文 / 本刊記者 王宇

解密數(shù)字化施工技術(shù)和設(shè)備管理

文 / 本刊記者 王宇

湖南省公路工程有限公司智能化分公司經(jīng)理劉牧民最近又為承包商掙面子了，他提供工程機(jī)械施工服務(wù)的湖南某高速公路標(biāo)段，承包商在做路基墊層的攤鋪平整與業(yè)主發(fā)生了矛盾，承包商抱怨業(yè)主材料供應(yīng)不及時影響了施工進(jìn)度。不巧的是有一天下午業(yè)主領(lǐng)導(dǎo)視察工地發(fā)現(xiàn)工地上有200~300米的材料堆積在一起沒有平整攤鋪，這讓承包商非常尷尬，他們告訴業(yè)主領(lǐng)導(dǎo)說：“您明天上午來看，保證這兒全部是平的！”

天色已晚，要想明天一早完工，必須當(dāng)天晚上施工！夜間施工，還要保證工程質(zhì)量，普通的平地機(jī)根本就不可能完成這項任務(wù)！怎么辦？劉牧民采用裝備了Cat?(卡特) AccuGradeTM坡度控制系統(tǒng)的Cat平地機(jī)再次發(fā)揮威力，不但連夜完成了施工任務(wù)，而且一次性通過業(yè)主質(zhì)量驗收。

劉牧民的“神器”是什么

為什么普通的平地機(jī)不能在夜間施工呢？了解公路施工的人都知道，路基是一層一層地攤鋪并碾壓而成的，平地機(jī)作業(yè)時需要有測量人員測量路基水平高度，再由專人放樁、守樁，以保證平地機(jī)攤鋪的厚度符合標(biāo)準(zhǔn)，這樣的傳統(tǒng)施工工藝在夜間很難進(jìn)行。

劉牧民的平地機(jī)使用了全站儀引導(dǎo)的坡度控制系統(tǒng)。通過全自動全站儀實時追蹤平地機(jī)鏟刀上安裝的棱鏡，獲得準(zhǔn)確的鏟刀三維坐標(biāo)位置信息，通過將該路段施工的設(shè)計要求導(dǎo)入機(jī)載控制箱和地面導(dǎo)航裝備，在無需測量人員配合的情況下，實時提示機(jī)器操作手進(jìn)行正確的作業(yè)。操作手只需要看駕駛室里的終端顯示屏就能獲得準(zhǔn)確的攤鋪高度，既能滿足路基墊層較高精度的施工要求，又能實現(xiàn)無樁化施工，加快施工速度，即使在視線條件很差的夜間也能準(zhǔn)確施工，劉牧民正是使用了這套“神器”才圓滿完成了任務(wù)。（參見圖1、圖2）

圖1

圖2

卡特彼勒全球基礎(chǔ)建設(shè)行業(yè)施工技術(shù)與解決方案顧問陳葭告訴記者說，除了平地機(jī)外，挖掘機(jī)及其它設(shè)備也可以采用卡特坡度控制系統(tǒng)。在挖掘機(jī)上應(yīng)用最廣泛也是最靈活的是GPS引導(dǎo)的坡度控制系統(tǒng)，它使以往復(fù)雜且費(fèi)時費(fèi)力的邊坡開挖變得簡單快捷，大大提高了施工效率。其基本原理與平地機(jī)相似，采用兩個GPS接收器，確定設(shè)備開挖方向并獲得鏟斗三維坐標(biāo)位置信息；另外再安裝光棒、車體縱橫角度傳感器、無線電臺、小臂角度傳感器、大臂/挖掘斗角度傳感器。操作手只需根據(jù)蜂鳴、光標(biāo)、數(shù)字和圖示提示就能準(zhǔn)確地完成邊坡開挖。（參見圖3、圖4）

陳葭說，除了坡度控制系統(tǒng)外，還有壓實控制解決方案（參見圖5、圖6、圖7）；有效載重監(jiān)測系統(tǒng)（參見圖8、圖9、圖10）等，這些構(gòu)成了卡特智能提升施工生產(chǎn)效率的重要組成部分。

