解密数字化施工技术和设备管理

文 / 本刊记者 王宇

解密数字化施工技术和设备管理

文 / 本刊记者 王宇

湖南省公路工程有限公司智能化分公司经理刘牧民最近又为承包商挣面子了，他提供工程机械施工服务的湖南某高速公路标段，承包商在做路基垫层的摊铺平整与业主发生了矛盾，承包商抱怨业主材料供应不及时影响了施工进度。不巧的是有一天下午业主领导视察工地发现工地上有200~300米的材料堆积在一起没有平整摊铺，这让承包商非常尴尬，他们告诉业主领导说：“您明天上午来看，保证这儿全部是平的！”

天色已晚，要想明天一早完工，必须当天晚上施工！夜间施工，还要保证工程质量，普通的平地机根本就不可能完成这项任务！怎么办？刘牧民采用装备了Cat®(卡特) AccuGradeTM坡度控制系统的Cat平地机再次发挥威力，不但连夜完成了施工任务，而且一次性通过业主质量验收。

刘牧民的“神器”是什么

为什么普通的平地机不能在夜间施工呢？了解公路施工的人都知道，路基是一层一层地摊铺并碾压而成的，平地机作业时需要有测量人员测量路基水平高度，再由专人放桩、守桩，以保证平地机摊铺的厚度符合标准，这样的传统施工工艺在夜间很难进行。

刘牧民的平地机使用了全站仪引导的坡度控制系统。通过全自动全站仪实时追踪平地机铲刀上安装的棱镜，获得准确的铲刀三维坐标位置信息，通过将该路段施工的设计要求导入机载控制箱和地面导航装备，在无需测量人员配合的情况下，实时提示机器操作手进行正确的作业。操作手只需要看驾驶室里的终端显示屏就能获得准确的摊铺高度，既能满足路基垫层较高精度的施工要求，又能实现无桩化施工，加快施工速度，即使在视线条件很差的夜间也能准确施工，刘牧民正是使用了这套“神器”才圆满完成了任务。（参见图1、图2）

图1

图2

卡特彼勒全球基础建设行业施工技术与解决方案顾问陈葭告诉记者说，除了平地机外，挖掘机及其它设备也可以采用卡特坡度控制系统。在挖掘机上应用最广泛也是最灵活的是GPS引导的坡度控制系统，它使以往复杂且费时费力的边坡开挖变得简单快捷，大大提高了施工效率。其基本原理与平地机相似，采用两个GPS接收器，确定设备开挖方向并获得铲斗三维坐标位置信息；另外再安装光棒、车体纵横角度传感器、无线电台、小臂角度传感器、大臂/挖掘斗角度传感器。操作手只需根据蜂鸣、光标、数字和图示提示就能准确地完成边坡开挖。（参见图3、图4）

陈葭说，除了坡度控制系统外，还有压实控制解决方案（参见图5、图6、图7）；有效载重监测系统（参见图8、图9、图10）等，这些构成了卡特智能提升施工生产效率的重要组成部分。

图4

图5

图6

图7

图8

施工“神器”的价值在哪儿

刘牧民说：“从2010年开始，我们就与卡特彼勒的代理商接触，了解到卡特智能。2011年，我们在湖南一个重点公路工程上使用了采用卡特坡度控制系统的平地机，原本4个月的工期，我们3个月就干完了。干完大概10多天就进入雨季了，除了我们顺利完成外，其他的工区都耽误了3个月的工期。”

为了阐述得更清楚，刘牧民还画了一个施工示意图。一条200米的公路施工，大约需要1台平地机、1台装载机、5辆工程自卸车、5名守桩的民工、1名测量员、1名施工员，如果平地机采用了卡特坡度控制系统就省掉了5名守桩人员，既减少人工成本，又提高了安全。“安全的重要性无论怎么说都不过分，一个标段如果出现人员伤亡损失的不但是收益，还将影响以后的中标几率。”刘牧民说。

卡特智能通过机器控制和导航成就了数字化施工，它有哪些关键价值呢？卡特彼勒公司全球基础建设事业部施工技术与解决方案亚太区经理Mark Chua先生说，主要有五大价值：

第一是提高生产效率，降低施工成本。大大节省测量放桩的人力、物力和时间；避免盲目操作和返工，减少机器无效工作时间，节省燃油消耗；减少机器和机队的等待时间，提高工作面综合效率；避免由于操作手与测量员沟通困难所产生的信息误差；避免超挖、超填，节省物料成本。

第二是改善安全施工和环境保护。大大减少现场工作人员，提高安全性；减少机器油耗，实现节能减排。

第三是缓解人力资源短缺，降低用工成本。自动操作功能降低对操作手技能的要求；熟练的操作手则可以发挥更大作用；工程进度加快，减少用工总量。

第四是延长施工时间，可实现昼夜施工。无需人工观测桩和线，在能见度很差的条件也能正常施工，为夜间施工和水下开挖提供了便利条件。

第五是拓展机器能力，减小机队规模。可实现一机多能，减少工作面机器总数量。

“以往，开好平地机、推土机等设备需要对操作手进行几个月甚至更长时间的培训，现在，只需要几天，甚至更短的时间，就能使新手达到老手一样的施工效果，使以往熟练操作手难找的难题得以缓解。”刘牧民补充说。

如何实现设备的科学管理

在刘牧民看来，工程建设效率固然重要，但设备的有效管理也很重要。设备管理得好，不但能提高出勤率，还能避免意外的停机和大修，及时发现和修正操作手的不良操作习惯，使设备始终维持在最佳运行状态，延长设备使用寿命，卡特智能的设备管理模块为设备的数字化管理提供了解决方案。

