數(shù)控機(jī)械技術(shù)及其在公路土建中的應(yīng)用

林翠軍

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對數(shù)控機(jī)械的應(yīng)用日益廣泛。通過在公路工程施工過程中應(yīng)用數(shù)控機(jī)械技術(shù)，可以提升公路工程施工精度，降低施工誤差，縮短施工工期，保證工程的施工效率和施工質(zhì)量。文章首先對數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)的基本概念以及數(shù)控機(jī)械技術(shù)原理進(jìn)行了分析，然后對公路土建施工中數(shù)控機(jī)械技術(shù)的實際應(yīng)用效果進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)械技術(shù)；公路工程；土建施工；施工精度；施工質(zhì)量 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U415 文章編號：1009-2374（2017）10-0144-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.072

隨著現(xiàn)代化公路施工水平的不斷提升，利用專業(yè)化的機(jī)械設(shè)備解決施工過程中遇到的土建問題已經(jīng)成為了一種常態(tài)。在公路土建工程施工過程中，以數(shù)控技術(shù)為代表的技術(shù)操作所占的比例越來越大，推進(jìn)了現(xiàn)代化工程建設(shè)的進(jìn)程。在公路工程施工過程中，通過利用數(shù)據(jù)機(jī)械技術(shù)可以有效解決工程施工中因操作水平差異而造成的各種問題，降低施工成本，提升施工質(zhì)量。

1 數(shù)控機(jī)械技術(shù)概述

數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)綜合了多個技術(shù)平臺，如數(shù)據(jù)收集、定位技術(shù)、機(jī)械把控技術(shù)、三維建模設(shè)計等，利用通訊技術(shù)對現(xiàn)場資源的合理整合、分配、利用，最大限度突破時間和空間制約，利用數(shù)控機(jī)械完成對施工現(xiàn)場實際施工情況和進(jìn)度的實時跟蹤和把控。數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)在各類工程中均有著廣泛的應(yīng)用，包括公路、機(jī)場、公共場所等工程，將智能控制系統(tǒng)和施工機(jī)械有效聯(lián)合起來形成智能數(shù)控機(jī)械，進(jìn)而實現(xiàn)多道關(guān)鍵工序的施工、壓實和驗收。該項施工技術(shù)有效實現(xiàn)了分工序、分環(huán)節(jié)、多設(shè)備、多標(biāo)段等高效組合施工的精準(zhǔn)把控。借助專業(yè)性平臺完成項目的施工，如機(jī)場項目中，對于跑道的水穩(wěn)施工可通過數(shù)控平地機(jī)完成，不需要掛線處理，高速公路的精加工層項目也可以不經(jīng)過放樣、測量即完成施工。數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)最主要是采用GPS定位或?qū)崟r動態(tài)定位技術(shù)有效把控施工機(jī)械設(shè)備的準(zhǔn)確狀態(tài)和位置，借助傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并校準(zhǔn)三維化模型，進(jìn)而發(fā)出正確的操作指令，施工人員可按照指令進(jìn)行機(jī)械控制，實現(xiàn)精準(zhǔn)施工。傳統(tǒng)機(jī)械化施工的主要缺點(diǎn)有效率低、數(shù)據(jù)反饋滯后、安全性低、外部條件依賴性強(qiáng)等，數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)聯(lián)合了多項技術(shù)，使得人員、材料、設(shè)備得到有效利用，充分節(jié)約了施工時間，降低了人力和成本，施工安全性得到保障，且實際施工中工程質(zhì)量可以有效監(jiān)控，完全實現(xiàn)了管控一體化施工，降低了返工率。

2 數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)原理和特點(diǎn)

2.1 數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)原理

數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)主要利用GPS的RTK技術(shù)或智能機(jī)器人全站儀的實時動態(tài)定位技術(shù)等，實時監(jiān)控工程機(jī)械的三維坐標(biāo)及當(dāng)下運(yùn)行狀態(tài)。通過接收定位系統(tǒng)和各類傳感器所傳輸?shù)臓顟B(tài)信號，收集和整理各類數(shù)值以及收集到的三維設(shè)計模型和機(jī)械狀態(tài)信息等，利用數(shù)值、圖像、聲音等信號形式，有效顯示機(jī)械和實際工作面的準(zhǔn)確方位，輔助施工人員選用自動施工模式把控鏟刀，進(jìn)而完成施工。

2.2 特點(diǎn)

相比于傳統(tǒng)的機(jī)械化施工，數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)在工程項目中的應(yīng)用有著明顯的優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在以下四點(diǎn)：（1）通過往系統(tǒng)錄入對應(yīng)的設(shè)計數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)無樁化施工，且數(shù)據(jù)具有很高的精確度，無需多次審查確認(rèn)，極大程度降低了人工和時間成本。同時可有效提升施工現(xiàn)場機(jī)械組合的利用率，降低施工中機(jī)械的能耗，有效保障安全施工；（2）可有效免去打樁參照，使得現(xiàn)場施工機(jī)械得到有效的自動把控，通過自動采集相關(guān)施工數(shù)據(jù)，一定程度上減少了施工設(shè)施的使用率；（3）有效完成對現(xiàn)場施工的實時動態(tài)監(jiān)管，真正做到管控一體化施工；（4）有效實現(xiàn)對公路工程開展全過程的實時動態(tài)監(jiān)控，從根本上避免返工情況的發(fā)生。