圖4

圖5

圖6

圖7

圖8

施工“神器”的價值在哪兒

劉牧民說：“從2010年開始，我們就與卡特彼勒的代理商接觸，了解到卡特智能。2011年，我們在湖南一個重點(diǎn)公路工程上使用了采用卡特坡度控制系統(tǒng)的平地機(jī)，原本4個月的工期，我們3個月就干完了。干完大概10多天就進(jìn)入雨季了，除了我們順利完成外，其他的工區(qū)都耽誤了3個月的工期。”

為了闡述得更清楚，劉牧民還畫了一個施工示意圖。一條200米的公路施工，大約需要1臺平地機(jī)、1臺裝載機(jī)、5輛工程自卸車、5名守樁的民工、1名測量員、1名施工員，如果平地機(jī)采用了卡特坡度控制系統(tǒng)就省掉了5名守樁人員，既減少人工成本，又提高了安全。“安全的重要性無論怎么說都不過分，一個標(biāo)段如果出現(xiàn)人員傷亡損失的不但是收益，還將影響以后的中標(biāo)幾率?！眲⒛撩裾f。

卡特智能通過機(jī)器控制和導(dǎo)航成就了數(shù)字化施工，它有哪些關(guān)鍵價值呢？卡特彼勒公司全球基礎(chǔ)建設(shè)事業(yè)部施工技術(shù)與解決方案亞太區(qū)經(jīng)理Mark Chua先生說，主要有五大價值：

第一是提高生產(chǎn)效率，降低施工成本。大大節(jié)省測量放樁的人力、物力和時間；避免盲目操作和返工，減少機(jī)器無效工作時間，節(jié)省燃油消耗；減少機(jī)器和機(jī)隊的等待時間，提高工作面綜合效率；避免由于操作手與測量員溝通困難所產(chǎn)生的信息誤差；避免超挖、超填，節(jié)省物料成本。

第二是改善安全施工和環(huán)境保護(hù)。大大減少現(xiàn)場工作人員，提高安全性；減少機(jī)器油耗，實現(xiàn)節(jié)能減排。

第三是緩解人力資源短缺，降低用工成本。自動操作功能降低對操作手技能的要求；熟練的操作手則可以發(fā)揮更大作用；工程進(jìn)度加快，減少用工總量。

第四是延長施工時間，可實現(xiàn)晝夜施工。無需人工觀測樁和線，在能見度很差的條件也能正常施工，為夜間施工和水下開挖提供了便利條件。

第五是拓展機(jī)器能力，減小機(jī)隊規(guī)模?？蓪崿F(xiàn)一機(jī)多能，減少工作面機(jī)器總數(shù)量。

“以往，開好平地機(jī)、推土機(jī)等設(shè)備需要對操作手進(jìn)行幾個月甚至更長時間的培訓(xùn)，現(xiàn)在，只需要幾天，甚至更短的時間，就能使新手達(dá)到老手一樣的施工效果，使以往熟練操作手難找的難題得以緩解?！眲⒛撩裱a(bǔ)充說。

如何實現(xiàn)設(shè)備的科學(xué)管理

在劉牧民看來，工程建設(shè)效率固然重要，但設(shè)備的有效管理也很重要。設(shè)備管理得好，不但能提高出勤率，還能避免意外的停機(jī)和大修，及時發(fā)現(xiàn)和修正操作手的不良操作習(xí)慣，使設(shè)備始終維持在最佳運(yùn)行狀態(tài)，延長設(shè)備使用壽命，卡特智能的設(shè)備管理模塊為設(shè)備的數(shù)字化管理提供了解決方案。

Cat坡度控制系統(tǒng)使用了GPS接收器，在地面GPS基站的幫助下，獲得3維影像，通過將該路段施工的設(shè)計要求導(dǎo)入機(jī)載控制箱和地面導(dǎo)航裝備，或利用基準(zhǔn)信號，在無需測量人員配合的情況下，實時提示機(jī)器操作手進(jìn)行正確的作業(yè)。

