CN110428160A - 一种强夯机的数字化施工管理系统、方法及强夯机 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种强夯机的数字化施工管理系统、方法及强夯机，包括设置在强夯机本体上的终端模块，用于实时采集或接收强夯机施工过程数据并进行数据融合；物联网数据管控平台，用于接收并存储终端模块融合后的数据；控制模块，用于调取物联网数据管控平台中的数据，实时计算强夯施工参数，并将计算得出的强夯施工参数与预设的施工控制标准自动对比，如果强夯施工参数不达标，根据采集到的施工过程数据重新计算施工任务和施工规划用于指导现场施工；实现了强夯施工异常情况的自动报警，根据采集到的施工过程数据重新计算施工任务和施工规划用于指导现场施工，进而实现了对现场施工异常情况的及时矫正和处理，提高了工程质量，保证了工程进度。

Description

一种强夯机的数字化施工管理系统、方法及强夯机

技术领域

本公开涉及工程施工技术领域，特别涉及一种强夯机的数字化施工管理系统、方法及强夯机。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

强夯机是地基施工中不可缺少的大型设备之一，广泛应用在开山填淤、围海造田等大型建筑地基处理施工过程中。在实际的使用过程中，强夯机一般是采用8-40t夯锤(最重为200t)起吊到一定高度(一般为8-30m)，夯锤自由落下，对土体进行强力夯实，以提高其强度、降低其压缩性的一种地基加固方法。

本公开发明人发现，(1)目前强夯过程中夯击深度主要是依靠监理人员实际测量获得，特别是伴随着夯锤的下落，夯锤四周的土地就会隆起，这给夯击是否到位的测量带来了很大的困难；(2)夯锤的提升高度也没有准确的测量记录，都是依靠工人经验；并且夯击点需要人工放样标记，费时费力；(3)同时对某次施工中的历史数据记录不能详细记录给工程质量的优劣判断带来了很大的问题，比如夯击强度已经到位，但由于周围土地的隆起或下陷导致监理人员的错误测量使得夯击次数增多，使得强夯机的油耗增多，作业时间无谓延长，不仅造成能源浪费，同时造成了人力和物力的很大浪费。

专利号为201710583014.4的专利公开了强夯施工质量在线实时管控方法及强夯信息化施工方法，其张力传感器可通过检测钢丝绳的张紧状态来判断夯锤的提起和放下，当夯锤连接器提起夯锤的瞬间，钢丝绳会被拉力张紧，张力传感器会向强夯机主机发送触发电流或者电压信号，所述强夯机主机会记录GNSS天线Ⅰ的空间位置信息，当下一次夯锤落下后，夯锤连接器再次提起夯锤的瞬间，钢丝绳会被拉力张紧，张力传感器会向强夯机主机再次发送触发电流或者电压信号，所述强夯机主机会再次记录GNSS天线Ⅰ的空间位置信息，两次空间位置信息的高度差即为一次夯锤下落夯击土的深度；但是其天线是固定于夯锤钩侧的，会随着夯锤的升降而频繁移动，其天线馈线磨损会非常严重，馈线会在短时间内报废，无法有效的保证施工的顺利进行，给维护和施工带来了很大的困扰；而且，每次都要计算两次GNSS天线I的空间位置来计算夯击下沉量，而且GNSS天线位于夯锤位置，长时间使用容易出现位置移动，从而使得监测精度相对较低。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种强夯机的数字化施工管理系统、方法及强夯机，实现了强夯施工异常情况的自动报警，根据采集到的施工过程数据重新计算施工任务和施工规划用于指导现场施工，进而实现了对现场施工异常情况的及时矫正和处理，提高了工程质量，保证了工程进度。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

第一方面，本公开提供了一种强夯机的数字化施工管理系统；

一种强夯机的数字化施工管理系统，包括强夯机本体，还包括：

终端模块，设置在强夯机本体上，用于实时采集或接收强夯机施工过程数据并进行数据融合；

物联网数据管控平台，与终端模块通信连接，用于接收并存储终端模块融合后的数据；所述物联网数据管控平台可以通过网页访问。

控制模块，与物联网数据管控平台通信连接，用于调取物联网数据管控平台存储的融合后的数据，实时计算强夯施工参数，将计算得出的强夯施工参数与预设的施工控制标准自动对比，如果强夯施工参数不达标，根据采集到的施工过程数据重新计算施工任务和施工规划用于指导现场施工。

作为可能的一些实现方式，还包括施工导航模块，如果强夯施工参数没有达标，所述物联网数据管控平台向施工导航模块发出报警提示，并将计算得到的施工任务和施工规划实时传输到施工导航模块指导现场施工调整。

