数控机械技术在公路土建施工中的应用.doc

1、数控机械技术在公路土建施工中的应用摘要：在现代的公路土建施工中，随着工程量的增加，对机械作业的需求越来越多，特别是近些年来快速发展的数控机械，广受施工企业的青睐。本文结合实例就数控机械化的概念进行介绍，并阐述了其施工原理和施工工艺，最后对其使用精度及成本优势作了优化。 关键词：公路土建；数控机械技术；精准度；直接成本；施工效率 中图分类号： X734 文献标识码： A 随着科学技术的发展，数字化控制技术在各行业得到了广泛应用，其应用程度，间接地反映出行业的现代化水平。以往土建工程的标高、坡度、平整度等一系列外形参数，均是机械操作手通过目测桩位以手工操作土方机械来控制，通过检查测量来复核调整的。

2、 一、数控机械化施工的概念 数控机械化施工，是指依托建立的三维设计图数据模型、工地现场定位及数据采集系统、数控机械控制系统等基础平台，通过结合双向通讯技术，整合工地信息资源，突破时间、空间的局限，对单台、多台甚至整个工地的施工机械，实现实时管理、精准控制的施工模式。 二、数控机械化施工原理 数控机械化施工，采用智能机器人全站仪实时动态定位控制或者 GPS的监测技术，实时、准确获知工程机械的三维位置和状态;系统通过接受定位系统和各种传感器发送过来的信号，实时记录传感器的数值，对数字化三维设计基准模型与当前机器三维位置状态信息，以图形、数值和声音信号等多种方式指示机械工作部件与目标工作面的相对位置

3、，引导操作员自动控制铲刀精确施工。 三、数控机械化施工的特点及工艺流程 （一） 、数控机械化施工的特点 数控机械化施工与传统机械化施工的特点比较如表 1。 表 1 数控机械化施工与传统机械化施工的比较 （二） 、数控机械化施工工艺流程 以路基填筑(表层)施工为例，施工流程如下:将设计数据导入系统中，架设定位基站，使机械处于同一定位基准运料车装、卸料数控推土机将料堆散开，自动调整铲斗进行物料粗平数控平地机根据设计对比自动调整铲刀进行精平数控压路机碾压，实时显示所压区域的压实度和压实遍数完成及时提供动态数据。 （三）实际应用中关键技术点 在施工过程中,土建机械的大多都在地形复杂、作业环境恶劣的作业

4、面实施土、石方作业，要实现土建机械的自动化，首先要在以下这些关键技术上有所探索和突破。 1、机身位置识别技术 土建机械位置识别技术是指机械设备具备自动辨识自身所处位置的能力,目前主要采用的方式有内部位置识别方式和外部位置识别方式，内部位置识别方式运用速度传感器和回转式角传感器相互配合，来检测机械行驶的路径数据，然后将测得数据反馈到计算机中心后根据运动和方位的变化，获得设备所处位置数据。 2、位置诱导机能 位置诱导机能是机械设备在实施作业过程中按照预先设定好的作业路径进行作业，并以机身位置识别系统的反馈数据为依据，适时的校准或消除与预先设定作业路径误差的闭环控制技术，土建机械在作业过程中，如果偏

5、离了既定的路径，机械设备启动自动复位功能可以最大限度的恢复到既定路径，该系统可以保证设备在位置、速度、方向上均能够实时的矫正和恢复。 3、作业对象识别与评价技术 识别和评价作业对象是土建机械实现自动化最重要的一个基础功能，没有这个系统的支持将无从谈起机械的作业方式的判断与决策，该技术一般以平面超声波信号感知器为核心器件，可以使机械设备具备实时反馈施工对象的位置、形状、大小及姿态等信息，认识和评价施工对象的能力。 4、安全保障机能 土建施工一般会动用大量各种类型的施工设备，同时施工场地又有大量的土建用材和作业器具等障碍物，给土建设备的施工运行带来一定的困难，为了确保运行中的多台设备之间互不干涉，

6、并协调高效运行就必须引入一套集识别、报警、停止作业、安全域确定的诱导控制机能。 四、数控机械化施工实例及效果 （一） 、成型后外观数据比较 为了验证其施工后的技术指标，我们采用传统机械化施工和数控机械化施工的两种方法，在某高速一标取了 2 段各 200m 精加工路段进行标高数据对比，结果如下。 1)传统方法施工后标高检测结果见表 2。 表 2 传统方法施工后标高检测结果 2)数控平地机系统施工后标高检测结果见表 3。 从以上数据可以看出，传统机械与数控机械施工后数据的误差、精度均不在一个档次，数控机械施工后的数据均方差比传统机械施工的均方差缩小 5 倍以上。 表 3 数控平地机系统施工后标高检

7、测结果 （二） 、两种施工方法施工成本比较及经济效益分析 在桂武高速公路一标，选择了全幅 400m 路基精加工段，采用两种不同机械施工方法各施工 200m，采用数控机械模式，05d 完成，一次验收合格，采用传统机械模式，1d 时间完成，一次验收合格。设备配备、人员、施工时间情况见表 4。 表 4 设备配备、人员、施工时间情况表 1)人工费用比较:采用数控机械后，完全实现无桩化施工，只需 1 位测量工程师输入和收集路基外型参数，无辅助测量人员及护桩民工，既避免了现场人员穿插干扰机械施工，杜绝由此引起安全隐患，又节约了大量人工费用，通过表 5 计算知道所发生人工费用，数控机械模式是传统机械模式的

8、23.7%。 表 5 人工费计算表 2)燃油消耗(柴油单价 716 元/L):采用数控机械后，燃油消耗费节约 1156 元。即该项费用，数控模式是传统模式的 742%。见表 6。 表 6 燃油费计算表 3)机械台班费用:采用数控模式施工机械台班费用节约了 500 元，即该项费用数控模式是传统模式的 77.3%。见表 7。 表 7 机械台班费计算表 综合上述三项汇总计算结果如下:传统施工模式下:人工费 1140 元+燃油消耗 4488 元+机械台班费 2200 元=7828 元;数控施工模式下:人工费270 元+燃油消耗 3332 元+机械台班费 1700 元=5302 元。由此可见，按200m

9、 道路精加工施工为例，两种施工模式下的实际直接成本，采用数控机械化施工费用是传统机械施工模式下费用的 677%，相比节约323%。 总之，目前，我国交通、市政基础工程建设飞速发展，对施工工期、成本、质量的控制要求越来越高，传统机械模式施工越来越难以满足要求，而数控机械化施工的多机、多标段联机作业不但为施工单位安全、高效、优质施工提供了保障，也为业主智能化、数字化管理、及时掌控工程进展和质量以及安全施工管理提供了一个可靠的平台，数控机械化施工以其安全、高效、优质和能及时掌控现场施工情况等特点，将成为今后土建工程施工的发展方向。 参考文献 1彭志平.公路工程机械施工的常见问题分析J.土建安全,2011,05:39-40. 2朱国强,李风兰,尚凡玲.机械施工设备转场运输及维护使用注意事项J.工程机械,2010,03:60-62+4.