CN110106825A - 一种用于人工湖智能填挖的施工工艺 - Google Patents

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Abstract

一种用于人工湖智能填挖的施工工艺，具体步骤如下：步骤一、根据设计图纸对人工湖的坡面进行深化；步骤二、基于深化CAD设计图纸，应用模型软件建立人工湖的三维设计基准模型；步骤三、建立现场基准站，并将建立的人工湖三维设计基准模型导入智能机械操作系统中；步骤四、控制智能机械在现场进行开挖和回填作业，对人工湖的坡面进行开挖和对挡土墙基坑处进行回填，并对坡面进行精修。本发明通过对人工湖施工平面图和剖面图进行分区深化，可为开挖和回填做好数据基础；通过在安装传感器、GPS接收机以及无线电接收器等设备，可实现在操作室中基于智能机械操作系统提供的数据界面开展可视化施工作业，可提高机械工作效率，大大缩短工程工期。

Description

一种用于人工湖智能填挖的施工工艺
技术领域
本发明属于人工湖施工领域，特别涉及一种用于人工湖智能填挖的施工工艺。
背景技术
人工湖是多用于水利工程、园林工程中的建筑物，以拦洪蓄水、调节水流为目的，也在城市绿化、校园绿化或其他场所得到应用，主要起到景观装饰作用。但是在人工湖的开挖填埋过程中，由于其湖岸曲折多变，且有的人工湖包含主湖区和跌水区，其高度变化多样，再加之湖岸挡土墙的填埋，若采用人工开挖，需要大量人工且施工速度慢，会造成施工工时和人员的浪费，同时造成了造价的增加；若采用机械开挖，则会有开挖时精细度达不到设计要求的缺点，且施用机械装置，需要额外配备场地技术人员进行现场的指导，受测量人员打桩放样限制，施工等待时间也较长，机械效率低，施工质量易受人为因素影响，同时人机混合作业时间长，也会存在安全隐患，因此在人工湖的开挖和回填过程中，需要提供一种用于人工湖中既可快捷开挖和回填，又可节省人力工时的智能施工工艺。
发明内容
本发明提出一种用于人工湖智能填挖的施工工艺，用以解决多曲折段和多区域的人工湖开挖和挡土墙埋设的精细化和便捷化施工问题，具体技术方案如下：
一种用于人工湖智能填挖的施工工艺，所述人工湖包含主湖区和跌水区，其中跌水区设置有多级跌水汀步，所述人工湖湖岸与四周设置有挡土墙，具体步骤如下：
步骤一、基于CAD设计图，测设人工湖，并根据设计图纸对人工湖的坡面进行深化，其中对跌水区坡面转折点进行细致深化；
步骤二、基于深化图纸，在与CAD设计图中人工湖统一的坐标系和高程标准下，应用模型软件建立人工湖的三维设计基准模型；
步骤三、在人工湖挖填现场建立基准站，调试使其覆盖整个开挖和回填作业面，并将建立的人工湖三维设计基准模型导入智能机械操作系统中；
步骤四、控制智能机械在现场进行开挖和回填作业，对人工湖的坡面进行开挖和对挡土墙基坑处进行回填，并对坡面进行精修，由此完成人工湖的施工作业。
其中，对于步骤一中对CAD设计图进行深化时，应保证深化的坐标系及高程标准与现场人工湖的CAD设计图的平面控制轴网所使用的坐标系及高程的标准一致。
其中，CAD设计图进行深化时，对人工湖的坡面进行分区深化，其中对于主湖区和不同跌水区的坡面根据不同弯折坡度变化情况进行疏密不同程度的深化，同时对人工湖四周存在挡土墙的状况，进行基坑开挖处的深化且明确基坑的分界线。
其中，对于步骤二中建模图层，是通过对比人工湖的平面图和剖面图确定湖岸线，并依据湖岸线所在的图层建模图层；根据人工湖剖面上的位置尺寸关系，在平面图上画出剖面图折点代表的其他线，同理，将剖面图其他折点的线全部在平面图上画出，其中为避免线太多造成混乱，可先建立若干新图层，再根据不同土层上线段赋予相应的标高。
