趙立華，張利昕，楊俊斌，隗彥宏，趙真弘

(1. 江蘇省水利質(zhì)量監(jiān)督中心站，江蘇 南京 210029； 2. 南京市水利建筑工程有限公司，江蘇 南京 210001；3. 徠卡測(cè)量系統(tǒng)貿(mào)易(北京)有限公司，北京 100020； 4. 南京市人民中學(xué)，江蘇 南京 210005)

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基于3D引導(dǎo)系統(tǒng)的挖掘機(jī)船組水下整坡預(yù)算定額分析

趙立華1，張利昕1，楊俊斌2，隗彥宏3，趙真弘4

(1. 江蘇省水利質(zhì)量監(jiān)督中心站，江蘇 南京 210029； 2. 南京市水利建筑工程有限公司，江蘇 南京 210001；3. 徠卡測(cè)量系統(tǒng)貿(mào)易(北京)有限公司，北京 100020； 4. 南京市人民中學(xué)，江蘇 南京 210005)

挖掘機(jī)船組水下整坡常用于模袋混凝土、軟體沉排護(hù)坡工程等水下基面的處理。配置3D引導(dǎo)系統(tǒng)的挖掘機(jī)與船進(jìn)行組合工作，其水下整坡施工效率高、效果好。為了給設(shè)計(jì)、施工及審價(jià)單位提供相關(guān)計(jì)價(jià)依據(jù)，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和統(tǒng)計(jì)分析，本文研究編制了基于3D引導(dǎo)系統(tǒng)的挖掘機(jī)船組水下整坡定額，作為《江蘇省水利工程預(yù)算定額》的補(bǔ)充。

一、3D引導(dǎo)系統(tǒng)挖掘機(jī)工作原理

1. 3D引導(dǎo)系統(tǒng)挖掘機(jī)組成

3D引導(dǎo)系統(tǒng)挖掘機(jī)由GPS基準(zhǔn)站、GPS接收機(jī)、傳感器、控制面板和挖掘機(jī)組成(如圖1所示)。

圖1　3D引導(dǎo)系統(tǒng)挖掘機(jī)

2. 工作原理

系統(tǒng)工作時(shí)，安裝在挖掘機(jī)機(jī)尾兩側(cè)的兩臺(tái)GPS接收機(jī)和電臺(tái)設(shè)備通過(guò)接收GPS信號(hào)和基站發(fā)送的差分信號(hào)獲得挖掘機(jī)實(shí)時(shí)的三維位置；挖掘機(jī)車身、大臂、二臂桿和鏟斗4個(gè)部位上的4個(gè)傳感器實(shí)時(shí)反映挖掘機(jī)車身、大臂、二臂和鏟斗的姿態(tài)，并將角度值傳回控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)計(jì)算挖掘機(jī)鏟斗精確的三維坐標(biāo)；將坐標(biāo)信息傳到安裝在駕駛室里的控制箱，系統(tǒng)通過(guò)比較數(shù)字化三維設(shè)計(jì)基準(zhǔn)模型與當(dāng)前鏟斗所處位置信息，以模擬圖形、數(shù)值等多種方式，指示實(shí)際鏟斗與目標(biāo)工作面的相對(duì)位置，引導(dǎo)操作手精確施工。水下整坡由原始的多次成型提高到一次成型。

控制屏顯示平面圖、斷面圖、放大斷面圖3幅圖，沒(méi)有開(kāi)挖的區(qū)域顯示為紅色，開(kāi)挖至設(shè)計(jì)高程的區(qū)域顯示為綠色，超挖區(qū)域顯示為藍(lán)色。操作手對(duì)照顯示屏地毯式向前開(kāi)挖，就能做到無(wú)欠挖、無(wú)漏挖,一次性開(kāi)挖到位。圖2為顯示屏指導(dǎo)操作手某點(diǎn)的開(kāi)挖情況，鏟斗一側(cè)需下挖0.170m，另一側(cè)需下挖0.257m，該點(diǎn)開(kāi)挖后河坡高程為-5.883m，超深為0.300m。

圖2　開(kāi)挖情況

二、研究方法和子目設(shè)置

1. 研究方法

按照“反映社會(huì)平均水平，體現(xiàn)社會(huì)必要?jiǎng)趧?dòng)量”的原則，依據(jù)《江蘇省水利工程預(yù)算定額》《全國(guó)統(tǒng)一施工機(jī)械臺(tái)班費(fèi)用編制規(guī)則》《河道堤防施工規(guī)范》，根據(jù)裝有3D引導(dǎo)系統(tǒng)挖掘機(jī)船組水下整坡施工樣本工程的人工、材料、機(jī)械消耗等統(tǒng)計(jì)資料，以工作日寫(xiě)實(shí)為主、經(jīng)驗(yàn)估計(jì)法為輔進(jìn)行編制。

2. 子目設(shè)置

設(shè)置挖掘機(jī)船組水下整坡1個(gè)子目。定額計(jì)量單位為1000m2。新增挖掘機(jī)船組機(jī)械臺(tái)時(shí)費(fèi)定額。

施工條件：內(nèi)河河道，整坡泥層平均厚度為0.3m，整坡范圍為順坡方向坡面長(zhǎng)35m，邊坡為1∶3～1∶4。

三、主要設(shè)備及人員配置、施工過(guò)程

1. 主要設(shè)備和人員配備

裝備徠卡挖掘引導(dǎo)系統(tǒng)3D版的挖掘機(jī)、工程船等。作業(yè)人員按機(jī)上4人、機(jī)下1人配置。

2. 施工過(guò)程

首先進(jìn)行3D引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)備的安裝和調(diào)試；其次將施工區(qū)域坐標(biāo)、高程、坡比等設(shè)計(jì)斷面參數(shù)導(dǎo)入3D引導(dǎo)系統(tǒng)；然后利用拖輪將挖掘機(jī)船組移至施工區(qū)域；最后挖掘機(jī)船組就位后下定位樁，操作手根據(jù)3D引導(dǎo)系統(tǒng)的提示，操縱鏟斗順坡修整坡面，并將余土裝入運(yùn)泥駁。

