可見激光施工放樣儀的研制與應(yīng)用

孫冬蘭衛(wèi)

摘 要：為滿足水利工程維修養(yǎng)護(hù)施工需要，通過激光在同種介質(zhì)下直線傳播的原理，研制出可見激光施工放樣儀在復(fù)雜地形條件下的便捷、精確放樣，保證了在人員安全的前提下，提高工作效率，控制工程質(zhì)量，使工程達(dá)到預(yù)期效益。

關(guān)鍵詞：維修養(yǎng)護(hù);激光;準(zhǔn)確;效率

1 概述

（1）研發(fā)背景。近年來，鄭州惠金轄區(qū)工程維修養(yǎng)護(hù)以及新建、改建防洪工程，年均投入超過了2000萬元。2016年以來，惠金河務(wù)局轄區(qū)東大壩下延與馬渡下延兩處控導(dǎo)工程新修潛壩共計1000米。在一次夜間施工過程中，因作業(yè)面狹窄及施工車輛交叉影響，現(xiàn)場管理人員無法辨清采用傳統(tǒng)控制樁標(biāo)記的壩軸線方向，導(dǎo)致水中進(jìn)占進(jìn)度緩慢，施工效率低下，不能及時解決此問題將可能導(dǎo)致主體工程無法在汛前完成，因而造成不必要的損失。通過可見激光在同種介質(zhì)下直線傳播的光學(xué)原理，可以用來定位壩軸線，控制邊線、坡度等工程外觀尺寸，適應(yīng)復(fù)雜施工條件，提高施工效率。（2）國內(nèi)現(xiàn)狀。據(jù)有關(guān)資料查詢，國內(nèi)、外均有類似測量輔助工具，如激光找平儀、激光直角儀等，但正如其名，此類工具功能單一，且是定向開發(fā)，適用范圍小，多為滿足室內(nèi)工程、物品加工等行業(yè)需求，不適用于水利工程建設(shè)領(lǐng)域的復(fù)雜環(huán)境和技術(shù)要求。（3）研發(fā)意義。針對上述情況，結(jié)合水利工程施工現(xiàn)場實際，研發(fā)一個操作簡便，適用于各種復(fù)雜條件和施工環(huán)境的可見激光測量儀器，用來滿足施工過程中對工程外觀質(zhì)量控制的需求，力求徹底解決工程施工中傳統(tǒng)控制樁布設(shè)空間受限、易損壞、存在誤差等問題。保證防汛搶險、基建施工、維修養(yǎng)護(hù)中對工程外觀尺寸的精準(zhǔn)控制，提高工程施工質(zhì)量，避免生產(chǎn)安全事故發(fā)生，提高工程建設(shè)與管理和維修養(yǎng)護(hù)工作水平。

2 研發(fā)的主要內(nèi)容

2.1 研究依據(jù)和原則

保障施工人員基本人身安全，實現(xiàn)對壩軸線、邊線、坡度等外觀尺寸進(jìn)行精確控制，確保工程質(zhì)量，是研制該儀器的指導(dǎo)思想。通過項目的研制，切實解決了傳統(tǒng)利用白灰、線繩控制邊線誤差大的問題，提高了控制精度，保證了施工質(zhì)量。在防洪工程水邊作業(yè)時，無需人員到達(dá)的危險部位也可進(jìn)行實時控制，避免人員在水邊作業(yè)時發(fā)生危險。

2.2 研究方法與技術(shù)路線

儀器在研制中經(jīng)過多次試驗和改進(jìn)，確定主要原理是：通過調(diào)整儀器的高度、水平角度、垂直角度，結(jié)合工程設(shè)計外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，在空間上提供一條可見激光束，達(dá)到對工程外觀尺寸控制的效果。該儀器主要結(jié)構(gòu)由四大模塊組成，（1）基座整平模塊;（2）水平角度控制模塊;（3）垂直角度控制模塊;（4）軸制動模塊;各組模塊經(jīng)過精密計算單獨加工成型后，再經(jīng)刨銑、打孔、焊接、錨固組裝，然后采用全站儀對各項技術(shù)指標(biāo)及精度進(jìn)行校驗，滿足應(yīng)用要求后，最終確定成品。

使用該儀器快捷、直觀、準(zhǔn)確的控制坡度。在垂直于坡頂處架設(shè)儀器，對中整平后將垂直角度盤指針調(diào)整到需要的坡度數(shù)值，擰緊制動模塊。打開中部激光射燈，將射線平行于壩頂，旋轉(zhuǎn)水平刻度盤使射線與坡頂線垂直。打開兩側(cè)激光射燈即可射出所需坡度可視射線。如果坡面低于射線即坡度未達(dá)到設(shè)計坡度;高于射線即坡度大于設(shè)計坡度?？梢栽谑┕r以此作為基準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量控制，也可以對完工的工程進(jìn)行質(zhì)量檢查。

