信息化技术在瓯飞围垦工程水下抛填中的应用

杨秀莲，张鲁刚，叶 峰

（浙江省正邦水电建设有限公司，浙江 杭州 310051）

1 问题的提出

我国幅员辽阔，海岸线总长度3.2万km，其中大陆海岸线1.8万km，岛屿海岸线1.4万km。从保护岸上人民生命财产安全及社会发展需要，修建了大量海堤及其它海上水利工程，随着填海的深度越来越大，从早期浅滩车运抛填的方式，不可避免地发展到深水区船舶抛填的方式上。而海上船舶抛填施工，受风、浪、潮影响大，极易抛填在设计区域以外，造成航道堵塞和资源浪费，因此要在海上正常安全施工，还须妥善地解决海上抛填施工的精确定位和风、浪、潮的影响问题。

传统抛填石方施工一般用2种方法控制边线：①用插竹竿法标示抛填区域边线；②用水上绳索浮标法标示抛填区域边线。第1种方法因海上潮位差大，使用竹竿较长，在插好竹竿后极易被潮水冲失，而抛填是在高潮位时施工，导致抛填船只进入抛填区域时不知具体方位而不能及时抛填，造成施工成本的上升和工期的延误。第2种方法由于受风浪的影响及浮标的漂移，抛填船只进入抛填区域抛填，会因实际抛填区域边界与设计抛填区域边界偏差较大而造成极大的原材料浪费及环境影响。以上方法都会造成施工成本的上升和工期的延误，这是深水区水下抛填施工中的一个难题。而采用GPS水平姿态仪船舶信息化定位技术，分区块抛填施工工艺，能有效地解决此难题。

2 水下信息化抛填工艺特点及工艺原理

2.1 水下信息化抛填工艺特点

（2）利用GPS水平姿态仪船舶定位技术，在施工中结合南方自由行定位系统软件以及电脑控制船只在设计区域抛填，减小在抛填施工中的误差和人为错误。

（3）利用GPS水平姿态仪船舶定位技术，在施工中结合南方自由行定位系统软件以及电脑控制指挥船只在设计区域抛填，降低人员、船只等机械设备在抛填施工中的安全保护难度，提高人员、船只等机械设备在抛填施工中的安全性。

（4）分区块抛填。以每只船只为一个施工班组将施工段按长度分区，这样在各个施工分区中可有利管理人员进行施工管理，也增强了各施工班组的责任感。再把分成的区域分为外海侧块和内海侧块，填筑时先填筑外海侧块，再填筑内海侧块。既降低了浪、潮对内海侧海堤施工的影响，又增加了内海侧海堤施工的工作时间。

2.2 水下信息化抛填工艺原理

运用GPS水平姿态仪和南方自由行定位系统软件，在抛填施工时，电脑收集水平姿态仪和GPS定位系统中的数据，在屏幕上直观体现为设计边线和实际边线的重合。在施工中将实际抛填边界与设计施工图纸上的设计边界重合，并通过电脑屏幕直观地表现出来（见图1）。

采用分区块抛填，以每艘船作为一个施工班组将施工段按长度分区，这样利用GPS水平姿态仪每个施工班组对所在的区域施工的部位、高程等施工情况都能够准确掌握。再把分成的区域分为外海侧块和内海侧块，填筑时先填筑外海侧块，再填筑内海侧块。这样在填筑到高程0.00 ～ 1.00 m时，既降低了浪、潮水的高度，又可以增加内海侧海堤施工的工作时间。使水下部分抛填工作能在更短的工期内，更安全顺利地完成。图2为施工船舶正在海上抛填图。

图1 船舶即将进入抛填区块图

图2 海上施工船舶抛填图

3 水下信息化抛填施工工艺流程及操作要点

3.1 施工工艺流程

施工工艺流程：施工准备→GPS定位系统定出施工区域控制网→初步校核GPS水平姿态仪→在抛填船只上安装GPS水平姿态仪及电脑→并在电脑中安装南方自由行定位系统软件→将船只自身平面尺寸及抛填边线数据输入已安装好的GPS水平姿态仪→运用GPS定位系统对每条船只上的GPS水平姿态仪输入的船只抛填边线数据进行校核、调整→抛填船只运用船只上安装GPS水平姿态仪进行抛填→填筑到-2.00 ～ 0.00 m高程时采用分区抛填。在分区中采用分块抛填，抛填时先填筑外海侧块，再填筑内海侧块，抛填过程中运用GPS定位系统对第每条船只上的GPS水平姿态仪输入的船只抛填边线数据进行监控、校核、调整，持续抛填。图3为船只水平姿态仪安装与数据传输图。

