基于3D引导系统的挖掘机船组水下整坡预算定额分析

赵立华，张利昕，杨俊斌，隗彦宏，赵真弘

(1. 江苏省水利质量监督中心站，江苏 南京 210029； 2. 南京市水利建筑工程有限公司，江苏 南京 210001；3. 徕卡测量系统贸易(北京)有限公司，北京 100020； 4. 南京市人民中学，江苏 南京 210005)



基于3D引导系统的挖掘机船组水下整坡预算定额分析

赵立华1，张利昕1，杨俊斌2，隗彦宏3，赵真弘4

(1. 江苏省水利质量监督中心站，江苏 南京 210029； 2. 南京市水利建筑工程有限公司，江苏 南京 210001；3. 徕卡测量系统贸易(北京)有限公司，北京 100020； 4. 南京市人民中学，江苏 南京 210005)

挖掘机船组水下整坡常用于模袋混凝土、软体沉排护坡工程等水下基面的处理。配置3D引导系统的挖掘机与船进行组合工作，其水下整坡施工效率高、效果好。为了给设计、施工及审价单位提供相关计价依据，经过现场调研和统计分析，本文研究编制了基于3D引导系统的挖掘机船组水下整坡定额，作为《江苏省水利工程预算定额》的补充。

一、3D引导系统挖掘机工作原理

1. 3D引导系统挖掘机组成

3D引导系统挖掘机由GPS基准站、GPS接收机、传感器、控制面板和挖掘机组成(如图1所示)。

图1　3D引导系统挖掘机

2. 工作原理

系统工作时，安装在挖掘机机尾两侧的两台GPS接收机和电台设备通过接收GPS信号和基站发送的差分信号获得挖掘机实时的三维位置；挖掘机车身、大臂、二臂杆和铲斗4个部位上的4个传感器实时反映挖掘机车身、大臂、二臂和铲斗的姿态，并将角度值传回控制系统，实时计算挖掘机铲斗精确的三维坐标；将坐标信息传到安装在驾驶室里的控制箱，系统通过比较数字化三维设计基准模型与当前铲斗所处位置信息，以模拟图形、数值等多种方式，指示实际铲斗与目标工作面的相对位置，引导操作手精确施工。水下整坡由原始的多次成型提高到一次成型。

控制屏显示平面图、断面图、放大断面图3幅图，没有开挖的区域显示为红色，开挖至设计高程的区域显示为绿色，超挖区域显示为蓝色。操作手对照显示屏地毯式向前开挖，就能做到无欠挖、无漏挖,一次性开挖到位。图2为显示屏指导操作手某点的开挖情况，铲斗一侧需下挖0.170m，另一侧需下挖0.257m，该点开挖后河坡高程为-5.883m，超深为0.300m。

图2　开挖情况

二、研究方法和子目设置

1. 研究方法

按照“反映社会平均水平，体现社会必要劳动量”的原则，依据《江苏省水利工程预算定额》《全国统一施工机械台班费用编制规则》《河道堤防施工规范》，根据装有3D引导系统挖掘机船组水下整坡施工样本工程的人工、材料、机械消耗等统计资料，以工作日写实为主、经验估计法为辅进行编制。

2. 子目设置

设置挖掘机船组水下整坡1个子目。定额计量单位为1000m2。新增挖掘机船组机械台时费定额。

施工条件：内河河道，整坡泥层平均厚度为0.3m，整坡范围为顺坡方向坡面长35m，边坡为1∶3～1∶4。

三、主要设备及人员配置、施工过程

1. 主要设备和人员配备

装备徕卡挖掘引导系统3D版的挖掘机、工程船等。作业人员按机上4人、机下1人配置。

2. 施工过程

首先进行3D引导系统设备的安装和调试；其次将施工区域坐标、高程、坡比等设计断面参数导入3D引导系统；然后利用拖轮将挖掘机船组移至施工区域；最后挖掘机船组就位后下定位桩，操作手根据3D引导系统的提示，操纵铲斗顺坡修整坡面，并将余土装入运泥驳。

四、整坡定额子目编制

1. 工作内容

工作内容包括数据导入3D引导系统、船组定位、坡面整理、余土入驳、船组移位。

2. 挖掘机船组水下整坡时间消耗量测算

通过对样本工程写实、统计、分析，每整坡1000m2，劳动时间消耗量为6.27工时，该消耗量为劳动定额。

3. 机械人工材料消耗量计算

机械、人工消耗量由劳动定额过渡为预算定额的幅度差取1.1。

1) 机械消耗量包括挖掘机船组和拖轮。其中，船组机械台时消耗量=6.90艘时；拖轮机械台时消耗=0.23艘时。

2) 作业人员(机下)消耗量：机下作业人员人工工时=6.90工时。

3) 材料消耗量等于0。

4. 挖掘机船组机械台时费计算

1) 第1类费用包括工程船、3D引导系统、挖掘机。其中，①工程船：折旧费=49.88元/艘时，修理及替换设备费==59.86元/艘时，小计=109.74元/艘时；②3D引导系统：折旧费=31.67元/台时，修理及替换设备费=19.00元/台时，安装拆卸费==3.17元/台时，小计=53.84元/台时；③挖掘机：折旧费=35.63元/台时，修理及替换设备费=25.46元/台时，安装拆卸费=2.18元/台时，小计=63.27元/台时。第一类费用合计=226.85元/台时。

2) 第2类费用包括机上人工和柴油用量。其中，机上人工=5工时；工程船组柴油消耗量=30.62千克/台时。第二类费用合计=147.32元/台时。

3) 第3类费用=1.57元/台时。

五、定额成果

1. 3D挖掘机船组机械台时费定额

挖掘机船组机械台时费定额见表1。

表1

注：第2类费用中人工工时预算单价为8.03元/工时，柴油取3.5元/kg。

2. 挖掘机船组水下整坡预算定额

挖掘机船组水下整坡工作内容包括：数据导入(3D)、船组定位、坡面整理、余土入驳、船组移位。预算定额见表2。

表2

注：定额不包括土方外运、航道维护工作内容。

六、定额水平测算

根据《江苏省水利工程设计概(估)算编制规定》(2012年版)和市场材料价格，进行挖掘机船组水下整坡预算单价计算，挖掘机船组水下整坡预算单价为3.72元/m2。目前，江苏省水利工程挖掘机船组水下整坡施工市场价格为2.5～3.0元/m2。考虑市场竞争、生产力水平等因素，本定额的水平是合适的，该定额已由江苏省水利管理部门发布。

七、结束语

传统内河道挖掘机水下整坡施工缺少引导控制手段，主要依赖于机手的操作经验，借视觉、感觉和测量人员配合工作，施工质量不稳定，高程、坡度的控制需要大量人力完成，综合效率低，影响施工进度和质量。挖掘机加配徕卡3D挖掘引导系统后，实现了可视数字化操作，较好地解决了上述问题，提高了机械施工精度和效率，节约了综合施工成本。该工艺理论成熟、施工效率高，安全质量易控制，社会经济效益显著，具有较好的应用前景。

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