GPS自動(dòng)找平設(shè)備在平地機(jī)上的應(yīng)用研究

劉志強(qiáng)　田欣宇　張井恒

摘 要：傳統(tǒng)的道路填筑工藝在上料后，由推土機(jī)或裝載機(jī)粗平，經(jīng)測量人員放線，再由平地機(jī)精平，對機(jī)械操作手及測量放線水平要求較高。而GPS平地機(jī)工作系統(tǒng)由高精度定位設(shè)備以及數(shù)據(jù)通訊設(shè)備構(gòu)成，采用基站+移動(dòng)車載端的方式工作，在調(diào)試完成后，機(jī)械操作手啟動(dòng)便可收集數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，控制車載系統(tǒng)對公路各施工層頂部進(jìn)行較高精度的自動(dòng)找平工作。與傳統(tǒng)施工工藝相比，GPS平地機(jī)可減少人為操作因素造成的施工效率低下和返工的問題，大幅提高施工質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，提升項(xiàng)目收益。

關(guān)鍵詞：TRIMBLE GSC900系統(tǒng);平地機(jī);精平效率;施工成本

0 引言

傳統(tǒng)的道路填筑工藝在上料后，由推土機(jī)或裝載機(jī)粗平，經(jīng)測量人員放線，再由平地機(jī)精平。傳統(tǒng)平地機(jī)精平對操作手操作水平要求高，并需要相應(yīng)數(shù)量的熟練工人相配合，在高技能操作手及熟練工人的匱乏的地區(qū)，特別是海外項(xiàng)目，平地機(jī)精平工作往往成為工程質(zhì)量及進(jìn)度的重要制約因素。本工藝是通過在傳統(tǒng)平地機(jī)上加裝GPS自動(dòng)找平設(shè)備這項(xiàng)新技術(shù)的應(yīng)用，減少平地機(jī)精平施工對熟練操作手及工人的依賴，同時(shí)加快工作效率，保證工程進(jìn)度和質(zhì)量，提升了施工效益。

1 技術(shù)特點(diǎn)

1.1 工藝原理及優(yōu)點(diǎn)

GPS平地機(jī)的工作系統(tǒng)由高精度定位設(shè)備以及數(shù)據(jù)通訊設(shè)備構(gòu)成，采用基站+移動(dòng)車載端的方式進(jìn)行作業(yè)。應(yīng)用GPS具有連續(xù)性、實(shí)時(shí)性、全天候的特點(diǎn)，改善道路工程測量施工效果，降低操作難度[1]。平地機(jī)上安裝GPS控制系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙中道路參數(shù)，利用 Trimble Business Center軟件，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入平地機(jī)控制箱和流動(dòng)站手簿，完成對施工區(qū)段的設(shè)置后，操作員駕駛平地機(jī)平行于公路軸線方向行走，平地機(jī)GPS測量控制系統(tǒng)將控制安裝在平地機(jī)鏟刀上的測量傳感工具和液壓閥，控制平地機(jī)的鏟刀，對公路填筑面進(jìn)行自動(dòng)精平。

優(yōu)點(diǎn)：

（1）應(yīng)用GPS自動(dòng)找平設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)夜班精平施工，且在路面線型設(shè)計(jì)復(fù)雜、無測量放線的路段也能自主完成精平作業(yè)。

（2）精平質(zhì)量好，施工速度快，減少返工情況的發(fā)生。

（3）減少測量人員和輔助施工人員數(shù)量，縮減人力成本和管理成本[2]。

1.2 主要設(shè)備

2 研究方向及思路

2.1 研究目的

改良現(xiàn)有平地機(jī)設(shè)備，通過加裝GPS自動(dòng)找平設(shè)備提升平地機(jī)效率，使之在缺乏高水平平地機(jī)操作手的條件下，能夠勝任道路表面設(shè)計(jì)線型復(fù)雜的精平施工，并保證工程進(jìn)度和質(zhì)量。

2.2 發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)道路建設(shè)行業(yè)發(fā)展迅速，參與道路建設(shè)工程的機(jī)械操作手眾多，機(jī)械手整體操作水平高，可實(shí)現(xiàn)填筑、攤鋪、精平、碾壓的均衡流水作業(yè)。

而在國外許多地區(qū)，道路建設(shè)方興未艾，筑路機(jī)械缺乏，機(jī)械操作手?jǐn)?shù)量不足且大多處于學(xué)習(xí)提升階段，在短時(shí)間內(nèi)提升平地機(jī)操作手水平困難。

