可视化在深海防波堤施工项目质量管控中的运用

◎周盖 中交四航局第三工程有限公司

质量是企业的生命，也是企业发展的根本保证，推动中国制造向中国创造转变、中国速度向中国质量转变、中国产品向中国品牌转变已经成为近年来的主流走向，诸多企业也逐渐把“建设质量型世界一流企业”作为战略目标。作为工程施工行业，施工质量的优劣关系着项目是否能顺利通过验收、成本是否可控、企业是否能做到履约等多方面。因此，不管是公路、铁路还是港口项目，质量管理已成为项目管理中非常重要的一环。其中，由于港口项目有相当一部分为水下工程，受环境等因素限制，水下工程是视觉的盲区，故而港口项目在质量管控中困难尤为凸显，责任也尤为重大。

近年来，可视化技术、BIM 技术、智慧工地等先进的管理手段逐渐被引入工程项目，大大提高了工程管理的效率和水平，也使得项目的质量管控获得了更多的手段和有力的依据。本文基于西部非洲加纳特码新集装箱码头工程项目，结合运用可视化理坡、可视化安装和多波束测深系统立体测深及成图等方面，阐述可视化在港口项目质量管控中的运用，为港口项目的质量管控总结出一些新的思路，也为其他类似项目乃至所有工程建设行业提供重要的参考依据。

1.项目概况

加纳特码新集装箱码头工程项目位于非洲西部，加纳南部沿海，濒临几内亚（GUINEA）湾的北侧。本项目施工包含防波堤、沉箱重力式码头、陆域形成及地基处理、疏浚、护岸以及附属设施等六大块的内容。

2.可视化应用

2.1 可视化理坡

2.1.1 可视化理坡应用

本项目可视化理坡主要用于防波堤施工。该防波堤全长3558m，抛石斜坡堤结构，分为堤心石、垫层石、护面块体（或护面块石）等层，其典型断面如图1所示。

图1 加纳特码新集装箱码头工程项目防波堤典型断面图（单位：mm）

技术要求上，要求垫层石理坡整体误差＜18cm，局部误差＜31cm，坡角线偏差＜31cm。由于防波堤理坡坡面长度水下部分约为20～32m（根据不同位置的原泥面标高而定），给该部分施工的质量管控带来了巨大的挑战。为更好地把控施工质量，项目应用了Trimble GCS900理坡控制系统。该系统是一种物理模拟成像的可视化坡面控制系统，控制盒将来自传感器和GPS的数据处理后生成模拟图像显示在屏幕上并附带参数指导，实现水下理坡的可视化。通过挖机斗接触坡面时的显示，可以了解实际坡面与设计的偏差情况。使用情况如图2所示。

图2 Trimble GCS900理坡控制系统应用示意图

2.1.2 可视化理坡应用成效及成果

通过可视化理坡系统，能实时监测实际坡度与设计坡度的偏差，机手操作时可根据画面显示数据进行调整，操作简单、方便，效率较高，自检返工率几乎为0，一次验收通过率100%，同时验收效率比常规验收方式高很多，理坡施工的过程质量管控效果显著。验收数据如表1所示。

表1 使用Trimble施工的防波堤880-900里程1-2t垫层石验收数据

2.2 可视化安装

2.2.1 可视化安装应用从图1 可知，本项目防波堤外侧采用的是护面块体进行防护，其安装的坡面长度约22 m，其中有12 m 的坡面位于水下。应业主要求，该护面块体采用法国专利公司C L I的产品，其对安装的要求有5点：①安装密度必须达到95～105%；②需单层安装，块体安装后，超出设计轮廓线部分不得超过块体厚度的1/3，且每块块体需与垫层接触；③块体与块体之间需连锁且不能自由活动；④任何块体周围的四块需形成“钻石形状”，且相邻位置的块体安装需采用不同的姿态；⑤块体之间的空隙以垫层块石不能在外力作用下逃离为控制标准。

高标准的要求带来了比理坡更困难的质量管控，为达成质量要求，Echoscope实时声呐成像系统与天宝GPS实时定位相结合的技术被应用于本项目。Echoscope系统是目前世界上精度最高的实时三维成像系统，其以挖机或者吊机为载体，可以探测位于其正前方50°×50°范围内的区域，通过超密的波束以及超高的频率实现三维可视化安装。

