數字化坡度控制技術在公路邊坡施工中的應用

龔加有，陳隨海，唐小理，陳文濤

（昆明理工大學 建筑工程學院，云南 昆明 650500）

近年來，隨著我國不斷加大對公路建設的投入，公路工程行業得到快速發展，我國交通工程建設領域取得了巨大的成就。但現階段我國公路邊坡施工過程中表現出技術水平低、成本高、進度滯后、科技含量低、施工質量和安全無保障等特點。傳統的施工方法已經不能完全滿足公路邊坡施工的需要，采用數字化坡度控制技術進行公路邊坡施工可以實現施工過程數字化、智能化和可控化，具有能夠提高施工的質量和安全，加入施工進度，降低施工成本等優點。

1 數字化坡度控制技術

1.1 數字化坡度控制技術的概念

數字化坡度控制技術是一種利用施工機械設備上配備的角度傳感器，測量定位技術如 GPS、激光、聲吶、全站儀等獲取施工機械和施工工作面的相對位置，定位施工機械的鏟刀、鏟斗或滾輪等工作部件，根據數字化施工模型圖、工地平面圖、坡度信息等實現智能化坡度施工的技術。它是以信息數字化為基礎，借助計算機仿真技術模擬施工，利用人工智能解決坡度施工的問題，從而有效地避免了人工施工的低效和失誤的技術。目前數字化坡度控制系統是數字化坡度控制技術在公路邊坡施工中運用的具體體現。

1.2 數字化坡度控制系統的工作原理

將經過處理的3D施工數據輸入數字化坡度控制系統，利用定位技術定位鏟刀、鏟斗的精確空間位置，機械操作手可以根據駕駛室中控制箱顯示的數字化施工模型圖、鏟刀或鏟斗與施工工作面相對位置信息等進行施工。當實際工程接近設計工作平面時，邊坡控制系統將通過施工模型圖、數值和聲音等信號提醒操作手重點關注鏟斗與工作面相對的位置，引導操作手進行精確施工。

1.3 數字化坡度控制技術的優點

數字化坡度控制技術在公路邊坡施工中利用數字化技術計算工程量，仿真模擬技術模擬施工，定位技術指導施工。與傳統公路邊坡施工方法相比，其采用科學合理的數據指導施工，具有能夠提高施工的質量，減少安全隱患，提高施工的效率，降低施工的成本，加快施工的進度，減少返工等優點。

2 工程概況及施工重難點

2.1 工程概況

某干線公路的A1標段位于福建省三明市大田縣梅山鄉境內，公路自梅山德州至香坪，采用雙向二車道，屬于二級公路，本標段公路長12.16km，其中路基長9.17km，路基寬10m、橋梁5座，總長度為589m，涵洞35座，總長度為583.55m，隧道1座，長度為2 400m。

2.2 工程施工中的重難點

1）本工程項目所在地地質結構非常復雜、地形陡峭，山高谷深、施工過程復雜，但施工質量要求高。

2）本標段公路長度超過10km，工程量大，施工工期緊，但本地區雨水充足，嚴重影響施工進度。

3）本標段公路路基施工過程中存在大量的邊坡工程，部分邊坡工程量大，坡腳長，邊坡施工難度大。

3 數字化坡度控制技術的特點及應用

3.1 提高公路邊坡施工質量，實現施工質量目標

邊坡施工是公路施工中的關鍵性控制點，其施工的效果將嚴重影響公路整體的施工過程。傳統邊坡施工主要依靠機械操作手的施工經驗、感覺、視覺和測量員配合施工，施工精度低，超挖或者欠挖的現象嚴重，施工的質量不穩定。然而本工程項目公路邊坡施工過程中采用數字化坡度控制技術施工，機械操作手操作安裝數字化坡度控制系統的挖掘機可以在沒有基準的情況下，根據駕駛室中控制箱顯示的施工信息，自動或手動調整鏟斗迅速提升至施工要求的高度進行邊坡施工，實現精確控制施工坡度和深度，避免超挖或者欠挖，極大地提高了施工的質量，從而達到施工質量的要求。

3.2 提高公路邊坡施工效率、加快施工進度

由于路塹邊坡施工過程中坡度控制要求高，施工難度大，采用傳統機械化施工過程中依靠他人指揮，需要多次測量反復定位，施工遍數多，在工程施工接近設計平面要求的時候，每遍施工都需要花費時間等待測量員測量和坡度檢查，導致施工效率低，周期長，進度緩慢。本工程項目采用數字化坡度控制技術施工，施工過程中采用GPS等定位技術和數字化設計基準，無需等待測量員放樣施工基準線，無需機械指揮員指揮，機械操作手根據駕駛室中的控制箱反饋的信息，可以在視力不及的盲區如晚上、雨天、大風揚塵等和沒有監督的情況下精確完成邊坡坡度和高程控制，一次施工就能達到施工精度要求。從而減少影響施工進度的因素和施工遍數，全面提升施工工作效率，確保工期內順利完成公路施工。

3.3 減少施工資源投入，降低施工成本

公路邊坡的特點決定了其施工精度要求高，傳統機械施工過程中對操作手要求高，需要經驗豐富的挖掘機操作手才能勝任邊坡施工工作，市場上經驗豐富的挖掘機操作手數量少且聘請費用高，施工過程中需要測量員長時間在施工現場輔助施工，導致施工人工成本高。由于施工精度低，施工過程中經常出現超挖或者欠挖的情況，需要施工多遍或者導致浪費材料才能達到精度要求。施工周期長，無形中增加了人工成本和機械使用成本。本工程采用安裝了數字化坡度控制系統的挖掘機進行施工，施工過程中不再依靠施工樁，普通操作手可以在無人指揮的情況下，利用坡度控制系統能夠操作鏟斗精準施工，一次施工達到施工精度要求標準。因此可以減少坡度檢測導致的人工和機械成本，降低施工人員數量和經驗要求，減少施工遍數，從而降低施工的成本，最終實現準確、高效地達到施工要求。

4 總 結

文章以實際工程項目為載體，將數字化坡度控制系統應用于公路邊坡施工是對數字化坡度控制技術應用的一種嘗試。該系統在本工程施工過程中解決了公路邊坡施工中刷坡困難的問題，提高了公路施工整體的效率和質量，加快了施工進度，降低了施工成本，為公路順利施工提供了技術保障。