Cat坡度控制系统使用了GPS接收器，在地面GPS基站的帮助下，获得3维影像，通过将该路段施工的设计要求导入机载控制箱和地面导航装备，或利用基准信号，在无需测量人员配合的情况下，实时提示机器操作手进行正确的作业。

图9

图10

图11

卡特彼勒全球基础建设行业大中华区及韩国地区销售总经理张金玲说，卡特智讯系统在卡特彼勒全线的中型以上挖掘机，还有在中国销售的平地机、装载机基本上都是标准配制。该系统能够实时监控设备的地理位置信息；发动机开机时间、运行时长、燃油消耗；设备的健康状况、维护保养计划；事件报警；项目监测等。5个级别的服务确保用户获得所需的支持。

第1，通过远程、实时信息，确切知道设备在哪里以及在做什么；

第2，通过自动生成的报告，管理用户设备的健康和使用状况；

第3，利用代理商提供的专业分析报告及建议，帮助用户更好地管理和保养设备；

第4，利用代理商提供的预防性保养服务，降低用户设备的运营成本，提高出勤率；

第5，在用户专注于业务的同时，让代理商帮用户管理设备，使专业人干专业事。

设备状态监控的5个数据来源主要是：电子数据、现场设备检查、油液分析、维修保养档案、现场工况评估。（参见图11）

用户如何获取海量数据

看完这些图表，我们或许马上就会问：“这些海量数据，用户如何获取呢？”

采用了Cat坡度控制系统的工程设备，即使在视线条件很差的夜间也能准确施工

陈葭说：“用户主要有三种方式可以获取这些设备数据。第一种是在任何只要有网络连接的地方，都可以通过卡特智讯平台输入用户名和密码，登录后获取他自己工程车队的油耗、小时数、使用情况等数据；第二种是通过代理商的服务团队，给他们定期做一些设备分析报告，定期的报告是代理商把分析好的结果和趋势图表发送给客户，客户可以通过这些图表一目了然地了解到他设备的情况；第三种是为那些自身能力比较强的客户制作的，这些客户可能有自己企业内部的一些ERP系统，或者管理系统，我们可以通过后台的数据接口把智讯平台上面的数据导入客户自己管理系统里面，他们自己就能分析和处理。”

“卡特智讯平台里有很多丰富、简单明了的图表，涵盖了设备数据、远程资产监控和追踪、设备的健康、维护、使用等众多信息，全部设备一览无余。一个监控中心可以把你所有的设备一网打尽，而无论它们身处世界哪个角落。”张金玲补充解释道。

有了这些科学的数据分析，使设备管理由过去的经验管理到科学管理，静态管理到动态管理，结果管理到过程管理得以实现；使设备操作手的好与不好有了科学的评判标准，对他们的培训也能做到有的放矢。

除此之外还有什么

据了解，卡特智能目前共有四个模块，除了生产效率、设备管理外，还有安全保障、绿色发展。安全保障的功能主要有：视野改善；禁区警示；障碍物和人员感知。绿色发展的功能主要有：优化机器全生命周期资源利用；报告和减少排放。

四个服务模块通过六大技术手段来实现。第一是数据链接：机器运营资讯远程通讯和管理；第二是坡度控制：铲斗/刀钻头定位与控制；第三是有效载重：装载运输设备有效载重监测，控制产量；第四是事物探测：机载影像采集、临近物体探测、轮胎监测；第五是遥控操作：在危险环境下对机器进行遥控操作；第六是压实控制：通过监测压实密度控制压实质量。

“四个服务功能分别代表了我们用户的四个重大诉求。通过设备管理功能，使设备的管理更有效，用户可以实时了解他们的设备，节省设备运营成本。通过生产效率功能，用户能够更快达成高质量的施工作业，并且降低成产成本。通过安全保障功能，帮助提高施工现场的安全性，保证现场人员的安全。绿色发展是每个人的责任，所以卡特彼勒也在研发方面下了很大的功夫，让我们的设备无论在排放还是在施工的全过程都更环保。”陈葭解释说，“根据用户在四个服务功能不同层级的需求，可以通过六个技术手段的组合，实现用户的目标。”

“卡特智能真正地让我们在行业内脱颖而出。一直以来，我们时刻关注客户需求的变化，我们的客户希望能够提高效率、降低成本、减少油耗和二氧化碳排放量。我们的客户亲口告诉我，通过我们提供的技术设备，如AccuGrade坡度控制系统及卡特智讯系统，生产效率可以提高25%~35%。”Mark Chua先生表示，“卡特智能对于产品和我们客户的意义是重大的。譬如，我们拥有世界顶级的设计团队，尽管如此我们仍需大量的研发才能节省2%、3%、4%或5%的油耗，但配备了卡特智能坡度控制技术，我们的设备一下子就可以节省20%的油耗。”

在工程建设行业竞争激烈的今天，让施工“更高效、更环保、更安全”是越来越多的承包商关心的问题；让设备“更节油、更出色、更专业”是越来越多设备用户的目标。“神器”之所以神奇，在于它将工程机械装备管理和施工工法带入了数字化、信息化和科学化时代，让越来越多的“刘牧民”享受到科技进步的红利。

Cat 智讯平台里有很多丰富、简单明了的图表，涵盖了设备数据、远程资产监控和追踪、设备的健康、维护、使用等众多信息，全部设备一览无余。一个监控中心可以把你所有的设备一网打尽，而无论它们身处世界哪个角落。

采用了Cat坡度控制系统的挖掘机边坡开挖变得简单快捷，大大提高了施工效率