图3 船只GPS水平姿态仪安装与数据传输示意图

3.2 操作要点

（1）GPS控制网的建立、船上GPS水平姿态仪的安装、抛筑。GPS水平姿态仪的安装、抛填施工工艺流程见图4。施工中的具体要求有：①初步校核GPS水平姿态仪这一步骤，是运用GPS定位系统和水平姿态仪中的座标进行校核，防止在船只上安装后因仪器原因重新安装；②在抛填船只上安装GPS水平姿态仪及电脑软件这一步骤时，需要先测量船形，精确船只抛填时的边线，并将数据输入电脑软件中。输入数据时注意要输入与设计图一致的控制网数据；③南方自由行定位系统软件支持的是CAD2004版本的数据；④在船只上安装GPS水平姿态仪时需注意仪器要安装在船只的纵向中轴线上，这样可以更精确的反映出船只抛填时的实际情况，且更易于控制船只的左侧船舷或者是右侧船舷抛填时能与抛填边界保持一致；⑤施工中注意运用GPS定位系统对船只水平姿态仪输入的船只抛填边线数据进行校核、调整。

图4 GPS水平姿态仪的安装、抛填施工工艺流程图

（2）分区块抛填施工。要点：①施工中首先按船只施工班组分区，再在各已划分区域内分块（见图5）；②填筑时先填筑外海侧块，再填筑内海侧块；③施工中注意运用GPS水平姿态仪定位系统对实际抛填边线数据进行监控校核；④施工中加强船只抛填时的稳定性。

图5 船只分区分块抛填示意图

3.3 施工工艺的改进

（1）分区时注意可依据各个船只的有效抛填长度的整数倍进行分区。

以糖尿病肾病患者作为分析对象，其各项检测结果的阳性率见表2所示，可见患者α1-MG、β2-MG、TRF、mAlb和Cys-C阳性率分别为43.68%、40.23%、77.01%、82.76%和57.47%。

（2）在填筑内、外海侧分块时，外海侧填筑宽度和长度可依据海上风浪的大小等施工条件和工程的实际情况进行调整，以期达到最佳的工作时效。

（3）在运用GPS定位系统对船只水平姿态仪输入的船只抛填边线数据进行校核、调整。前期应增加观测频率，及时修正水平位置（Δx，Δy），中后期观观测频率可延长。

3.4 监测技术与分析

确保工程建设质量和进度是工程的重点。需要运用GPS定位系统对船只水平姿态仪输入的船只抛填边线数据以及实际抛填边线数据进行监控。并将分析计算值比较，及时反馈指导施工。主要的监测内容见表1。

表1 监测项目汇总表

4 信息化技术水下抛填实例分析

4.1 工程概况

为了进一步明确信息化技术水下抛填情况，现以实例分析的角度，从具体的工程为例展开探讨。在研究中，主要以温州市瓯飞一期围垦工程施工Ⅳ标段为例。该工程位于温州瓯飞滩涂，温州瓯飞滩涂地处浙东南沿海，属于瓯江河口和飞云江河口口外区域，所在地域水情及地理情况复杂，风急浪高，深沟纵横，海堤长6.63 km，滩涂高程为-3.50 ～ -3.80 m，海堤抛填总量600万m3，其中水下抛填量约320万m3。

4.2 信息化技术水下抛填实施效果

4.2.1 经济效益

在工程施工中采用GPS水平姿态仪信息化定位技术标示设计抛填区域，不仅解决了海上抛填区边界标示及石料的精确抛填，而且石料抛填精确均匀为海堤的均衡加载及后期的抛填顶面平整奠定了良好的基础。

由人工定位转为GPS水平姿态仪信息化定位技术定位抛填，运输船只使用效率提高了50%，减小了在海抛施工中的误差和人为错误而引起的原材料损失，减小了海堤的不均匀沉降；精确均匀的抛填为后期的抛填料顶面平整减少了大量的机械投入，经测算仅该项就节约机械支出近150万元。同时采用分区块抛填，降低了浪、潮对内海侧海堤施工的影响，增加内海侧海堤施工的工作时间。

另外采用GPS水平姿态仪信息化定位技术抛填减少现场管理人员数量，降低人员、船只等机械设备在抛填施工中的安全保护难度，提高人员、船只等机械设备在抛填施工中的安全性。

4.2.2 生态效益

在人工定位抛填施工过程中，会有大量石料不可避免的抛出设计边界外，对海域滩涂造成污染，对航道造成阻塞，破坏建设区外的生态环境；采用GPS水平姿态仪信息化定位技术抛填后，使抛填到设计边界外的石料减少到最小，从而减轻工程建设引起的滩涂污染及航道阻塞，减轻给周围生态环境带来的破坏，维持经济可持续发展所必需的良好的自然生态环境。

5 结 语

本文在探索工程施工中采用GPS水平姿态仪信息化定位技术抛填，为以后工程在类似情况下的施工建设提供了可靠的决策依据和技术指导，新颖的工艺技术将促进类似工程施工技术进步，为行业的长远发展做出积极贡献。