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摘 要：为满足水利工程维修养护施工需要，通过激光在同种介质下直线传播的原理，研制出可见激光施工放样仪在复杂地形条件下的便捷、精确放样，保证了在人员安全的前提下，提高工作效率，控制工程质量，使工程达到预期效益。
关键词：维修养护;激光;准确;效率
1 概述
（1）研发背景。近年来，郑州惠金辖区工程维修养护以及新建、改建防洪工程，年均投入超过了2000万元。2016年以来，惠金河务局辖区东大坝下延与马渡下延两处控导工程新修潜坝共计1000米。在一次夜间施工过程中，因作业面狭窄及施工车辆交叉影响，现场管理人员无法辨清采用传统控制桩标记的坝轴线方向，导致水中进占进度缓慢，施工效率低下，不能及时解决此问题将可能导致主体工程无法在汛前完成，因而造成不必要的损失。通过可见激光在同种介质下直线传播的光学原理，可以用来定位坝轴线，控制边线、坡度等工程外观尺寸，适应复杂施工条件，提高施工效率。（2）国内现状。据有关资料查询，国内、外均有类似测量辅助工具，如激光找平仪、激光直角仪等，但正如其名，此类工具功能单一，且是定向开发，适用范围小，多为满足室内工程、物品加工等行业需求，不适用于水利工程建设领域的复杂环境和技术要求。（3）研发意义。针对上述情况，结合水利工程施工现场实际，研发一个操作简便，适用于各种复杂条件和施工环境的可见激光测量仪器，用来满足施工过程中对工程外观质量控制的需求，力求彻底解决工程施工中传统控制桩布设空间受限、易损坏、存在误差等问题。保证防汛抢险、基建施工、维修养护中对工程外观尺寸的精准控制，提高工程施工质量，避免生产安全事故发生，提高工程建设与管理和维修养护工作水平。
2 研发的主要内容
2.1 研究依据和原则
保障施工人员基本人身安全，实现对坝轴线、边线、坡度等外观尺寸进行精确控制，确保工程质量，是研制该仪器的指导思想。通过项目的研制，切实解决了传统利用白灰、线绳控制边线误差大的问题，提高了控制精度，保证了施工质量。在防洪工程水边作业时，无需人员到达的危险部位也可进行实时控制，避免人员在水边作业时发生危险。
2.2 研究方法与技术路线
仪器在研制中经过多次试验和改进，确定主要原理是：通过调整仪器的高度、水平角度、垂直角度，结合工程设计外观质量标准，在空间上提供一条可见激光束，达到对工程外观尺寸控制的效果。该仪器主要结构由四大模块组成，（1）基座整平模块;（2）水平角度控制模块;（3）垂直角度控制模块;（4）轴制动模块;各组模块经过精密计算单独加工成型后，再经刨铣、打孔、焊接、锚固组装，然后采用全站仪对各项技术指标及精度进行校验，满足应用要求后，最终确定成品。
使用该仪器快捷、直观、准确的控制坡度。在垂直于坡顶处架设仪器，对中整平后将垂直角度盘指针调整到需要的坡度数值，拧紧制动模块。打开中部激光射灯，将射线平行于坝顶，旋转水平刻度盘使射线与坡顶线垂直。打开两侧激光射灯即可射出所需坡度可视射线。如果坡面低于射线即坡度未达到设计坡度;高于射线即坡度大于设计坡度。可以在施工时以此作为基准进行质量控制，也可以对完工的工程进行质量检查。
2.3 结论验证及评价
该仪器研制成功后，经过在多个单位实际应用，达到了研制目的，可以对工程施工中轴线、边线、坡度等外观尺寸进行准确控制，满足测量放样及施工质量评定规范相关标准。降低了人力成本，并适用于夜间涉水施工条件，到达了研制与应用目的。
3 主要创新点
