数字化技术在机场工程中的应用

郭子军GUO Zi-jun

（中铁北京工程局集团有限公司机场工程分公司，北京102300）

1 设计概况及应用理由

数字化施工管理信息系统，是运用现代的测绘技术、电子信息技术、网络传输技术、机械设备控制技术、管理科学技术等与传统的施工技术相结合，利用管理信息系统，对整个项目实施数字化施工信息管理，了解施工现场人员到位、出勤，设施设备和物料进场情况，监测现场进度、安全、质量等工况，及时调整施工安排，控制潜在风险。

利用数字化施工管理技术对地基处理及土石方工程施工进行全方位、全过程管理，可有效监测施工机械的原始施工数据。施工机械上数字化前端装置将施工原始数据传入后台控制系统，通过后台控制系统分析，可在施工质量方面和工程计量方面提供施工管理辅助。

2 施工方案

本项目全过程采用数字化施工和信息化管理技术，综合应用了数字化施工管理平台、CMP 实施协同管理平台、BIM5D 平台、PMS 系统平台、质量管理信息系统平台等共计信息化管理平台，通过全生命周期的智能管控，为保证施工质量、提升施工效率发挥了重大作用，在安全、质量、进度、节能环保方面为机场基础建设提供有力支撑。

2.1 数字化系统对接

根据项目数字化要求，项目自行组织、建设、管理项目部数字工地系统。数字工地系统选用前端设备及设施、系统接口需与甲方系统接口进行对接，系统接口选用标准接口，符合甲方系统接口要求。系统功能搭建完成后，对系统与甲方系统接口进行测试，测试合格后方行使用。所有数据实时上传至甲方建立的智慧工地综合管理平台及自建的数字工地系统及数字化监控系统。（图1）

图1 数字系统接入流程

2.2 数字化监控系统

基层水利的特点主要体现在：一是面广量大，直接服务广大群众，尤其是广大农民、农业生产及农村发展；二是业务综合性强，涉及多领域多方面；三是工程类型多，公益性与经营性并存；四是区域差异性大，问题各不相同。

数字化设备覆盖我项目强夯置换、塑料排水板、碎石桩、填筑碾压的所有的施工工序，在全生命周期的数字智能管控方面取得了显著成效，为保证施工质量、提升施工效率发挥了重大作用。（图2-图5）

图2 插板机数字化设备

图5 振碾数字化设备

2.2.1 塑料排水板施工

符合土方工程包括CFG 桩、碎石桩、水泥搅拌桩、塑料排水板等（涵盖设计中所有软土地基深层处理方案）。

①支持同时监控在同一区域施工的多台设备，实时定位设备施工的准确位置，显示设备信息、实时深度信息。②为区域设置地基处理施工标准，为监理与施工单位提供一个判定的依据。③可查看不同设备的施工历史数据，点击任意位置可查看该位置处施工的详细信息，包括位置、施工设备信息、深度、时间、电流情况等。④每个区域含有对应的施工图形报告，包括位置与是否符合设计标准图形报告。⑤对于间距异常与深度异常进行报警提示，并可查询报警条数与详细报警记录。⑥拥有施工回放的功能，可查看特定时间段内的施工情况。⑦对本区域内的地基处理机械数据进行统计分析。⑧可导出本区域边界与施工数据。⑨进行特定ph 坐标位置的定位。⑩为区域增添备注信息，圈定排除区域。⑪地基处理机械与区域的定位。⑫进行地基处理机械的分区报审。⑬提供二维码，方便实时现场查看施工数据。

图3 碎石桩机数字化设备

图4 强夯机数字化设备

数字化施工全过程采用智能控制，相对于传统工艺，极大的减少人工成本，机械效率提升，燃油消耗减少，机械设备租赁费用降低。

采用数字化施工，每1 万延米塑料排水板施工可以节省柴油约0.0385 吨，本工程塑料排水板共有约1065 万延米，可节省柴油41 吨，相当于节约成本22.85 万元。