其中，对于步骤二中的模型软件为TBC软件或BIM软件，将深化后的CAD设计图导入模型软件中，其中所有的图层都是显示可见状态，并在所有的图层中筛选出用于建模的图层；其中，筛选时采用隔离法进行逐层查看，保留建模土层并重新分组，从而形成三维设计基准模型。
其中，在建立的模型中选取用于进行表面建模的线，创建表面，表面创建完成后，根据表面插旗子的提示位置，进行高程的详细编辑；其中编辑表面通过地势标高辅助等高线进行检查和复核。
其中，对于步骤三中基站建立在开阔位置，若施工区域超出单个基站覆盖范围则需增加基准站个数，确保施工区域在基准站信号覆盖范围内；基准站自身的坐标和标高通过施工现场的平面控制轴网测量获得并输入基准站内，并与模型软件坐标系一致。
其中，对于步骤四中所述智能机械，包含挖掘机和操作系统，所述挖掘机上安装有对应基站的GPS接收机和无线电接收器，并在挖掘机机身、大臂、二臂和挖斗处安装有传感器；所述操作系统可对应识读TBC软件或BIM软件中建立的三维设计基准模型，且依据现场高程变化通过角度传感器实时操作挖掘机。
其中，所述GPS接收机、无线电接收器以及角度传感器，通过焊接的方式安装到挖掘机的相应部位，安装过程中应注意各部件四周满焊，其中对于安装线缆绑扎时宜沿挖掘机本身线缆绑扎，并留有一定的冗余量；挖掘机安装调试完成后，如更换挖斗，更换完成后需重新进行调试。
其中，对于步骤四中人工湖对应坡面的土方开挖完成后，进行挡土墙的钢筋绑扎、支模及混凝土浇筑；待混凝土强度达到100%后，拆模并使用智能机械进行挡土墙基坑的回填，回填土的标高以CAD设计图纸为准。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过对人工湖施工平面图和剖面图进行深化，根据主湖区和跌水区进行不同程度的深化，尤其在坡面弯折处和挡土墙填埋处进行更为细致的深化，可为下一阶段的开挖和回填做好数据基础；应用深化后的图层通过模型软件建立三维设计基准模型，可将深化后的图层转化为智能机械操作系统可识别的数据模型，其中对于涉及到的人工湖的平面图、剖面图、三维设计基准模型以及智能机械操作系统中的基准坐标为同一坐标系，高程基准面为同一基准面，由此确保在现场施工时高程、坡度质量可控；通过在挖掘机上安装传感器、GPS接收机以及无线电接收器等，进行现场控制，可实现在操作室中基于智能机械操作系统提供的数据界面开展可视化施工作业。本发明以模型引导挖掘机机手进行施工，无需测量放线，采用智能开挖技术，施工过程直观可视，减少施工等待时间，提高机械工作效率，大大缩短工程工期。
附图说明
图1是人工湖分区轮廓图；
图2是人工湖局部剖面图示意图；
图3是挡土墙连接图；
图4是无挡土墙处坐标深化图；
图5是有挡土墙处坐标深化图；
图6是挡土墙基坑土方回填图；
图7是TBC软件人工湖三维设计基准模型示意图；
图8是智能机械挖掘机结构示意图。
附图标记：1-人工湖；11-主湖区；12-跌水区；13-跌水汀步；2-坡面；3-挡土墙；4-回填土；5-挖掘机；51-GPS接收机；52-无线电接收器；53-机身传感器；54-控制器；55-大臂角度传感器；56-二臂角度传感器；57-挖斗角度传感器；6-湖岸。
具体实施方式
如图1所示，人工湖1总岸线长约771m，水域总面积约为10448m2，分为J两个分区，分别为主湖区（11）和跌水区（12）；其中主湖区（11）岸线长约435m，水域面积约为8479m2，跌水区（12）岸线长约336m，水域面积约为1969m2，跌水高差0.4m，共布置有3级跌水汀步13。为保证安全，湖岸线2m范围内水深为0.7m，湖中央水深最深为2m。人工湖1四周采用悬臂式挡土墙3支护，支护总长度约641m。