作为进一步的限定，所述施工导航模块包括管控PC端和/或施工导航系统和/或手持终端，用于将告警信息、强夯施工参数、重新计算得到的施工任务和施工规划以声光和/或图形和/或数字的方式展示，引导施工人员按照告警信息、重新计算的施工规划和施工参数进行施工。

作为可能的一些实现方式，所述强夯机本体上设有落锤传感器，与终端模块通信连接；所述落锤传感器安装于强夯机背面承重绳上，用于检测承重绳的形变数据。

作为可能的一些实现方式，所述落锤传感器为张力传感器。

作为进一步的限定，还包括落距离传感器，与终端模块通信连接；所述落距传感器安装于强夯机顶端转轮处，用于检测转轮转动圈数。

作为进一步的限定，所述落距传感器为接近开关，当提锤钢丝绳张紧时，终端模块根据张力传感器的张紧信号，开始记录接近开关触发次数；当落锤钢丝绳放松时，终端模块根据张力传感器的放松信号，停止记录触发次数；所述终端模块将采集到的开关触发次数实时传输给控制模块，用于根据接近开关的触发次数计算转轮的旋转周数。

作为可能的一些实现方式，还包括GNSS天线，至少包括第一GNSS天线和第二GNSS天线，分别安装于强夯机的夯锤架顶端和车身尾部，用于获取车辆的位置数据、航向数据、车身姿态数据。

作为可能的一些实现方式，所述物联网数据管控平台为云物联网数据管控平台，所述终端模块通过无线方式与云物联网数据管控平台通信连接；所述控制模块为远程控制中心的控制终端或数据处理服务器，所述控制终端或数据处理服务器与云物联网数据管控平台通过有线或无线方式通信连接。

第二方面，本公开提供了一种强夯机的数字化施工管理方法；

一种强夯机的数字化施工管理方法，步骤如下：

划分强夯区域，设定夯区边界坐标，对夯区属性进行标记，在夯区内规划夯点，所述夯点均以一种特定的颜色和图像进行显示；

设定夯区的施工控制标准，实时采集强夯机施工过程数据进行数据融合，并根据融合后的数据计算强夯施工参数，将计算得到的强夯施工参数与施工控制标准进行对比，判断强夯施工参数是否达标；

当强夯施工参数不达标时，发出告警信息，并根据采集到的强夯机施工过程数据重新计算施工任务和施工规划，将重新计算得到的施工任务和施工规划实时展示给施工管理人员和/或强夯机驾驶员，用于指导现场施工。

作为可能的一些实现方式，所述夯区属性包括夯区编号、夯锤直径、夯锤重量、夯点间距、强夯机编号以及操作者姓名；

作为可能的一些实现方式，夯区的施工控制标准包括管控区域的夯击点位置、夯击遍数、夯点的夯击次数、最后两击沉降量、夯点的允许偏移量和夯锤的夯击能量；

作为可能的一些实现方式，计算得到的强夯施工参数包括夯点夯击次数、夯锤落距、最后两击沉降量、夯点的偏移量、夯锤的夯击能量和夯点位置，将计算得到的强夯施工参数与当前夯击遍数一起实时展示给施工管理人员和/或强夯机驾驶员。

作为可能的一些实现方式，在夯实土层的基础上填筑碎石墩，在碎石墩和墩间土上铺设碎石垫层，构成复合地基，用于增强地基承载力，削减沉降量；利用重锤击打，通过配用性能较好的回填料强行挤入地基，把现有的地基土置换掉。

作为可能的一些实现方式，施工管理人员和强夯机驾驶员根据收到的告警提示、施工参数、重新计算的施工任务和施工规划对施工过程进行调整和改进，直到整个夯区所有夯点均达到设计要求的夯击次数和沉降量要求，则夯区管控结束，此时夯点由未夯击前的一种特定的颜色变为夯后的另一种颜色；

进一步的，夯区管控结束后，输出夯区管控的成果图和统计表，作为施工验收依据；

进一步的，将施工管控的成果图和统计表自动存入云服务器中，供后续查询、归档和分析。

第三方面，本公开提供了一种强夯机，包括本公开所述的强夯机的数字化施工管理系统；

第四方面，本公开提供了一种强夯机，利用本公开所述的强夯机的数字化施工管理方法。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

本公开所述的内容通过落锤传感器和落距传感器的配合使用来监测夯锤提升的高度，同时落距传感器还用于检测相邻两次夯击的沉降量，脱离了GNSS天线，不再需要GNSS天线的频繁定位来进行沉降量的计算，两个传感器的配合使用使得监测的准确度大大提升。