2.2.2 碎石桩施工

碎石桩数字化施工成效分析：

采用数字化施工，每1 万立方米碎石桩施工可以节省柴油约0.35 吨，本工程碎石桩共有约24.5 万立方米，可节省柴油8.6 吨，相当于节约成本4.74 万元。

2.2.3 强夯置换施工

①支持同时监控在同一区域施工的多台设备，实时定位设备施工的准确位置，显示设备信息、实时击数与落距信息；②为区域设置强夯施工标准，主要设置夯击能与夯击次数，为监理与施工单位提供一个判定的依据；③导入一二遍点夯设计点或根据设置夯点间距自动生成设计点，根据设计夯点位置指引现场施工；④可查看设计点编号、位置与每个点位的施工历史数据，点击任意位置可查看该位置处施工的详细信息，包括位置、施工设备信息、每一击的夯击能与落距、平均落距、平均夯击能、时间、夯沉量、夯击次数等；⑤每个区域含有对应的施工图形报告，包括位置与击数图形报告；位置图形报告可协助查看施工位置是否合格，击数图形报告可协助查看每个点位的夯击次数是否达标；⑥对于落距不达标进行报警提示；⑦拥有施工回放的功能，可查看特定时间段内的施工情况；⑧对本区域内的点夯、满夯数据进行统计分析；⑨可导出本区域边界、施工数据、设计数据；⑩为区域增添备注信息，圈定排除区域；⑪进行特定PH 坐标位置的定位；⑫强夯设备与区域的定位；⑬进行一遍点夯、二遍点夯、满夯的分区报审；⑭提供二维码，方便实时现场查看施工数据；⑮历史回放：回放施工历史作业信息；⑯图形报告：生成夯点位置图形报告、夯击次数图形报告、夯击能图形报告。

强夯置换数字化施工成效分析：

采用数字化施工，每1 万立方米强夯置换施工可以节省柴油约0.18 吨，本工程强夯置换共有约15.5 万立方米，可节省柴油2.8 吨，相当于节约成本1.56 万元。

2.2.4 土石方施工

①支持同时监控在同一区域施工的多台设备，实时定位设备施工的准确位置，显示实时轨迹、设备信息、碾压遍数、速度、振动状态信息；②为区域设置碾压施工标准，主要设置运行速度、振动状态，提醒现场施工人员按照标准施工；③可查看不同设备的碾压轨迹与碾压遍数，查看区域的碾压薄弱区域（有效遍数不达标位置）；④点击任意位置可查看该位置处施工的详细信息，包括位置、施工设备信息、总遍数、振碾遍数、静碾遍数、有效遍数、无效遍数、高程、厚度等；⑤支持振碾、冲碾混合施工；⑥每个区域含有对应的施工图形报告，包括总遍数图形报告、有效遍数图形报告、混合碾有效遍数图形报告、高程图形报告、厚度图形报告、压实度预测图，可作为监理与施工单位判定是否合格的一个依据；⑦对于振动状态不符合设计要求与速度不达标的情况进行报警提示，并可查看报警次数与详细报警情况；⑧拥有施工回放的功能，可查看特定时间段内的施工情况；⑨对本区域碾压数据进行统计分析；⑩可导出本区域边界；⑪进行特定ph 坐标位置的定位；⑫为区域增添备注信息，圈定排除区域，统计时将不对排除区域位置进行统计；⑬碾压设备与区域的定位；⑭进行碾压的分区报审；⑮历史回放：回放施工历史作业信息。

通过土方地势设计数据的转换，可直接将设计数据导入到控制箱内，压路机进行碾压一遍后，即可显示出该区域的土方高程，若高程不符合设计要求，平地机可根据显示情况及时进行刮除，确保了每层填土厚度符合设计要求。