如图2所示，由于本人工湖1的湖岸6为多级坡，坡面2形式复杂多样，测量放线工作量大，难度高，高程、坡度质量不易控制，因此采用人工湖1智能填挖的施工工艺，具体步骤如下：
步骤一、基于CAD设计图，测设人工湖1，并根据设计图纸对人工湖1的主湖区（11）和跌水区（12）坡面2进行深化，其中对跌水区（12）坡面2转折点进行细致深化；
步骤二、基于深化图纸，在与CAD设计图中人工湖1统一的坐标系和高程标准下，应用模型软件建立人工湖1的三维设计基准模型；
步骤三、在人工湖1挖填现场建立基准站，调试使其覆盖整个开挖和回填作业面，并将建立的人工湖1三维设计基准模型导入智能机械操作系统中；
步骤四、控制智能机械在现场进行开挖和回填作业，对人工湖1的坡面2进行开挖和对挡土墙3基坑处进行回填，并对坡面2进行精修，由此完成人工湖1的施工作业。
本实施例中，对CAD设计图进行深化和建模前，应确保设计图使用的坐标系及高程，与施工现场的平面控制轴网所使用的坐标系及高程一致，否则需进行换算，确保图层、模型与施工现场的平面控制轴网吻合且定位准确。
本实施例中，CAD设计图进行深化时，对人工湖1的坡面2进行分区深化，其中对于主湖区（11）和不同跌水区（12）的坡面2根据不同弯折坡度变化情况进行疏密不同程度的深化，如图3至图5所示，区别深化人工湖1四周是否存在挡土墙3的状况，若有挡土墙3则进行基坑开挖处的深化且明确基坑的分界线，其中挡土墙3的基坑按0.2m宽工作面，1:0.5的坡度找出基坑的坡顶线、坡脚线以及各级坡之间折点的坐标点和标高。
本实施例中，对于步骤二中建模图层，是通过对比人工湖1的平面图和剖面图确定湖岸线，并依据湖岸线所在的图层建模图层；根据人工湖1剖面上的位置尺寸关系，在平面图上画出剖面图折点代表的其他线，同理，将剖面图其他折点的线全部在平面图上画出，其中为避免线太多造成混乱，可先建立若干新图层，再根据不同土层上线段赋予相应的标高。
本实施例中，对于步骤二中的模型软件为TBC软件或BIM软件，如图7所示，采用使用TBC（Business Center - HCE Powered by Trimble）模型软件建立三维设计基准模型，将深化后的CAD图纸导入TBC建模软件中，导入后所有的图层都是显示可见状态，并在所有的图层中筛选出用于建模的图层，从而形成三维设计基准模型；分层查看内容，可以先用“隔离层”方法来逐层查看每层上内容，然后再做图层标准化；保留建模相关图层，依据上一步查看完并保留的图层，将图层重新进行分组，从而进一步完善三维设计基准模型。
本实施例中，在建立的三维设计基准模型中选取用于进行表面建模的线，创建表面，表面创建完成后，根据表面插旗子的提示位置，进行高程的详细编辑；其中编辑表面通过地势标高辅助等高线进行检查和复核，然后将创建完毕的表面模型导出，在控制器54中加载，加载完成后，按控制器54显示进行操作即可。
本实施例中，对于步骤三中基站建立在开阔位置，若施工区域超出单个基站覆盖范围则需增加基准站个数，确保施工区域在基准站信号覆盖范围内；基准站自身的坐标和标高通过施工现场的平面控制轴网测量获得并输入基准站内，并与模型软件坐标系一致。
其中，选用的基准站信号覆盖范围为半径20km，人工湖1开挖面积约1.4万m2，长度方向长约290m，本工程只需设立一个基准站即可。经过现场勘察，为保证基准站信号不被其他物体遮挡，基准站浇筑成400×400×400的正方体，混凝土强度标号为C20，其内预埋强制对中器，待混凝土达到强度后通过施工现场的平面控制轴网测量出强制对中器中心点的坐标和标高，然后再安装基准站的其余部件，并将强制对中器中心点的坐标和标高输入基准站，互联工地基准站四周应设置防护并贴上相应标识，避免施工过程中遭到破坏，影响施工的精确。
