可見激光施工放樣儀的研制與應用
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摘 要：為滿足水利工程維修養護施工需要，通過激光在同種介質下直線傳播的原理，研制出可見激光施工放樣儀在復雜地形條件下的便捷、精確放樣，保證了在人員安全的前提下，提高工作效率，控制工程質量，使工程達到預期效益。
關鍵詞：維修養護;激光;準確;效率
1 概述
?。?）研發背景。近年來，鄭州惠金轄區工程維修養護以及新建、改建防洪工程，年均投入超過了2000萬元。2016年以來，惠金河務局轄區東大壩下延與馬渡下延兩處控導工程新修潛壩共計1000米。在一次夜間施工過程中，因作業面狹窄及施工車輛交叉影響，現場管理人員無法辨清采用傳統控制樁標記的壩軸線方向，導致水中進占進度緩慢，施工效率低下，不能及時解決此問題將可能導致主體工程無法在汛前完成，因而造成不必要的損失。通過可見激光在同種介質下直線傳播的光學原理，可以用來定位壩軸線，控制邊線、坡度等工程外觀尺寸，適應復雜施工條件，提高施工效率。（2）國內現狀。據有關資料查詢，國內、外均有類似測量輔助工具，如激光找平儀、激光直角儀等，但正如其名，此類工具功能單一，且是定向開發，適用范圍小，多為滿足室內工程、物品加工等行業需求，不適用于水利工程建設領域的復雜環境和技術要求。（3）研發意義。針對上述情況，結合水利工程施工現場實際，研發一個操作簡便，適用于各種復雜條件和施工環境的可見激光測量儀器，用來滿足施工過程中對工程外觀質量控制的需求，力求徹底解決工程施工中傳統控制樁布設空間受限、易損壞、存在誤差等問題。保證防汛搶險、基建施工、維修養護中對工程外觀尺寸的精準控制，提高工程施工質量，避免生產安全事故發生，提高工程建設與管理和維修養護工作水平。
2 研發的主要內容
2.1 研究依據和原則
保障施工人員基本人身安全，實現對壩軸線、邊線、坡度等外觀尺寸進行精確控制，確保工程質量，是研制該儀器的指導思想。通過項目的研制，切實解決了傳統利用白灰、線繩控制邊線誤差大的問題，提高了控制精度，保證了施工質量。在防洪工程水邊作業時，無需人員到達的危險部位也可進行實時控制，避免人員在水邊作業時發生危險。
2.2 研究方法與技術路線
儀器在研制中經過多次試驗和改進，確定主要原理是：通過調整儀器的高度、水平角度、垂直角度，結合工程設計外觀質量標準，在空間上提供一條可見激光束，達到對工程外觀尺寸控制的效果。該儀器主要結構由四大模塊組成，（1）基座整平模塊;（2）水平角度控制模塊;（3）垂直角度控制模塊;（4）軸制動模塊;各組模塊經過精密計算單獨加工成型后，再經刨銑、打孔、焊接、錨固組裝，然后采用全站儀對各項技術指標及精度進行校驗，滿足應用要求后，最終確定成品。
使用該儀器快捷、直觀、準確的控制坡度。在垂直于坡頂處架設儀器，對中整平后將垂直角度盤指針調整到需要的坡度數值，擰緊制動模塊。打開中部激光射燈，將射線平行于壩頂，旋轉水平刻度盤使射線與坡頂線垂直。打開兩側激光射燈即可射出所需坡度可視射線。如果坡面低于射線即坡度未達到設計坡度;高于射線即坡度大于設計坡度。可以在施工時以此作為基準進行質量控制，也可以對完工的工程進行質量檢查。
2.3 結論驗證及評價
該儀器研制成功后，經過在多個單位實際應用，達到了研制目的，可以對工程施工中軸線、邊線、坡度等外觀尺寸進行準確控制，滿足測量放樣及施工質量評定規范相關標準。降低了人力成本，并適用于夜間涉水施工條件，到達了研制與應用目的。
3 主要創新點
?。?）提高了施工放樣的便捷性，應用范圍廣。儀器單人操作就可滿足不同施工需求，并且操作簡便。傳統放樣至少需要3人協同操作，并且由于施工機械或人為因素，控制樁經常遭到破壞，需要測量放樣人員反復放樣。該儀器通過調整角度，根據工程實際情況，對同一個技術參數可隨時快速進行校驗、測放和定位，比傳統儀器提高3倍效率，有效避免了返工現象發生。目前該項目已應用于防洪工程維修養護、河道整治工程建設。應用的范圍包括水中進占、根石加固、堤坡整修、備防石碼放、修筑土牛、道路翻修、場地平整等。（2）安全高效的實現了測放控制線的可視化。采用可見激光，安全高效。將可見激光投射到不同施工部位，能夠清晰、直觀的反映出工程外觀質量控制線。可見激光代替了采用傳統控制樁、撒灰線、掛繩線的老辦法，方便、快捷、精準、快速?？蛇m用夜間作業、靠河施工等復雜環境;不受類似儀器對架設場地、架設位置的約束，有效控制距離200米;（3）提高施工放樣精準度。該儀器能夠達到水平角360°、豎直角180°旋轉可調，滿足施工中全方位角度應用需求，角度控制精準;通過已知點對中整平，消除人為誤差，可滿足水利施工質量評定規范對工程外觀質量的要求;用可見激光作為控制線，可以保證水平面絕對平整，提高了控制精度，避免受風力、線長下垂等因素的影響。
4 推廣應用及效益
?。?）推廣應用前景。本項目在鄭州、焦作河務局范圍內工程建設、工程維修養護等工作中進行了多次應用。能根據不同施工項目要求，快速提供一條可見激光束，方便實用，精度、辨識度高，保證了施工質量。在惠金河務局2016-2018年水利工程維修養護、根石加固、“十三五”黃河下游防洪工程（河南段）鄭州東大壩、馬渡下延500m潛壩等工程建設中進行應用，提高了工程管理效率，得以很好的實踐應用。本項目研究適用于特殊地形施工類項目（如水中進占，靠河工程根石加固等），此儀器通過可見激光提供準確的基準線、點，使施工人員能夠對施工部位有直觀的判斷，從而達到對施工過程和工程外觀質量精準控制的目標，同時也提高了施工人員的安全保障，是具有普遍推廣條件的研究與應用。（2）效益分析。我國水利工程建設與維修類項目數量繁多，而這些項目中安全、質量、效益是永不過時的主題。所以怎樣在施工過程中能夠保證人員的安全，提高施工的質量，達到預期的工程效益是我們不停在思考的問題。在我局實際工作應用中，以馬渡險工52垛～66垛加固為例，由于此段工程靠河，采用傳統方式測量控制拋石部位困難，且難以精準控制坡比，采用可見激光可以直觀看到設計坦坡線，從而精準控制拋石部位及坡比，減少重復施工作業。此外，馬渡險工料場石料距拋石地點平均運距約為2公里，每車每天可調運6車石料。而在靠河地段技術人員難以對根石坡加固新增石量進行控制，經過此儀器的實時控制可合理調度車輛進行定點定量拋石，施工時間就節約了一半。此類維修養護工程施工每年估計需要4個月時間，減少一半施工時間后，以減少現場施工人員10人為例，人工工資約150元/天，則節約勞動力成本約為90000元（10人×60天×150元）。本項目應用于東大壩、馬渡下延500米潛壩工程修建中，初步估計，節省測量及數據校核成本約為15.3萬元。
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