圖9

圖10

圖11

卡特彼勒全球基礎(chǔ)建設(shè)行業(yè)大中華區(qū)及韓國地區(qū)銷售總經(jīng)理張金玲說，卡特智訊系統(tǒng)在卡特彼勒全線的中型以上挖掘機(jī)，還有在中國銷售的平地機(jī)、裝載機(jī)基本上都是標(biāo)準(zhǔn)配制。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)控設(shè)備的地理位置信息；發(fā)動機(jī)開機(jī)時間、運(yùn)行時長、燃油消耗；設(shè)備的健康狀況、維護(hù)保養(yǎng)計劃；事件報警；項目監(jiān)測等。5個級別的服務(wù)確保用戶獲得所需的支持。

第1，通過遠(yuǎn)程、實時信息，確切知道設(shè)備在哪里以及在做什么；

第2，通過自動生成的報告，管理用戶設(shè)備的健康和使用狀況；

第3，利用代理商提供的專業(yè)分析報告及建議，幫助用戶更好地管理和保養(yǎng)設(shè)備；

第4，利用代理商提供的預(yù)防性保養(yǎng)服務(wù)，降低用戶設(shè)備的運(yùn)營成本，提高出勤率；

第5，在用戶專注于業(yè)務(wù)的同時，讓代理商幫用戶管理設(shè)備，使專業(yè)人干專業(yè)事。

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控的5個數(shù)據(jù)來源主要是：電子數(shù)據(jù)、現(xiàn)場設(shè)備檢查、油液分析、維修保養(yǎng)檔案、現(xiàn)場工況評估。（參見圖11）

用戶如何獲取海量數(shù)據(jù)

看完這些圖表，我們或許馬上就會問：“這些海量數(shù)據(jù)，用戶如何獲取呢？”

采用了Cat坡度控制系統(tǒng)的工程設(shè)備，即使在視線條件很差的夜間也能準(zhǔn)確施工

陳葭說：“用戶主要有三種方式可以獲取這些設(shè)備數(shù)據(jù)。第一種是在任何只要有網(wǎng)絡(luò)連接的地方，都可以通過卡特智訊平臺輸入用戶名和密碼，登錄后獲取他自己工程車隊的油耗、小時數(shù)、使用情況等數(shù)據(jù)；第二種是通過代理商的服務(wù)團(tuán)隊，給他們定期做一些設(shè)備分析報告，定期的報告是代理商把分析好的結(jié)果和趨勢圖表發(fā)送給客戶，客戶可以通過這些圖表一目了然地了解到他設(shè)備的情況；第三種是為那些自身能力比較強(qiáng)的客戶制作的，這些客戶可能有自己企業(yè)內(nèi)部的一些ERP系統(tǒng)，或者管理系統(tǒng)，我們可以通過后臺的數(shù)據(jù)接口把智訊平臺上面的數(shù)據(jù)導(dǎo)入客戶自己管理系統(tǒng)里面，他們自己就能分析和處理。”

“卡特智訊平臺里有很多豐富、簡單明了的圖表，涵蓋了設(shè)備數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程資產(chǎn)監(jiān)控和追蹤、設(shè)備的健康、維護(hù)、使用等眾多信息，全部設(shè)備一覽無余。一個監(jiān)控中心可以把你所有的設(shè)備一網(wǎng)打盡，而無論它們身處世界哪個角落?！睆埥鹆嵫a(bǔ)充解釋道。

有了這些科學(xué)的數(shù)據(jù)分析，使設(shè)備管理由過去的經(jīng)驗管理到科學(xué)管理，靜態(tài)管理到動態(tài)管理，結(jié)果管理到過程管理得以實現(xiàn)；使設(shè)備操作手的好與不好有了科學(xué)的評判標(biāo)準(zhǔn)，對他們的培訓(xùn)也能做到有的放矢。