本实施例中，对于步骤四中所述智能机械，包含挖掘机5和操作系统，如图8所示，所述挖掘机5上在操作室上顶部安装有对应基站的GPS接收机51和无线电接收器52，在操控室内安装有可视化的控制器54，在挖掘机5机身的回转处安装有机身传感器53，在挖掘机5大臂处安装有大臂角度传感器55，挖掘机5二臂处安装有二臂角度传感器56以及在挖掘机5的挖斗外侧安装有挖斗角度传感器57；所述操作系统可对应识读TBC软件软件中建立的三维设计基准模型，且依据现场高程变化通过角度传感器实时操作挖掘机5，其中操作系统为GCS900系统，
本实施例中，所述GPS接收机51、无线电接收器52以及角度传感器，通过焊接的方式安装到挖掘机5的相应部位，安装过程中应注意各部件四周满焊，保证挖掘机5各主要枢轴的磨损较轻，操作系统精度可达到3-5cm，控制箱的安装位置不得妨碍操作机手操作挖掘机5作业，线缆绑扎时宜沿挖掘机5本身线缆绑扎，并留有一定的冗余量，以免作业时将线缆挣断，设备安装调试完成后，挖掘机5不应随意更换挖斗用于其他作业，如必须更换挖斗，更换完成后需重新进行调试，否则将影响施工精度。
本实施例中，互联工地基准站实时向挖掘机5上的接收机发送差分信号，安装在挖掘机5上的GPS接收机51和无线电接收器52，接收卫星信号和基站发送的差分信号进行实时厘米级定位；经过读取安装在挖掘机5上的各种角度传感器，解算校准过的主要枢轴尺寸，获得挖斗实时、精确的三维位置信息，操作系统通过比较数字化三维设计基准模型与当前挖斗所处位置信息，以机器模拟图形、数值和声音信号等多种方式指示实际挖斗与目标工作面的相对位置，引导操作手精确施工。
本实施例中，如图6所示，对于步骤四中人工湖1对应坡面2的土方开挖完成后，进行挡土墙3的钢筋绑扎、支模及混凝土浇筑；待混凝土强度达到100%后，拆模并使用智能机械进行挡土墙3基坑的回填，回填土4的标高以CAD设计图纸或三维设计基准模型输出数据为准。
此外，在进行施工作业前，应对挖掘机5操作手进行培训，培训内容主要为控制箱的基本操作，包括正常开机启动、模型切换、各控制数值含义、视图的放大缩小、平面视图和侧视图的切换、正常关机等；机手根据平面视图中挖掘机5与模型的相对位置将挖掘机5开往需施工区域，并根据平面视图上的控制数值进行初步开挖，在即将开挖至设计面时将平面视图转换为侧视图，根据侧视图上的控制数值进行精修坡。
显然，上述实施例仅是为清楚地说明本发明的突出特点所作的阐释，而并非是对本发明实施方式的限定；对于所属领域的技术人员而言，在上述说明的使用基础上仍可以做出其它不同形式的变化或变动，若未对其进行创造性改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于人工湖智能填挖的施工工艺，所述人工湖包含主湖区（11）和跌水区（12），其中跌水区（12）设置有多级跌水汀步（13），所述人工湖（1）的湖岸（6）与四周设置有挡土墙（3），其特征在于，具体步骤如下：
步骤一、基于CAD设计图，测设人工湖（1），并根据设计图纸对人工湖（1）的坡面（2）进行深化，其中对跌水区（12）的坡面（2）转折点进行细致深化；
步骤二、基于深化图纸，在与CAD设计图中人工湖（1）统一的坐标系和高程标准下，应用模型软件建立人工湖的三维设计基准模型；
步骤三、在人工湖（1）挖填现场建立基准站，调试使其覆盖整个开挖和回填作业面，并将建立的人工湖（1）三维设计基准模型导入智能机械操作系统中；
