徕卡测量系统3D挖掘引导系统应用实例

隗彦宏，刘 鹏

(1.徕卡测量系统贸易(北京)有限公司，北京 100020；2.海克斯康测量系统(上海)技术中心，上海 201203)

徕卡测量系统3D挖掘引导系统应用实例

隗彦宏1，刘 鹏2

(1.徕卡测量系统贸易(北京)有限公司，北京 100020；2.海克斯康测量系统(上海)技术中心，上海 201203)

南京水建在泰州引江河二期工程的施工过程中采用传统施工方式，通过释放浮标、插竹竿及水尺等方式进行施工引导，这种传统方式无法保证施工精度及施工工期。而徕卡测量系统挖掘引导系统3D版很好地解决了这个问题。施工数据的导入实现了施工位置的精确引导，在施工过程中还可以记录施工位置、挖掘深度、坡度等信息，提前了施工进度，减少了重复作业，避免了漏挖现象，提高了施工精度及效率。

徕卡；挖掘机；疏浚；精准作业；引导

一、引 言

中央2011年一号文件指出在未来10年要“大力发展水利建设”，同时在“十二五”规划中提出“水利将是国家投资的主要方向”。不论是江河治理还是水利工程建设都要以先进的技术和装备作为后盾。而徕卡测量系统推出的挖掘引导系统3D版能够很好地适应航道、河道的施工，为施工提供可靠的引导。本文通过实例详细说明挖掘引导系统在实际作业中的应用，如图1所示。

图1 安装徕卡测量系统3D挖掘引导系统的车辆正在作业中

二、案例分析

泰州引江河是江苏省沿海地区抽引江水的重要口门、里下河地区涝水外排长江的重要通道，也是沿海、里下河和通南地区通江达海的重要航道。随着经济社会的快速发展，现在的泰州引江河已不能完全满足发展需要。因此，实施泰州引江河二期工程将会进一步完善和发挥泰州引江河水利、水运、供水等综合功能，工程效益十分显著。

泰州引江河二期工程建设内容包括扩浚23 km的全线河道，新建高港枢纽二线船闸，以及相应的移民、环保、水保和水文基础设施等。河道浚深后，河底高程将由原来的－3.0～－3.5 m加深到－6.0～－6.5 m，通水能力将从原先的300 m3/s提升至600 m3/s。

三、客户遇到的挑战

南京水建公司承建了泰州引江河二期工程建设二标段的施工工程。这是一家具有丰富水利工程建设经验的多专业公司，但在该项目中，项目部遭遇到了前所未有的挑战：水下作业无法通视，要在指定的工期内按照设定的边线坐标、深度和坡度实现扩浚和浚深，几乎是不可能完成的任务。

作业中，南京水建公司首先使用绞吸船对河底进行深挖疏浚，使用反铲式挖泥船对坡面及坡脚进行处理。在反铲式挖泥船施工过程中，由于挖泥船不能直接提供挖掘深度及位置参数，因此需要项目部测量人员先期通过测深仪测量深度，对需要挖掘的位置使用浮标和竹竿进行标示；且由于水位的浮动还需要在相应位置安放水尺来标示水位。这样操作手在作业之前就需要先观察水尺水位，根据水尺水位计算出需要开挖的深度；然后根据竹竿的标示位置和测深数据进行相应位置的开挖；开挖以后再通过铅垂进行初步的测量，检查挖掘是否到位(如图2所示)。

图2 传统作业方法中，施工人员使用竹竿测量挖掘深度

为了保证精度，现场的测量人员每天都要确定浮标、竹竿的位置，还要在每天施工结束时使用测深仪检测挖掘的效果，以确定是否达到了施工的要求。没有达到要求的位置需要标注出来，通知挖泥船返工。因此，每天的工作量很大。而且项目施工的难点就是水下作业的精度问题，采用传统方式虽然也可以施工，但效率很低，精度很难保证。如果要进行返工，工期和成本压力就非常大。

四、徕卡提供的解决方案

智能3D挖掘引导系统将徕卡测量系统的GNSS技术与机械控制系统有机地整合为一体，将机械引导、控制系统得到的机械工作数据与GNSS系统的设备空间位置进行了统一，从而实现了设计数据与施工设备的无缝对接，使数字化贯穿于施工全过程。

该系统成功地解决了南京水建在施工中遇到的问题。系统可以在屏幕上显示挖掘的深度、坡度等参数；同时由于有了GNSS系统的接入，还可以记录挖掘位置的相关信息，通过系统的记录，在屏幕上以不同颜色来标示不同区域，如红色为待挖掘区域，绿色为已挖掘合格区域，蓝色为已挖掘超深区域，这样就可以有效地避免漏挖现象的出现(如图3所示)。

图3 挖掘引导系统高配版系统施工状态下的屏幕

挖掘引导系统可以将施工数据直接导入，形成三维模型来引导施工，避免了释放浮标、插竹竿、水尺等前期作业，减少了施工中的测量检核，同时也避免了前期作业带来的施工误差(如图4所示)。

图4 操作手正在参照系统屏幕引导进行作业

1)从施工效果来看，通过一段时间的施工，项目部测量了施工后的多点断面图，并与传统作业方式的数据进行了对比。

图5是使用传统作业方法施工后测量的施工断面图。从断面图上可以看出，一次挖掘后的作业面距离标准作业面有很大的误差，需要多次重复挖掘才能达到标准位置。

图6是使用挖掘引导系统后一次施工后测量得到的断面图。可以看出，一次施工就已经到了施工标准位置，而且精度也可以得到保障。

图5 传统方式一次施工后的施工断面图

图6 使用引导系统后一次施工后的施工断面图

2)从施工的效益来看，有了这套系统，可以了解已经挖掘了哪些位置，是否漏挖，是否挖掘不到位，非常轻松地掌握作业的情况。而采用传统作业方式，作业时间长，投入成本大，项目收益大幅缩水。

五、结束语

随着人工等各项成本的不断上涨，以及工程质量和工期要求的不断提高，可以预见，挖掘引导系统的应用必将成为一种趋势。通过本文实例可以看出，挖掘引导系统的应用能够隐蔽工程透明施工，提高工程质量，减少返工，避免重复施工；能够全天候作业，无间断施工，提高可作业时间，缩短工期；能够减少辅助人员的进场配合作业，降低配合的时间，提高人员的安全性，从而降低施工成本和人员开支，为施工带来极大的便利和经济效益。

(本专栏由徕卡测量系统和本刊编辑部共同主办)