（1）提高了施工放样的便捷性，应用范围广。仪器单人操作就可满足不同施工需求，并且操作简便。传统放样至少需要3人协同操作，并且由于施工机械或人为因素，控制桩经常遭到破坏，需要测量放样人员反复放样。该仪器通过调整角度，根据工程实际情况，对同一个技术参数可随时快速进行校验、测放和定位，比传统仪器提高3倍效率，有效避免了返工现象发生。目前该项目已应用于防洪工程维修养护、河道整治工程建设。应用的范围包括水中进占、根石加固、堤坡整修、备防石码放、修筑土牛、道路翻修、场地平整等。（2）安全高效的实现了测放控制线的可视化。采用可见激光，安全高效。将可见激光投射到不同施工部位，能够清晰、直观的反映出工程外观质量控制线。可见激光代替了采用传统控制桩、撒灰线、挂绳线的老办法，方便、快捷、精准、快速。可适用夜间作业、靠河施工等复杂环境;不受类似仪器对架设场地、架设位置的约束，有效控制距离200米;（3）提高施工放样精准度。该仪器能够达到水平角360°、竖直角180°旋转可调，满足施工中全方位角度应用需求，角度控制精准;通过已知点对中整平，消除人为误差，可满足水利施工质量评定规范对工程外观质量的要求;用可见激光作为控制线，可以保证水平面绝对平整，提高了控制精度，避免受风力、线长下垂等因素的影响。
4 推广应用及效益
（1）推广应用前景。本项目在郑州、焦作河务局范围内工程建设、工程维修养护等工作中进行了多次应用。能根据不同施工项目要求，快速提供一条可见激光束，方便实用，精度、辨识度高，保证了施工质量。在惠金河务局2016-2018年水利工程維修养护、根石加固、“十三五”黄河下游防洪工程（河南段）郑州东大坝、马渡下延500m潜坝等工程建设中进行应用，提高了工程管理效率，得以很好的实践应用。本项目研究适用于特殊地形施工类项目（如水中进占，靠河工程根石加固等），此仪器通过可见激光提供准确的基准线、点，使施工人员能够对施工部位有直观的判断，从而达到对施工过程和工程外观质量精准控制的目标，同时也提高了施工人员的安全保障，是具有普遍推广条件的研究与应用。（2）效益分析。我国水利工程建设与维修类项目数量繁多，而这些项目中安全、质量、效益是永不过时的主题。所以怎样在施工过程中能够保证人员的安全，提高施工的质量，达到预期的工程效益是我们不停在思考的问题。在我局实际工作应用中，以马渡险工52垛～66垛加固为例，由于此段工程靠河，采用传统方式测量控制抛石部位困难，且难以精准控制坡比，采用可见激光可以直观看到设计坦坡线，从而精准控制抛石部位及坡比，减少重复施工作业。此外，马渡险工料场石料距抛石地点平均运距约为2公里，每车每天可调运6车石料。而在靠河地段技术人员难以对根石坡加固新增石量进行控制，经过此仪器的实时控制可合理调度车辆进行定点定量抛石，施工时间就节约了一半。此类维修养护工程施工每年估计需要4个月时间，减少一半施工时间后，以减少现场施工人员10人为例，人工工资约150元/天，则节约劳动力成本约为90000元（10人×60天×150元）。本项目应用于东大坝、马渡下延500米潜坝工程修建中，初步估计，节省测量及数据校核成本约为15.3万元。
参考文献：
[1]张以谟.现代应用光学[M].电子工业出版社，2018.01.
[2]卢锷，焦岩.光学仪器结构动态分析设计方法探讨[J].光学精密工程，1997.5（6）：49-53.
[3]任荣妍，张鹏.论测量放线时常遇问题的几种解决方法探究[J].资源信息与工程，2016，31（2）：134.