本公开所述的落锤传感器设于强夯机背面承重绳上，不再设于悬挂夯锤的钢丝上，极大的减少了夯锤的巨大振动所带来的影响，只需要实时的监测承重绳即可实现落锤的实时监测。

本公开所述的内容实现了强夯施工过程参数的自动采集和强夯施工的实时管控；实现了强夯施工过程的在线管控，将强夯施工的监测参数经无线通信(wifi或者3G、4G通信)网络实时发送至云存储服务端，保证了各施工参与方的数据同步和施工信息共享。

本公开所述的内容可实现设计数据与现场机械分配施工数据同步，每个施工个体数据共享，进行远程施工导航。

本公开所述的内容可实现强夯施工异常情况的自动报警，便于及时指导施工调整，根据采集到的施工过程数据重新计算施工任务和施工规划用于指导现场施工，进而实现了对现场施工异常情况的及时矫正和处理，提高了工程质量，保证了工程进度，为强夯施工质量控制提供了新的途径。

附图说明

图1为本公开实施例1所述的强夯机本体结构示意图。

图2为本公开实施例1所述的强夯机的数字化施工管理系统结构示意图。

图3为本公开实施例2所述的强夯机的数字化施工管理方法流程示意图。

1-承载车；2-夯锤架；3-牵引绳；4-夯锤连接件；5-夯锤；6-转轮；7-第一GNSS天线；8-第二GNSS天线；9-承重绳；10-落锤传感器；11-落距传感器；12-转轴。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1：

本公开实施例1提供了一种强夯机的数字化施工管理系统，包括强夯机本体，如图1所示，所述强夯机本体包括承载车1、夯锤架2、牵引绳3、承重绳9、转轮6、转轴12、夯锤连接件4和夯锤5；所述夯锤架2可旋转的固定在承载车1上，所述承重绳9为背面承重绳，连接承载车1的尾部和夯锤架的顶部，所述夯锤架的顶部设有固定盘6和转动滑轮12，所述转轮6固定在转轴12上，通过转轴12带动转轮6转动，所述牵引绳3和承重绳9为一根绳分列在夯锤架2的两侧，所述牵引绳3通过夯锤连接件4与夯锤5连接，通过承载车1上的电机，利用承重绳9带动牵引绳3上的夯锤5上下夯击。

还包括：终端模块，设置在强夯机本体上，用于实时采集或接收强夯机施工过程数据并进行数据融合；

物联网数据管控平台，与终端模块通信连接，用于接收并存储终端模块融合后的数据；

控制模块，与物联网数据管控平台通信连接，用于调取物联网数据管控平台中的数据，实时计算强夯施工参数，将计算得出的强夯施工参数与预设的施工控制标准自动对比，如果强夯施工参数不达标，根据采集到的施工过程数据重新计算施工任务和施工规划用于指导现场施工。

还包括施工导航模块，如果强夯施工参数没有达标，所述控制模块向施工导航模块发出报警提示，并将计算得到的施工任务和施工规划实时传输到施工导航模块指导现场施工调整。

所述施工导航模块包括管控PC端和/或施工导航系统和/或手持终端，用于将告警信息、强夯施工参数、重新计算得到的施工任务和施工规划以声光和/或图形和/或数字的方式展示，引导施工人员按照告警信息、重新计算的施工规划和施工参数进行施工。

所述手持终端包括但不限于手机和平板电脑。

所述强夯机本体上设有落锤传感器10，与终端模块通信连接；所述落锤传感器10安装于强夯机背面承重绳9上，用于检测承重绳9的形变数据；所述落锤传感器为张力传感器。

还包括落距离传感器11，与终端模块通信连接；所述落距传感器11安装于强夯机夯锤架2上靠近转轮6的位置，用于检测转轮转动圈数。

所述落距传感器11为接近开关，当提锤钢丝绳张紧时，终端模块根据张力传感器的张紧信号，开始记录接近开关触发次数；当落锤钢丝绳放松时，终端模块根据张力传感器的放松信号，停止记录触发次数；所述终端模块将采集到的开关触发次数实时传输给控制模块，用于根据接近开关的触发次数计算转轮的旋转周数。

还包括GNSS天线，至少包括第一GNSS天线7和第二GNSS天线8，分别安装于强夯机的夯锤架2顶端和承载车1尾部，用于获取车辆的位置数据、航向数据、车身姿态数据；还包括GNSS卫星导航模块，所述第一GNSS天线7和第二GNSS天线8均与GNSS卫星导航模块通信连接，所述GNSS卫星导航模块与控制模块通信连接。