2.3 優(yōu)化方向

改良現(xiàn)有平地機(jī)，在平地機(jī)上加裝基于TRIMBLE GCS900系統(tǒng)的GPS自動(dòng)找平設(shè)備，以完成對道路填筑面的自動(dòng)精平施工，降低測量放樁及操作手技術(shù)水平的影響。

通過在平地機(jī)上應(yīng)用GPS自動(dòng)找平設(shè)備，解決缺乏高水平平地機(jī)操作手問題，提高現(xiàn)有平地機(jī)的精平速度，保證成型質(zhì)量，降低施工成本。

3 施工流程及工藝

3.1 施工流程

首先組織維修人員及廠家技術(shù)人員開展對平地機(jī)的改裝工作，安裝TRIMBLE GCS900系統(tǒng)，在駕駛室控制臺(tái)區(qū)域安裝TRIMBLE CB460控制盒，在平地機(jī)鏟刀兩側(cè)加裝雙GNSS（接收機(jī)）高程控制傳感器并布設(shè)線路，在平地機(jī)駕駛室外架設(shè)堅(jiān)固性機(jī)載電臺(tái)和電源管理模塊。

利用TRIMBLE BUSINESS CENTER軟件，將公路縱斷面、橫斷面數(shù)據(jù)和測量控制點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入平地機(jī)GPS控制箱和移動(dòng)站手簿。測量人員復(fù)測沿線控制點(diǎn)，在施工現(xiàn)場一公里范圍內(nèi)架設(shè)基站，選擇離施工面近且不受壓路機(jī)振動(dòng)影響的控制點(diǎn)。

檢查調(diào)試GPS設(shè)備，確認(rèn)GPS信號(hào)接收正常，計(jì)算并設(shè)置當(dāng)前施工面垂直偏移量。機(jī)械操作手控制平地機(jī)鏟刀貼地，待測量人員校核高程后，平地機(jī)操作手啟動(dòng)找平系統(tǒng)，駕駛平地機(jī)平行于公路軸線方向移動(dòng)，對公路填筑面進(jìn)行精平施工。

3.2 施工工藝

3.2.1 工程設(shè)置

根據(jù)道路設(shè)計(jì)圖紙參數(shù)，將公路縱斷面、橫斷面數(shù)據(jù)和測量控制點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入平地機(jī)GPS控制箱和移動(dòng)站手簿。測量技術(shù)人員完成對施工區(qū)域段的工程設(shè)置后，安裝了GPS自動(dòng)找平設(shè)備的平地機(jī)便可進(jìn)行自動(dòng)精平工作。

3.2.2 自動(dòng)精平工作

測量人員復(fù)測沿線控制點(diǎn)，確?？刂泣c(diǎn)無沉降，位置無移動(dòng)后，在離施工面近且不受壓路機(jī)振動(dòng)影響的位置架設(shè)基站。

施工前對GPS信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行檢查，保證施工作業(yè)面GPS信號(hào)穩(wěn)定，待GPS信號(hào)顯示正常后，測量人員以路床頂標(biāo)高為0，考慮松鋪厚度來計(jì)算當(dāng)前施工面的垂直偏移量。機(jī)械操作手控制平地機(jī)鏟刀貼地，對平地機(jī)鏟刀磨損程度進(jìn)行檢查，測量人員根據(jù)GPS流動(dòng)站手簿數(shù)據(jù)對鏟刀進(jìn)行高程校核。對松鋪系數(shù)進(jìn)行檢查，對垂直偏移量數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核，及時(shí)調(diào)整設(shè)備參數(shù)。

在測量人員校核完平地機(jī)GPS自動(dòng)找平設(shè)備后，平地機(jī)操作手打開“自動(dòng)找平”按鈕，駕駛平地機(jī)平行于公路軸線方向行走，通過安裝在平地機(jī)鏟刀上的測量傳感器收集高程數(shù)據(jù)，并控制液壓閥調(diào)整鏟刀，對公路填筑面進(jìn)行自動(dòng)精平[1]。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，GPS平地機(jī)精平時(shí)配置一輛鏟車，多余料倒運(yùn)，減少平地機(jī)反復(fù)帶料的重復(fù)性工作，缺料及時(shí)填補(bǔ)，以免平地機(jī)鏟刀處空缺造成高程不夠或者平整度不好的問題。