数字化施工设备可实时掌握压路机的运行速度和轮迹范围，操作手可根据显示数据实时调整，保证运行速度和轮迹搭接质量。

传统的土方填筑碾压方法，操作手凭记忆进行碾压，碾压遍数和搭接质量无法保证。数字化施工设备可实时记录和显示碾压遍数，可直接检查遍数是否符合方案要求，实时记录和显示整个作业面每一点的压实遍数，对于压实遍数不足的颜色标记区域，及时进行补压，确保了施工质量。传统的土方填筑碾压方法，容易出现部分区域碾压不到位，压实度检测不合格造成返工。运用数字化施工设备可提高施工质量，有效避免因压实度不合格造成的返工，不仅可加快施工进度还可有效节约成本。

传统的土方填筑碾压方法因为施工效率太低，无法满足土方填筑的各项技术指标，不适宜夜晚施工，但是运用数字化施工设备，操作室显示器上实时显示压路机所在位置、运行速度、轮迹搭接宽度、坡度等技术指标，操作手根据以上指令即可完成施工，不需要借助外部参照物进行判别。可以加快施工进度，缩短工期。

土石方填筑数字化施工成效分析：采用数字化施工，每1 千立方米土石方填筑施工可以节省柴油约0.0262吨，本工程土石方填筑共有约1860 万立方米，可节省柴油487.3 吨，相当于节约成本271.62 万元。

3 数字化数据、设备应用

3.1 数字化施工数据的利用 利用数字化施工管理技术对地基处理及土石方工程施工进行全方位、全过程管理，可有效监测施工机械的原始施工数据。施工机械上数字化前端装置将施工原始数据传入后台控制系统，通过后台控制系统分析，可在施工质量方面和工程计量方面提供施工管理辅助。

3.2 施工质量方面 数字化前端装置将施工原始数据传入后台控制系统后，通过后台控制系统的分析判断，监控施工质量指标是否达到设计及规范要求、找出施工质量薄弱点，有效保证施工质量，实现了科学化、精细化施工。

3.3 施工进度方面 数字化前端装置将实施定位现场机械施工情况，实时反应现场施工进度情况，动态反映现场施工机械的配置状况，利于管理者根据生产进度需要及时调整人员、材料、机械等资源配置，更利于施工进度管理。

3.4 工程计量方面 数字化前端监控装置将施工原始数据传入后台控制系统后，后台控制系统将原始数据收集整理，导出后可作用施工原始记录资料，避免了施工现场投入大量人员记录原始施工数据，节约了大量施工原始记录人员。另外，将原始施工数据导入电脑可形成真实的施工数据资料，可统计形成相应施工机械设备完成的工程量，为统计工程量、工程计量及工程结算提供参考。

4 结束语

走马湖水系综合治理工程（机场配套工程）位于鄂州市燕矶镇（包括走马湖、螺丝径湖等水面区域），是保障航空都市区和未来鄂州机场防洪安全的基础性工程，主要工程内容为对湖区进行土石方填筑及处理湖区软土等。本项目是鄂州机场工程的先导项目，通过本项目的施工为机场正式施工提供基础条件。

由我公司承建施工的走马湖水系综合治理工程（机场配套工程）标段，主要施工内容为湖区软土地基处理和土石方填筑，地基处理工艺包括塑料排水板堆载预压、强夯置换、碎石桩。其中塑料排水板面积131 万m2；强夯置换18.3 万 m2；碎石桩 21.8 万 m2。土石方填筑 1500 万 m3。

由于工程量体量大、工程机械设备数量多，施工过程中对地基处理设备强夯机、碎石桩机、排水板机、压路机等设备采用数字化技术进行施工，实现现场自动定位、自动记录，并将所有施工数据回传到数字化平台，直接生成施工记录表，有效解决了现场人工放样、记录、盯控的繁杂工作。机场行业地基处理和土石方填筑数字化技术的应用，保证了工程质量、工期和施工安全，取得了良好的经济效益，为其他机场数字化技术施工起了很好的示范作用，有极高的推广和借鉴价值。