所述物联网数据管控平台为云物联网数据管控平台，所述终端模块通过无线方式与云物联网数据管控平台通信连接；所述控制模块为远程控制中心的控制终端，所述控制终端与云物联网数据管控平台通过有线或无线方式通信连接。

本实施例所述的通信连接，为wifi或者3G、4G通信连接。

实施例2：

如图3所示，本公开实施例2提供了一种强夯机的数字化施工管理方法，步骤如下：

划分强夯区域，设定夯区边界坐标，对夯区属性进行标记，在夯区内规划夯点，所述夯点均以一种特定的颜色和图像进行显示；

设定夯区的施工控制标准，实时采集强夯机施工过程数据进行数据融合，并根据融合后的数据计算强夯施工参数，将计算得到的强夯施工参数与施工控制标准进行对比，判断强夯施工参数是否达标；

当强夯施工参数不达标时，发出告警信息，并根据采集到的强夯机施工过程数据重新计算施工任务和施工规划，将重新计算得到的施工任务和施工规划实时展示给施工管理人员和/或强夯机驾驶员，用于指导现场施工。

所述夯区属性包括夯区编号、夯锤直径、夯锤重量、夯点间距、强夯机编号以及操作者姓名；

夯区的施工控制标准包括管控区域的夯击点位置、夯击遍数、夯点的夯击次数、最后两击沉降量、夯点的允许偏移量和夯锤的夯击能量；

计算得到的强夯施工参数包括夯点夯击次数、夯锤落距、最后两击沉降量、夯点的偏移量、夯锤的夯击能量和夯点位置，将计算得到的强夯施工参数与当前夯击遍数一起实时展示给施工管理人员和/或强夯机驾驶员。

施工管理人员和强夯机驾驶员根据收到的告警提示、施工参数、重新计算的施工任务和施工规划对施工过程进行调整和改进，直到整个夯区所有夯点均达到设计要求的夯击次数和沉降量要求，则夯区管控结束，此时夯点由未夯击前的一种特定的颜色变为夯后的另一种颜色；

夯区管控结束后，输出夯区管控的成果图和统计表，作为施工验收依据；

将施工管控的成果图和统计表自动存入云服务器中，供后续查询、归档和分析。

本实施例还提供了一种强夯置换方法，强夯是为了增强脆弱地基的承载力，用重锤夯实土层，使地基快速固结，土壤由强夯能量和冲击波压实，强夯法首要用于砂性土、非饱满粘性土和杂填土地基。

而强夯置换在夯实土层的基础上填筑碎石墩，在碎石墩和墩间土上铺设碎石垫层，构成复合地基。增强地基承载力，削减沉降量，因为地基太软，强制置换是利用重锤击打，配用性能较好的回填料强行挤入地基，把现在的地基土置换掉。强夯一般用面积较大的基础锤，不能用于软泥土质；强夯置换一般用细长铸钢锤，可用于软泥土质。

强夯置换所安装的传感器比强夯时少了一个张力传感器，或者将原有强夯机数字化施工管理系统中的张力传感器关闭，接近开关直接用于采集落锤高度，其工作原理是：在现场人工控制下，强夯机在勾起夯锤抬升的时候顶部的滑轮会转动，从而触发接近开关，随着高度越来越高，强夯机提升的速度会越来越慢，触发接近开关的频率会越来越低，直到强夯锤到达顶部不再提升，接近开关不再发出触发频率，通过算法过滤频率，得知落锤高度。

实施例3：

本公开实施例3提供了一种强夯机，包括本公开实施例1所述的强夯机的数字化施工管理系统。

实施例4：

本公开实施例4提供了一种强夯机，利用本公开实施例2所述的强夯机的数字化施工管理方法。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种强夯机的数字化施工管理系统，其特征在于，包括强夯机本体，还包括：

终端模块，设置在强夯机本体上，用于实时采集或接收强夯机施工过程数据并进行数据融合；

物联网数据管控平台，与终端模块通信连接，用于接收并存储终端模块融合后的数据；

控制模块，与物联网数据管控平台通信连接，用于调取物联网数据管控平台中的数据，实时计算强夯施工参数，并将计算得出的强夯施工参数与预设的施工控制标准自动对比，如果强夯施工参数不达标，根据采集到的施工过程数据重新计算施工任务和施工规划用于指导现场施工。