步骤四、控制智能机械在现场进行开挖和回填作业，对人工湖（1）的坡面（2）进行开挖和对挡土墙（3）基坑处进行回填，并对坡面（2）进行精修，由此完成人工湖（1）的施工作业。
2.根据权利要求1所述的一种用于人工湖智能填挖的施工工艺，其特征在于：对于步骤一中对CAD设计图进行深化时，应保证深化的坐标系及高程标准与现场人工湖（1）的CAD设计图的平面控制轴网所使用的坐标系及高程的标准一致。
3.根据权利要求2所述的一种用于人工湖智能填挖的施工工艺，其特征在于：CAD设计图进行深化时，对人工湖（1）的坡面（2）进行分区深化，其中对于主湖区（11）和不同跌水区（12）的坡面（2）根据不同弯折坡度变化情况进行疏密不同程度的深化，同时对人工湖（1）四周存在挡土墙（3）的状况，进行基坑开挖处的深化且明确基坑的分界线。
4.根据权利要求1所述的一种用于人工湖智能填挖的施工工艺，其特征在于：对于步骤二中建模图层，是通过对比人工湖（1）的平面图和剖面图确定湖岸线，并依据湖岸线所在的图层用于建模；根据人工湖（1）剖面上的位置尺寸关系，在平面图上画出剖面图折点代表的其他线，同理，将剖面图其他折点的线全部在平面图上画出，其中为避免线太多造成混乱，可先建立若干新图层，再根据不同土层上线段赋予相应的标高。
5.根据权利要求4所述的一种用于人工湖智能填挖的施工工艺，其特征在于：对于步骤二中的模型软件为TBC软件或BIM软件，将深化后的CAD设计图导入模型软件中，其中所有的图层都是显示可见状态，并在所有的图层中筛选出用于建模的图层；其中，筛选时采用隔离法进行逐层查看，保留建模土层并重新分组，从而形成三维设计基准模型。
6.根据权利要求5所述的一种用于人工湖智能填挖的施工工艺，其特征在于：在建立的模型中选取用于进行表面建模的线，创建表面，表面创建完成后，根据表面插旗子的提示位置，进行高程的详细编辑；其中编辑表面通过地势标高辅助等高线进行检查和复核。
7.根据权利要求1所述的一种用于人工湖智能填挖的施工工艺，其特征在于：对于步骤三中基站建立在开阔位置，若施工区域超出单个基站覆盖范围则需增加基准站个数，确保施工区域在基准站信号覆盖范围内；基准站自身的坐标和标高通过施工现场的平面控制轴网测量获得并输入基准站内，并与模型软件坐标系一致。
8.根据权利要求1所述的一种用于人工湖智能填挖的施工工艺，其特征在于：对于步骤四中所述智能机械，包含挖掘机（5）和操作系统，所述挖掘机（5）上安装有对应基站的GPS接收机（51）和无线电接收器（52），并在挖掘机（5）机身、大臂、二臂和挖斗处安装有传感器；所述操作系统可对应识读TBC软件或BIM软件中建立的三维设计基准模型，且依据现场高程变化通过角度传感器实时操作挖掘机（5）。
9.根据权利要求8所述的一种用于人工湖智能填挖的施工工艺，其特征在于：所述GPS接收机（51）、无线电接收器（52）以及角度传感器，通过焊接的方式安装到挖掘机（5）的相应部位，安装过程中应注意各部件四周满焊，其中对于安装线缆绑扎时宜沿挖掘机（5）本身线缆绑扎，并留有一定的冗余量；挖掘机（5）安装调试完成后，如更换挖斗，更换完成后需重新进行调试。
10.根据权利要求1所述的一种用于人工湖智能填挖的施工工艺，其特征在于：对于步骤四中人工湖（1）对应坡面（2）的土方开挖完成后，进行挡土墙（3）的钢筋绑扎、支模及混凝土浇筑；待混凝土强度达到100%后，拆模并使用智能机械进行挡土墙（3）基坑的回填，回填土（4）的标高以CAD设计图纸为准。
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