论公路土建项目数控机械化施工技术及效果

罗玉海

（贵州桥梁建设集团有限责任公司,贵州 贵阳 550001）

0 引言

长期以来，土建项目施工中高程、坡度、平整度等指标均是由技术人员通过测量仪器完成检测，并手动指挥土方作业机械完成指标控制[1-3]。但由于土方施工机械性能差异、操作人员技术限制、测量控制人员检测误差等因素，导致了施工的随意性，严重降低了产品质量，导致无法顺利通过验收，增加返工成本，并造成资源严重浪费，影响企业形象。数控机械化施工技术具有精度高、成本低、快速、高效的特点，能有效解决施工中出现的上述问题，值得推广和应用。

1 数控机械化施工的概念

数控机械化施工是通过构建控制体系，利用双向通信技术，对施工现场信息进行收集、整合，打破时空限制，对施工现场部分或所有工程机械实施实时管控的施工方式[4-5]。

公路、桥梁、水利、矿山、机场、商业广场等土建工程施工中，所需工程机械种类繁多，对地基平整度、高程等相关指标要求较为严格。因此，可将数字智能化设备组装至推土机、平地机、挖掘机、摊铺机、压路机等施工机械上，以有效控制土方开挖、边坡修整、路基施工、路面摊铺等施工质量，确保顺利通过工程验收。实际施工中，数控机械化不仅能实现单机、多机联合作业，完成对单一工序或单项工程的科学控制，而且能够完成多标段、多机械的组合，最大限度降低业主质量管控的工作量，提高施工效率。

2 数控机械化施工功能及原理

2.1 数控机械化施工的功能

公路交通在我国国民经济发展中具有不可或缺的作用，是保证经济稳定增长的命脉。近年来，经济的飞速发展，极大地推动了我国公路行业的进步与发展，而数控机械化施工的功能直接决定公路工程建设质量，对其发展至关重要。数控机械施工功能如下：

（1）施工机械位置识别功能。此功能是指施工机械自动识别所处位置的性能。主要包含内部识别和外部识别两种形式，施工机械运行路线采集采用内部识别，根据运行状况及位置变动情况，向智能信息采集系统传输获得的数据，根据机身位置对其应用状态进行识别，通过该功能应用显著提升了施工效率。

（2）方位诱导功能。公路工程施工中工程机械按照预先设定的流程进行施工，针对机械运行中产生的偏差通过闭环系统进行校正，实际施工中工程机械运行状态若与规定路线存在偏差，设备会自行开启复位功能自动回归规定线路，最大限度地降低施工偏差，保证施工质量。

（3）识别与评价功能。公路工程施工中，应用此功能能准确识别机械作业方式，对其运行状态进行综合评估，确定其工作性能[6]。现阶段，公路工程建设规模越来越大，施工中涉及的工程机械种类繁多。实际施工中，应全面结合施工现场具体状况，合理配置工程机械，选择性能优良、安全性高的机械设备，以降低施工风险。

2.2 数控机械化施工原理

数控机械化施工主要通过智能全站仪设备来实现动态化控制，或通过GPSRTK 技术对施工机械位置、运行状态进行实时控制。启动系统后，可通过定位系统及各种传感器传输的信号，完成传感器相关信息的记录，结合各状态下的数据信息，通过图像或数字等形式，向机械操控人员提供机械操作界面信息，指挥机械操控人员作业[7]。

3 数控机械化施工特点及工艺流程

3.1 数控机械化施工特点

数控机械化施工与传统机械化施工特点对比如表1所示。

表1 数控机械化施工与传统机械化施工的比较

3.2 数控机械化施工工艺流程

数控机械化施工工艺更加简单、高效，例如在进行公路路基施工时，应先调整设计数据，建立与之对应的定位基站，科学配置运输机械，通过数控推土机将路基填料摊开、整平，完成路基填筑。对数控压路机实施动态化控制，并实时监测压实状态，对指定区域压实遍数实施监控，及时完成数据整合[8]。公路工程路基填筑施工流程如图1 所示。

图1 公路路基填筑数控机械化施工流程图

4 数控机械化施工实践效果分析

4.1 成型后外观数据比较

为进一步验证数控机械化施工成型效果，以某高速公路Ⅰ标段为研究对象，先后采取传统机械化施工及数控机械化施工方式，分别选取2 段长度为200 m 的标准施工路段进行标高控制测量，其检测数据如下：

（1）传统机械化施工成型后标高检测数据如表2 所示。

（2）数控平地机施工成型后标高检测数据如表3 所示。

通过表2、表3 能够看出：传统机械化与数控机械化施工成型偏差、精度差距较大，数控机械成型后检测数据均方差相比传统方式降低幅度达5 倍以上。

表2 传统方法施工后标高检测数据

表3 数控平地机系统施工后标高检测数据

4.2 两种施工方法的经济效益分析

为简化计算，方便比较，采用美国天宝GCS900 数控设备，结合某高速公路Ⅰ标段试验段施工案例检测数据进行说明[9]。此路段采用全路段精施工，利用传统机械化和数控机械化分别施工200 m；通过数控机械化施工0.5 d 完成施工任务，一次验收通过；而通过传统机械施工，用时1 d完成任务，一次验收通过。其机械、人员配置及用时情况如表4 所示。

表4 设备配备、人员、施工时间情况表

（1）人工费比较：通过数控机械施工，显著减少测量及施工人员投入，全程仅需1 名测量技术人员按照路基施工参数完成机械设定即可，无须其他人员参与，显著减少现场人为干预，提高测量精度，降低人工成本[10]。通过计算可知数控机械施工与传统机械施工相比，其人工费降低23.7%。具体人工费用如表5 所示。

表5 人工费计算表

（2）燃油费（柴油单价7.16 元/L）：利用数控机械施工，燃油费降低1 156 元。数控机械施工与传统机械施工相比燃油费节省74.2%。具体费用计算如表6 所示。

表6 燃油费计算表

（3）机械台班费用：通过数控机械施工，其台班费用降低500 元，单项费用数控机械施工是传统机械施工的77.3%。具体如表7 所示。

表7 机械台班费计算表

（4）综上所述，得出如下结果：①采用传统机械施工：人工费1 140 元+燃油费4 488 元+机械台班费2 200元=7 828 元；②采用数控机械施工：人工费270 元+燃油费3 332 元+机械台班费1 700 元=5 302 元。通过对比能够看出，200 m 道路标准施工状况下，数控机械施工成本费用是传统机械施工成本费用的67.7%，整体节约

32.3%。

5 结论

当前，我国公路交通等基础设施建设发展迅速，对工程质量、成本、安全及工期提出了更高要求。传统机械施工模式已远远无法满足施工需求，而数控机械化施工具有施工效率高、成本低、精度高、可实现多机、多标段联合施工等优点，为施工方营造安全、高效、优质的施工环境，并为建设方提供智能化、科学化的施工管理平台，对降低施工成本，保证工程质量具有十分重要的作用，为今后土建工程施工指明了方向。