2.如权利要求1所述的强夯机的数字化施工管理系统，其特征在于，还包括施工导航模块，如果强夯施工参数没有达标，所述控制模块向施工导航模块发出报警提示，并将计算得到的施工任务和施工规划实时传输到施工导航模块指导现场施工调整。

3.如权利要求2所述的强夯机的数字化施工管理系统，其特征在于，所述施工导航模块包括管控PC端和/或施工导航系统和/或手持终端，用于将告警信息、强夯施工参数、重新计算得到的施工任务和施工规划以声光和/或图形和/或数字的方式展示，引导施工人员按照告警信息、重新计算的施工规划和施工参数进行施工。

4.如权利要求1所述的强夯机的数字化施工管理系统，其特征在于，所述强夯机本体上设有落锤传感器，与终端模块通信连接；所述落锤传感器安装于强夯机背面承重绳上，用于检测承重绳的形变数据；

进一步的，所述落锤传感器为张力传感器。

5.如权利要求4所述的强夯机的数字化施工管理系统，其特征在于，还包括落距离传感器，与终端模块通信连接；所述落距传感器安装于强夯机顶端靠近转轮的位置，用于检测转轮转动圈数，根据转轮转动圈数计算得出夯锤提升的高度以及相邻两次夯击的沉降量；

进一步的，所述落距传感器为接近开关，当提锤钢丝绳张紧时，终端模块根据张力传感器的张紧信号，开始记录接近开关触发次数；当落锤钢丝绳放松时，终端模块根据张力传感器的放松信号，停止记录触发次数；所述终端模块将采集到的开关触发次数实时传输给控制模块，用于根据接近开关的触发次数计算转轮的旋转周数。

6.如权利要求1所述的强夯机的数字化施工管理系统，其特征在于，还包括GNSS天线，至少包括第一GNSS天线和第二GNSS天线，分别安装于强夯机的夯锤架顶端和车身尾部，用于获取车辆的位置数据、航向数据、车身姿态数据；

或，所述物联网数据管控平台为云物联网数据管控平台，所述终端模块通过无线方式与云物联网数据管控平台通信连接；所述控制模块为远程控制中心的控制终端或数据处理服务器，所述控制终端或数据处理服务器与云物联网数据管控平台通过有线或无线方式通信连接。

7.一种强夯机的数字化施工管理方法，其特征在于，步骤如下：

划分强夯区域，设定夯区边界坐标，对夯区属性进行标记，在夯区内规划夯点，所述夯点均以一种特定的颜色和图像进行显示；

设定夯区的施工控制标准，实时采集强夯机施工过程数据进行数据融合，并根据融合后的数据计算强夯施工参数，将计算得到的强夯施工参数与施工控制标准进行对比，判断强夯施工参数是否达标；

当强夯施工参数不达标时，发出告警信息，并根据采集到的强夯机施工过程数据重新计算施工任务和施工规划，将重新计算得到的施工任务和施工规划实时展示给施工管理人员和/或强夯机驾驶员，用于指导现场施工。

8.如权利要求7所述的强夯机的数字化施工管理方法，其特征在于，所述夯区属性包括夯区编号、夯锤直径、夯锤重量、夯点间距、强夯机编号以及操作者姓名；

或，夯区的施工控制标准包括管控区域的夯击点位置、夯击遍数、夯点的夯击次数、最后两击沉降量、夯点的允许偏移量和夯锤的夯击能量；

或，计算得到的强夯施工参数包括夯点夯击次数、夯锤落距、最后两击沉降量、夯点的偏移量、夯锤的夯击能量和夯点位置，将计算得到的强夯施工参数与当前夯击遍数一起实时展示给施工管理人员和/或强夯机驾驶员；

或，在夯实土层的基础上填筑碎石墩，在碎石墩和墩间土上铺设碎石垫层，构成复合地基，用于增强地基承载力，削减沉降量。

9.如权利要求8所述的强夯机的数字化施工管理方法，其特征在于，施工管理人员和强夯机驾驶员根据收到的告警提示、施工参数、重新计算的施工任务和施工规划对施工过程进行调整和改进，直到整个夯区所有夯点均达到设计要求的夯击次数和沉降量要求，则夯区管控结束，此时夯点由未夯击前的一种特定的颜色变为夯后的另一种颜色；

进一步的，夯区管控结束后，输出夯区管控的成果图和统计表，作为施工验收依据；

进一步的，将施工管控的成果图和统计表自动存入云服务器中，供后续查询、归档和分析。

10.一种强夯机，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的强夯机的数字化施工管理系统；

或，利用权利要求7-9任一项所述的强夯机的数字化施工管理方法。