四、整坡定額子目編制

1. 工作內(nèi)容

工作內(nèi)容包括數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D引導(dǎo)系統(tǒng)、船組定位、坡面整理、余土入駁、船組移位。

2. 挖掘機(jī)船組水下整坡時(shí)間消耗量測(cè)算

通過(guò)對(duì)樣本工程寫(xiě)實(shí)、統(tǒng)計(jì)、分析，每整坡1000m2，勞動(dòng)時(shí)間消耗量為6.27工時(shí)，該消耗量為勞動(dòng)定額。

3. 機(jī)械人工材料消耗量計(jì)算

機(jī)械、人工消耗量由勞動(dòng)定額過(guò)渡為預(yù)算定額的幅度差取1.1。

1) 機(jī)械消耗量包括挖掘機(jī)船組和拖輪。其中，船組機(jī)械臺(tái)時(shí)消耗量=6.90艘時(shí)；拖輪機(jī)械臺(tái)時(shí)消耗=0.23艘時(shí)。

2) 作業(yè)人員(機(jī)下)消耗量：機(jī)下作業(yè)人員人工工時(shí)=6.90工時(shí)。

3) 材料消耗量等于0。

4. 挖掘機(jī)船組機(jī)械臺(tái)時(shí)費(fèi)計(jì)算

1) 第1類費(fèi)用包括工程船、3D引導(dǎo)系統(tǒng)、挖掘機(jī)。其中，①工程船：折舊費(fèi)=49.88元/艘時(shí)，修理及替換設(shè)備費(fèi)==59.86元/艘時(shí)，小計(jì)=109.74元/艘時(shí)；②3D引導(dǎo)系統(tǒng)：折舊費(fèi)=31.67元/臺(tái)時(shí)，修理及替換設(shè)備費(fèi)=19.00元/臺(tái)時(shí)，安裝拆卸費(fèi)==3.17元/臺(tái)時(shí)，小計(jì)=53.84元/臺(tái)時(shí)；③挖掘機(jī)：折舊費(fèi)=35.63元/臺(tái)時(shí)，修理及替換設(shè)備費(fèi)=25.46元/臺(tái)時(shí)，安裝拆卸費(fèi)=2.18元/臺(tái)時(shí)，小計(jì)=63.27元/臺(tái)時(shí)。第一類費(fèi)用合計(jì)=226.85元/臺(tái)時(shí)。

2) 第2類費(fèi)用包括機(jī)上人工和柴油用量。其中，機(jī)上人工=5工時(shí)；工程船組柴油消耗量=30.62千克/臺(tái)時(shí)。第二類費(fèi)用合計(jì)=147.32元/臺(tái)時(shí)。

3) 第3類費(fèi)用=1.57元/臺(tái)時(shí)。

五、定額成果

1. 3D挖掘機(jī)船組機(jī)械臺(tái)時(shí)費(fèi)定額

挖掘機(jī)船組機(jī)械臺(tái)時(shí)費(fèi)定額見(jiàn)表1。

表1

注：第2類費(fèi)用中人工工時(shí)預(yù)算單價(jià)為8.03元/工時(shí)，柴油取3.5元/kg。

2. 挖掘機(jī)船組水下整坡預(yù)算定額

挖掘機(jī)船組水下整坡工作內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)導(dǎo)入(3D)、船組定位、坡面整理、余土入駁、船組移位。預(yù)算定額見(jiàn)表2。

表2

注：定額不包括土方外運(yùn)、航道維護(hù)工作內(nèi)容。

六、定額水平測(cè)算

根據(jù)《江蘇省水利工程設(shè)計(jì)概(估)算編制規(guī)定》(2012年版)和市場(chǎng)材料價(jià)格，進(jìn)行挖掘機(jī)船組水下整坡預(yù)算單價(jià)計(jì)算，挖掘機(jī)船組水下整坡預(yù)算單價(jià)為3.72元/m2。目前，江蘇省水利工程挖掘機(jī)船組水下整坡施工市場(chǎng)價(jià)格為2.5～3.0元/m2?？紤]市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)、生產(chǎn)力水平等因素，本定額的水平是合適的，該定額已由江蘇省水利管理部門(mén)發(fā)布。

七、結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)內(nèi)河道挖掘機(jī)水下整坡施工缺少引導(dǎo)控制手段，主要依賴于機(jī)手的操作經(jīng)驗(yàn)，借視覺(jué)、感覺(jué)和測(cè)量人員配合工作，施工質(zhì)量不穩(wěn)定，高程、坡度的控制需要大量人力完成，綜合效率低，影響施工進(jìn)度和質(zhì)量。挖掘機(jī)加配徠卡3D挖掘引導(dǎo)系統(tǒng)后，實(shí)現(xiàn)了可視數(shù)字化操作，較好地解決了上述問(wèn)題，提高了機(jī)械施工精度和效率，節(jié)約了綜合施工成本。該工藝?yán)碚摮墒?、施工效率高，安全質(zhì)量易控制，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有較好的應(yīng)用前景。

徠卡測(cè)量新技術(shù)應(yīng)用專欄