除此之外還有什么

據(jù)了解，卡特智能目前共有四個模塊，除了生產(chǎn)效率、設(shè)備管理外，還有安全保障、綠色發(fā)展。安全保障的功能主要有：視野改善；禁區(qū)警示；障礙物和人員感知。綠色發(fā)展的功能主要有：優(yōu)化機(jī)器全生命周期資源利用；報告和減少排放。

四個服務(wù)模塊通過六大技術(shù)手段來實現(xiàn)。第一是數(shù)據(jù)鏈接：機(jī)器運(yùn)營資訊遠(yuǎn)程通訊和管理；第二是坡度控制：鏟斗/刀鉆頭定位與控制；第三是有效載重：裝載運(yùn)輸設(shè)備有效載重監(jiān)測，控制產(chǎn)量；第四是事物探測：機(jī)載影像采集、臨近物體探測、輪胎監(jiān)測；第五是遙控操作：在危險環(huán)境下對機(jī)器進(jìn)行遙控操作；第六是壓實控制：通過監(jiān)測壓實密度控制壓實質(zhì)量。

“四個服務(wù)功能分別代表了我們用戶的四個重大訴求。通過設(shè)備管理功能，使設(shè)備的管理更有效，用戶可以實時了解他們的設(shè)備，節(jié)省設(shè)備運(yùn)營成本。通過生產(chǎn)效率功能，用戶能夠更快達(dá)成高質(zhì)量的施工作業(yè)，并且降低成產(chǎn)成本。通過安全保障功能，幫助提高施工現(xiàn)場的安全性，保證現(xiàn)場人員的安全。綠色發(fā)展是每個人的責(zé)任，所以卡特彼勒也在研發(fā)方面下了很大的功夫，讓我們的設(shè)備無論在排放還是在施工的全過程都更環(huán)保。”陳葭解釋說，“根據(jù)用戶在四個服務(wù)功能不同層級的需求，可以通過六個技術(shù)手段的組合，實現(xiàn)用戶的目標(biāo)。”

“卡特智能真正地讓我們在行業(yè)內(nèi)脫穎而出。一直以來，我們時刻關(guān)注客戶需求的變化，我們的客戶希望能夠提高效率、降低成本、減少油耗和二氧化碳排放量。我們的客戶親口告訴我，通過我們提供的技術(shù)設(shè)備，如AccuGrade坡度控制系統(tǒng)及卡特智訊系統(tǒng)，生產(chǎn)效率可以提高25%~35%。”Mark Chua先生表示，“卡特智能對于產(chǎn)品和我們客戶的意義是重大的。譬如，我們擁有世界頂級的設(shè)計團(tuán)隊，盡管如此我們?nèi)孕璐罅康难邪l(fā)才能節(jié)省2%、3%、4%或5%的油耗，但配備了卡特智能坡度控制技術(shù)，我們的設(shè)備一下子就可以節(jié)省20%的油耗?！?/p>

在工程建設(shè)行業(yè)競爭激烈的今天，讓施工“更高效、更環(huán)保、更安全”是越來越多的承包商關(guān)心的問題；讓設(shè)備“更節(jié)油、更出色、更專業(yè)”是越來越多設(shè)備用戶的目標(biāo)?！吧衿鳌敝陨衿?，在于它將工程機(jī)械裝備管理和施工工法帶入了數(shù)字化、信息化和科學(xué)化時代，讓越來越多的“劉牧民”享受到科技進(jìn)步的紅利。

Cat 智訊平臺里有很多豐富、簡單明了的圖表，涵蓋了設(shè)備數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程資產(chǎn)監(jiān)控和追蹤、設(shè)備的健康、維護(hù)、使用等眾多信息，全部設(shè)備一覽無余。一個監(jiān)控中心可以把你所有的設(shè)備一網(wǎng)打盡，而無論它們身處世界哪個角落。

采用了Cat坡度控制系統(tǒng)的挖掘機(jī)邊坡開挖變得簡單快捷，大大提高了施工效率