最大限度降低業主質量管控的工作量，提高施工效率。

2 數控機械化施工功能及原理

2.1 數控機械化施工的功能

公路交通在我國國民經濟發展中具有不可或缺的作用，是保證經濟穩定增長的命脈。近年來，經濟的飛速發展，極大地推動了我國公路行業的進步與發展，而數控機械化施工的功能直接決定公路工程建設質量，對其發展至關重要。數控機械施工功能如下：

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

（2）方位誘導功能。公路工程施工中工程機械按照預先設定的流程進行施工，針對機械運行中產生的偏差通過閉環系統進行校正，實際施工中工程機械運行狀態若與規定路線存在偏差，設備會自行開啟復位功能自動回歸規定線路，最大限度地降低施工偏差，保證施工質量。

（3）識別與評價功能。公路工程施工中，應用此功能能準確識別機械作業方式，對其運行狀態進行綜合評估，確定其工作性能[6]?，F階段，公路工程建設規模越來越大，施工中涉及的工程機械種類繁多。實際施工中，應全面結合施工現場具體狀況，合理配置工程機械，選擇性能優良、安全性高的機械設備，以降低施工風險。

2.2 數控機械化施工原理

數控機械化施工主要通過智能全站儀設備來實現動態化控制，或通過GPSRTK 技術對施工機械位置、運行狀態進行實時控制。啟動系統后，可通過定位系統及各種傳感器傳輸的信號，完成傳感器相關信息的記錄，結合各狀態下的數據信息，通過圖像或數字等形式，向機械操控人員提供機械操作界面信息，指揮機械操控人員作業[7]。

3 數控機械化施工特點及工藝流程

3.1 數控機械化施工特點

數控機械化施工與傳統機械化施工特點對比如表1所示。

表1 數控機械化施工與傳統機械化施工的比較

3.2 數控機械化施工工藝流程

數控機械化施工工藝更加簡單、高效，例如在進行公路路基施工時，應先調整設計數據，建立與之對應的定位基站，科學配置運輸機械，通過數控推土機將路基填料攤開、整平，完成路基填筑。對數控壓路機實施動態化控制，并實時監測壓實狀態，對指定區域壓實遍數實施監控，及時完成數據整合[8]。公路工程路基填筑施工流程如圖1 所示。

圖1 公路路基填筑數控機械化施工流程圖

4 數控機械化施工實踐效果分析

4.1 成型后外觀數據比較

為進一步驗證數控機械化施工成型效果，以某高速公路Ⅰ標段為研究對象，先后采取傳統機械化施工及數控機械化施工方式，分別選取2 段長度為200 m 的標準施工路段進行標高控制測量，其檢測數據如下：

（1）傳統機械化施工成型后標高檢測數據如表2 所示。

（2）數控平地機施工成型后標高檢測數據如表3 所示。

通過表2、表3 能夠看出：傳統機械化與數控機械化施工成型偏差、精度差距較大，數控機械成型后檢測數據均方差相比傳統方式降低幅度達5 倍以上。

表2 傳統方法施工后標高檢測數據

表3 數控平地機系統施工后標高檢測數據

4.2 兩種施工方法的經濟效益分析

為簡化計算，方便比較，采用美國天寶GCS900 數控設備，結合某高速公路Ⅰ標段試驗段施工案例檢測數據進行說明[9]。此路段采用全路段精施工，利用傳統機械化和數控機械化分別施工200 m；通過數控機械化施工0.5 d 完成施工任務，一次驗收通過；而通過傳統機械施工，用時1 d完成任務，一次驗收通過。其機械、人員配置及用時情況如表4 所示。

表4 設備配備、人員、施工時間情況表

（1）人工費比較：通過數控機械施工，顯著減少測量及施工人員投入，全程僅需1 名測量技術人員按照路基施工參數完成機械設定即可，無須其他人員參與，顯著減少現場人為干預，提高測量精度，降低人工成本[10]。通過計算可知數控機械施工與傳統機械施工相比，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）：利用數控機械施工，燃油費降低1 156 元。數控機械施工與傳統機械施工相比燃油費節省74.2%。具體費用計算如表6 所示。

表6 燃油費計算表

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

表7 機械臺班費計算表

（4）綜上所述，得出如下結果：①采用傳統機械施工：人工費1 140 元+燃油費4 488 元+機械臺班費2 200元=7 828 元；②采用數控機械施工：人工費270 元+燃油費3 332 元+機械臺班費1 700 元=5 302 元。通過對比能夠看出，200 m 道路標準施工狀況下，數控機械施工成本費用是傳統機械施工成本費用的67.7%，整體節約

32.3%。

5 結論

當前，我國公路交通等基礎設施建設發展迅速，對工程質量、成本、安全及工期提出了更高要求。傳統機械施工模式已遠遠無法滿足施工需求，而數控機械化施工具有施工效率高、成本低、精度高、可實現多機、多標段聯合施工等優點，為施工方營造安全、高效、優質的施工環境，并為建設方提供智能化、科學化的施工管理平臺，對降低施工成本，保證工程質量具有十分重要的作用，為今后土建工程施工指明了方向。