2.2.2 可视化安装成效及成果

现场技术人员和操作机手在每一块护面块安装时，都能从2D视觉、3D三维模拟图和坐标偏差值3个方面综合判断块体的安装状态，确保了每个块体安装的精准性。块体位置及需要安放的点位通过叉和圈清晰地显示在画面左下角中，根据偏差的不同，用从绿（偏差满足要求）到红（偏差过大）的颜色指示。机手根据指示将块体移动到安装点位，通过观察声呐图像和三维模型，达到要求位置时缓慢下放块体即可，再通过调节旋转头等调节块体的朝向及姿态，使其在下方中逐渐与周围块体勾连。确认到达指定位置后记录每一个块体的安装坐标，以便于安装完成后进行密度计算。

当一个区域完成安装，则采用Echoscope作为校核量测设备进行扫描验收。Echoscope也是护面块体安装的实时监控设备，故而实现了安装实时监控测量和装后复核测量设备的统一。护面块体水上部分则采用了无人机拍摄进行监测和验收，同样实现了可视化管控。

本工程该分项施工完成，经过与第三方检测公司共同验收，块体的点位、姿态、连锁、密度等均能满足专利公司标准的安装要求，平均安装密度达到了98.5%，安装质量控制良好，得到了专利公司、咨工和业主的认可和高度评价。水下护面块安装质量及验收数据如图3所示。

图3 水下护面块安装质量及验收数据

2.3 多波束测深系统应用

在港口项目中，水下作业占比往往比较大，测深系统必不可少。测深系统有单波束、多波束等一些水下测绘工具，本项目选用的是多波束测深系统。其在本项目中主要运用于航道疏浚的监测与验收、基槽开挖的监测与验收、码头基床抛石及整平的监测与验收和防波堤内外侧堤心石抛填的监测与验收。

多波束测深系统除了常规的水深测量功能外，还具有测量范围大、测量速度快、精度和效率高的优点，它把测深技术从点、线扩展到面，并进一步发展到立体测深和自动成图。在港口项目的质量管控中，立体测深及成图可使水下施工达到一定程度的可视化，从而达到施工过程有效管控的目的。在本项目中有如下运用：

1）直观显示航道疏浚完成后浅点的分布及大小，扫浅后通过对比前后三维图，复核同区域是否已完成施工。

2）直观显示防波堤内外侧水下堤心石抛填、肩台块石抛填效果，一定程度上给后续补抛等措施的选择提供参考依据。

3）直观显示基床抛石及整平、码头前沿护底块石抛填效果，提高工序验收效率，为后续施工或者选择整改措施提供参考依据。

多波束立体测深及成图功能运用如图4所示。

图4 防波堤水下堤心石抛填效果显示

3.结论

“人、机、料、法、环”是全面质量管理理论中五个影响质量的主要因素，也是质量管控的主要控制点。

（1）“人”，可视化消除了施工中因个人差异、个人想法产生的弊端，用直观化、数据化的形式规范操作模式，让施工过程可控，施工质量可控。

（2）“机”，因可视化带来的过程可控性，用于施工生产的设备无形中减少了返工所造成的超预期使用及损耗，保障了施工的连续性，消除了因停工而可能产生的质量风险。

（3）“料”，可视化能看到施工中所使用材料的规格及摆放位置和姿态等，保证施工用料符合设计和规范要求。

（4）“法”，施工方法上，可视化本身是一种新的、对施工质量有益的施工技术。

（5）“环”，可视化解决了港口施工项目水下施工最大的难题：水下作业，让水下施工变得更简单、高效、可控。

4.结束语

质量管控是为达到质量要求而通过一定的作业技术和活动，监视质量形成过程、消除质量环上所有阶段引起不合格或不满意效果的因素的过程。“可视化”修复了港口工程施工过程中水下作业施工管控的盲区，有效解决了水下部分施工困难的问题，提高了施工效率，保证了施工进度，也使得港口工程项目水下施工质量管控有了质的飞跃。