3 數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)工藝流程

相比于傳統(tǒng)的機(jī)械施工，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：認(rèn)真整理設(shè)計數(shù)據(jù)，并錄入施工系統(tǒng)，布設(shè)對應(yīng)的定位基準(zhǔn)，進(jìn)而保障所有施工機(jī)械設(shè)施均位于同一定位基準(zhǔn)下；合理安排運(yùn)料車輛，高效完成物料的裝卸；借助數(shù)控推土機(jī)完成物料初期的平整度調(diào)整；借助數(shù)控平地機(jī)，綜合錄入的設(shè)計數(shù)據(jù)，自動調(diào)整鏟刀，精準(zhǔn)調(diào)平物料；采用數(shù)控壓路機(jī)自動控制完成碾壓，將相應(yīng)施工區(qū)域的碾壓進(jìn)展情況、次數(shù)、壓實度等參數(shù)通過傳感設(shè)施進(jìn)行傳輸、顯示，確保在完成施工后可以及時給出相應(yīng)的動態(tài)施工數(shù)據(jù)。

4 數(shù)控機(jī)械技術(shù)的實際應(yīng)用

數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)因其有諸多優(yōu)點(diǎn)而在公路建設(shè)中被廣泛應(yīng)用，以下結(jié)合某地區(qū)高速公路建設(shè)項目為例，對其中一段300m的精加工路段進(jìn)行數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)的應(yīng)用分析。

4.1 數(shù)控機(jī)械施工的標(biāo)高偏差

施工技術(shù)質(zhì)量好壞可以通過對施工標(biāo)高數(shù)據(jù)進(jìn)行比對來顯示，是評價施工技術(shù)精準(zhǔn)性和優(yōu)越型的顯著指標(biāo)。相比于傳統(tǒng)的機(jī)械施工技術(shù)中標(biāo)高數(shù)據(jù)的比對，數(shù)據(jù)機(jī)械施工技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是可以有效降低誤差，提高施工的精準(zhǔn)性，本項目借助數(shù)據(jù)機(jī)械施工技術(shù)有效控制了施工標(biāo)高誤差，提高了精準(zhǔn)度，由此說明數(shù)據(jù)機(jī)械施工技術(shù)的輔助，可有效強(qiáng)化對施工過程的管理和控制。

4.2 數(shù)控機(jī)械施工的成本和收益

相比于傳統(tǒng)的機(jī)械施工，數(shù)控機(jī)械施工有效節(jié)約了人力、物力和成本，且施工過程中受周圍條件影響較小，施工安全性得到有效保障，大大提升了施工效率。在處理施工數(shù)據(jù)上，數(shù)控機(jī)械施工有效解決了傳統(tǒng)機(jī)械施工處理數(shù)據(jù)所需人力大的問題，同時收集、整理、核查數(shù)據(jù)的工作也大大降低，可有效解決因設(shè)計變更而引起的數(shù)據(jù)調(diào)整問題，降低了返工率。數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)通過融合多種先進(jìn)技術(shù)，將三維建模和多技術(shù)平臺有效結(jié)合，實現(xiàn)施工數(shù)據(jù)的自動快速收集、整理、控制和分析，有效把控施工進(jìn)度和施工質(zhì)量，實現(xiàn)了施工整個過程的動態(tài)監(jiān)控，真正做到機(jī)械一體化施工，有效保證了施工成本和收益。

為有效直觀的比對數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)的特點(diǎn)，對上述提到的項目路段開展施工試驗，進(jìn)而有效比對施工成本和收益。數(shù)控系統(tǒng)主要采用了美國Trimble公司的GCS900系統(tǒng)，300m長的精加工高速公路路段分別采用傳統(tǒng)機(jī)械施工和數(shù)控機(jī)械施工技術(shù)進(jìn)行施工，分別施工長度為150m，通過施工數(shù)據(jù)的收集對比兩種施工方式的施工效率、誤差、成本，詳細(xì)參數(shù)見表1。由表1可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)控機(jī)械施工有效提高了施工效率、降低了施工誤差，大大減少了施工成本，提升了施工效益。施工人力的降低對整個施工過程數(shù)據(jù)的收集并未產(chǎn)生影響，同時人力的減少對于施工過程中施工機(jī)械的干擾性、施工安全隱患等均明顯降低，并且還節(jié)約了成本，兩種施工模式的成本明顯差異直接展現(xiàn)了數(shù)控機(jī)械施工的優(yōu)越性。

5 結(jié)語

綜上所述，在公路土建工程施工過程中，對數(shù)控機(jī)械的應(yīng)用日益廣泛。數(shù)控機(jī)械集成了機(jī)械控制技術(shù)、精準(zhǔn)定位技術(shù)和現(xiàn)代通訊技術(shù)，可以進(jìn)行一體化數(shù)控機(jī)械施工，避免人為因素而引起的施工誤差，提高施工成本，縮短施工工期，簡化施工流程。通過在實際工程施工中應(yīng)用數(shù)控機(jī)械設(shè)計師，不僅推進(jìn)了施工安全，為施工提供了高效、優(yōu)質(zhì)、安全的保障，而且也提高了工程的施工進(jìn)度和施工質(zhì)量，推進(jìn)了公路現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展。

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（責(zé)任編輯：王 波）