3.3 工藝對比分析

將此設(shè)備應(yīng)用于哈薩克斯坦國家級(jí)公路建設(shè)工程，設(shè)計(jì)于現(xiàn)場施工中進(jìn)行對照實(shí)驗(yàn)，以1.5公里區(qū)段內(nèi)沙礫墊層施工為例，控制相關(guān)變量，現(xiàn)場機(jī)械配置合理[4]。將傳統(tǒng)平地機(jī)與加裝了GPS自動(dòng)找平設(shè)備后的平地機(jī)精平成果進(jìn)行對比分析，得出傳統(tǒng)平地機(jī)日均工作量150米，機(jī)械配置及人工費(fèi)用為62萬堅(jiān)戈，而GPS平地機(jī)日均工作量400米，機(jī)械配置及人工費(fèi)用為92萬堅(jiān)戈，經(jīng)計(jì)算使用傳統(tǒng)平地機(jī)進(jìn)行精平施工每100米沙礫墊層施工成本達(dá)到41.3萬堅(jiān)戈，而應(yīng)用GPS自動(dòng)找平設(shè)備的平地機(jī)每100米沙礫墊層精平施工成本僅為23萬堅(jiān)戈。

加裝了GPS自動(dòng)找平設(shè)備的平地機(jī)施工工藝，對比傳統(tǒng)平地機(jī)測量放線精平施工工藝，在每日施工效率提升了167%的同時(shí)，沙礫墊層精平施工每100米施工路段可節(jié)省約44%的施工成本。

4 社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益分析

4.1 社會(huì)效益

平地機(jī)安裝GPS自動(dòng)找平設(shè)備施工工藝應(yīng)用于道路基層施工后，進(jìn)一步提升了基層施工面的平整度，為后期瀝青路面結(jié)構(gòu)層施工的平整度達(dá)到設(shè)計(jì)要求打下良好基礎(chǔ)，保證了工程進(jìn)度與工程質(zhì)量，樹立了良好的企業(yè)形象。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

平地機(jī)安裝GPS自動(dòng)找平設(shè)備施工方法投入運(yùn)用后，減少了配合平地機(jī)進(jìn)行放樁精平的測量人員，節(jié)省了成本，加快了施工速度。同時(shí)大幅度提高了道路基層填筑施工精度，且質(zhì)量合格率和一次性通過驗(yàn)收率得到顯著提升，有效縮減了工期和施工成本，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。在道路基層施工中具有較高的推廣價(jià)值。

5 注意事項(xiàng)及施工措施

應(yīng)定期用水準(zhǔn)儀檢測完成面高程，以免因GPS信號(hào)不良、人工操作不當(dāng)或機(jī)械設(shè)備損耗等問題產(chǎn)生施工偏差。若出現(xiàn)水準(zhǔn)儀檢測結(jié)果與GPS平地機(jī)成型結(jié)果偏差較大情況，應(yīng)檢查：

（1）基站是否正常工作。

（2）檢查安裝在鏟刀上的兩個(gè)流動(dòng)站（GNSS接收機(jī)）指示燈是否顯示正常。

（3）平地機(jī)GPS控制箱與流動(dòng)站接收機(jī)之間的線路連接是否正常。

（4）平地機(jī)鏟刀片是否磨損嚴(yán)重。

（5）松鋪厚度是否需要調(diào)整。

全幅施工時(shí)，測量人員需標(biāo)記中線位置，平地機(jī)完成半幅精平工作后，方可進(jìn)行另外半幅施工，禁止左右幅跳刮。否則將導(dǎo)致完成面道路中線處高程偏差較大。在道路縱坡較大地段，應(yīng)控制平地機(jī)速度，不宜過快，保證GPS有足夠的反應(yīng)時(shí)間接收信號(hào)并控制液壓閥調(diào)整鏟刀。

6 結(jié)語

應(yīng)用平地機(jī)安裝GPS自動(dòng)找平設(shè)備施工工藝，有效提高了填筑層的施工精度，加快施工進(jìn)度，縮減工期和成本，減少人員投入，創(chuàng)造了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，值得在道路填筑施工作業(yè)中應(yīng)用并加以推廣。

參考文獻(xiàn)：

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[3]許志威，朱太云，閆萌.平地機(jī)GPS自動(dòng)測量控制系統(tǒng)在國外高速路施工中的應(yīng)用初探[J].云南科技管理，2017

（6）：100-102.

[4]ПР РК 218-35-2016 ?Инструкция по контролю качества и приемке работ при строительстве и ремонте автомобильных дорог?.