2.3 結(jié)論驗證及評價

該儀器研制成功后，經(jīng)過在多個單位實際應(yīng)用，達(dá)到了研制目的，可以對工程施工中軸線、邊線、坡度等外觀尺寸進(jìn)行準(zhǔn)確控制，滿足測量放樣及施工質(zhì)量評定規(guī)范相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。降低了人力成本，并適用于夜間涉水施工條件，到達(dá)了研制與應(yīng)用目的。

3 主要創(chuàng)新點

（1）提高了施工放樣的便捷性，應(yīng)用范圍廣。儀器單人操作就可滿足不同施工需求，并且操作簡便。傳統(tǒng)放樣至少需要3人協(xié)同操作，并且由于施工機(jī)械或人為因素，控制樁經(jīng)常遭到破壞，需要測量放樣人員反復(fù)放樣。該儀器通過調(diào)整角度，根據(jù)工程實際情況，對同一個技術(shù)參數(shù)可隨時快速進(jìn)行校驗、測放和定位，比傳統(tǒng)儀器提高3倍效率，有效避免了返工現(xiàn)象發(fā)生。目前該項目已應(yīng)用于防洪工程維修養(yǎng)護(hù)、河道整治工程建設(shè)。應(yīng)用的范圍包括水中進(jìn)占、根石加固、堤坡整修、備防石碼放、修筑土牛、道路翻修、場地平整等。（2）安全高效的實現(xiàn)了測放控制線的可視化。采用可見激光，安全高效。將可見激光投射到不同施工部位，能夠清晰、直觀的反映出工程外觀質(zhì)量控制線?？梢娂す獯媪瞬捎脗鹘y(tǒng)控制樁、撒灰線、掛繩線的老辦法，方便、快捷、精準(zhǔn)、快速?？蛇m用夜間作業(yè)、靠河施工等復(fù)雜環(huán)境;不受類似儀器對架設(shè)場地、架設(shè)位置的約束，有效控制距離200米;（3）提高施工放樣精準(zhǔn)度。該儀器能夠達(dá)到水平角360°、豎直角180°旋轉(zhuǎn)可調(diào)，滿足施工中全方位角度應(yīng)用需求，角度控制精準(zhǔn);通過已知點對中整平，消除人為誤差，可滿足水利施工質(zhì)量評定規(guī)范對工程外觀質(zhì)量的要求;用可見激光作為控制線，可以保證水平面絕對平整，提高了控制精度，避免受風(fēng)力、線長下垂等因素的影響。

4 推廣應(yīng)用及效益

（1）推廣應(yīng)用前景。本項目在鄭州、焦作河務(wù)局范圍內(nèi)工程建設(shè)、工程維修養(yǎng)護(hù)等工作中進(jìn)行了多次應(yīng)用。能根據(jù)不同施工項目要求，快速提供一條可見激光束，方便實用，精度、辨識度高，保證了施工質(zhì)量。在惠金河務(wù)局2016-2018年水利工程維修養(yǎng)護(hù)、根石加固、“十三五”黃河下游防洪工程（河南段）鄭州東大壩、馬渡下延500m潛壩等工程建設(shè)中進(jìn)行應(yīng)用，提高了工程管理效率，得以很好的實踐應(yīng)用。本項目研究適用于特殊地形施工類項目（如水中進(jìn)占，靠河工程根石加固等），此儀器通過可見激光提供準(zhǔn)確的基準(zhǔn)線、點，使施工人員能夠?qū)κ┕げ课挥兄庇^的判斷，從而達(dá)到對施工過程和工程外觀質(zhì)量精準(zhǔn)控制的目標(biāo)，同時也提高了施工人員的安全保障，是具有普遍推廣條件的研究與應(yīng)用。（2）效益分析。我國水利工程建設(shè)與維修類項目數(shù)量繁多，而這些項目中安全、質(zhì)量、效益是永不過時的主題。所以怎樣在施工過程中能夠保證人員的安全，提高施工的質(zhì)量，達(dá)到預(yù)期的工程效益是我們不停在思考的問題。在我局實際工作應(yīng)用中，以馬渡險工52垛～66垛加固為例，由于此段工程靠河，采用傳統(tǒng)方式測量控制拋石部位困難，且難以精準(zhǔn)控制坡比，采用可見激光可以直觀看到設(shè)計坦坡線，從而精準(zhǔn)控制拋石部位及坡比，減少重復(fù)施工作業(yè)。此外，馬渡險工料場石料距拋石地點平均運(yùn)距約為2公里，每車每天可調(diào)運(yùn)6車石料。而在靠河地段技術(shù)人員難以對根石坡加固新增石量進(jìn)行控制，經(jīng)過此儀器的實時控制可合理調(diào)度車輛進(jìn)行定點定量拋石，施工時間就節(jié)約了一半。此類維修養(yǎng)護(hù)工程施工每年估計需要4個月時間，減少一半施工時間后，以減少現(xiàn)場施工人員10人為例，人工工資約150元/天，則節(jié)約勞動力成本約為90000元（10人×60天×150元）。本項目應(yīng)用于東大壩、馬渡下延500米潛壩工程修建中，初步估計，節(jié)省測量及數(shù)據(jù)校核成本約為15.3萬元。

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