关键词：维修养护;激光;准确;效率
1 概述
（1）研发背景。近年来，郑州惠金辖区工程维修养护以及新建、改建防洪工程，年均投入超过了2000万元。2016年以来，惠金河务局辖区东大坝下延与马渡下延两处控导工程新修潜坝共计1000米。在一次夜间施工过程中，因作业面狭窄及施工车辆交叉影响，现场管理人员无法辨清采用传统控制桩标记的坝轴线方向，导致水中进占进度缓慢，施工效率低下，不能及时解决此问题将可能导致主体工程无法在汛前完成，因而造成不必要的损失。通过可见激光在同种介质下直线传播的光学原理，可以用来定位坝轴线，控制边线、坡度等工程外观尺寸，适应复杂施工条件，提高施工效率。（2）国内现状。据有关资料查询，国内、外均有类似测量辅助工具，如激光找平仪、激光直角仪等，但正如其名，此类工具功能单一，且是定向开发，适用范围小，多为满足室内工程、物品加工等行业需求，不适用于水利工程建设领域的复杂环境和技术要求。（3）研发意义。针对上述情况，结合水利工程施工现场实际，研发一个操作简便，适用于各种复杂条件和施工环境的可见激光测量仪器，用来满足施工过程中对工程外观质量控制的需求，力求彻底解决工程施工中传统控制桩布设空间受限、易损坏、存在误差等问题。保证防汛抢险、基建施工、维修养护中对工程外观尺寸的精准控制，提高工程施工质量，避免生产安全事故发生，提高工程建设与管理和维修养护工作水平。
2 研发的主要内容
2.1 研究依据和原则
保障施工人员基本人身安全，实现对坝轴线、边线、坡度等外观尺寸进行精确控制，确保工程质量，是研制该仪器的指导思想。通过项目的研制，切实解决了传统利用白灰、线绳控制边线误差大的问题，提高了控制精度，保证了施工质量。在防洪工程水边作业时，无需人员到达的危险部位也可进行实时控制，避免人员在水边作业时发生危险。
2.2 研究方法与技术路线
仪器在研制中经过多次试验和改进，确定主要原理是：通过调整仪器的高度、水平角度、垂直角度，结合工程设计外观质量标准，在空间上提供一条可见激光束，达到对工程外观尺寸控制的效果。该仪器主要结构由四大模块组成，（1）基座整平模块;（2）水平角度控制模块;（3）垂直角度控制模块;（4）轴制动模块;各组模块经过精密计算单独加工成型后，再经刨铣、打孔、焊接、锚固组装，然后采用全站仪对各项技术指标及精度进行校验，满足应用要求后，最终确定成品。
使用该仪器快捷、直观、准确的控制坡度。在垂直于坡顶处架设仪器，对中整平后将垂直角度盘指针调整到需要的坡度数值，拧紧制动模块。打开中部激光射灯，将射线平行于坝顶，旋转水平刻度盘使射线与坡顶线垂直。打开两侧激光射灯即可射出所需坡度可视射线。如果坡面低于射线即坡度未达到设计坡度;高于射线即坡度大于设计坡度。可以在施工时以此作为基准进行质量控制，也可以对完工的工程进行质量检查。
2.3 结论验证及评价
该仪器研制成功后，经过在多个单位实际应用，达到了研制目的，可以对工程施工中轴线、边线、坡度等外观尺寸进行准确控制，满足测量放样及施工质量评定规范相关标准。降低了人力成本，并适用于夜间涉水施工条件，到达了研制与应用目的。
3 主要创新点
（1）提高了施工放样的便捷性，应用范围广。仪器单人操作就可满足不同施工需求，并且操作简便。传统放样至少需要3人协同操作，并且由于施工机械或人为因素，控制桩经常遭到破坏，需要测量放样人员反复放样。该仪器通过调整角度，根据工程实际情况，对同一个技术参数可随时快速进行校验、测放和定位，比传统仪器提高3倍效率，有效避免了返工现象发生。目前该项目已应用于防洪工程维修养护、河道整治工程建设。应用的范围包括水中进占、根石加固、堤坡整修、备防石码放、修筑土牛、道路翻修、场地平整等。（2）安全高效的实现了测放控制线的可视化。采用可见激光，安全高效。将可见激光投射到不同施工部位，能够清晰、直观的反映出工程外观质量控制线。可见激光代替了采用传统控制桩、撒灰线、挂绳线的老办法，方便、快捷、精准、快速。可适用夜间作业、靠河施工等复杂环境;不受类似仪器对架设场地、架设位置的约束，有效控制距离200米;（3）提高施工放样精准度。该仪器能够达到水平角360°、竖直角180°旋转可调，满足施工中全方位角度应用需求，角度控制精准;通过已知点对中整平，消除人为误差，可满足水利施工质量评定规范对工程外观质量的要求;用可见激光作为控制线，可以保证水平面绝对平整，提高了控制精度，避免受风力、线长下垂等因素的影响。
4 推广应用及效益
（1）推广应用前景。本项目在郑州、焦作河务局范围内工程建设、工程维修养护等工作中进行了多次应用。能根据不同施工项目要求，快速提供一条可见激光束，方便实用，精度、辨识度高，保证了施工质量。在惠金河务局2016-2018年水利工程維修养护、根石加固、“十三五”黄河下游防洪工程（河南段）郑州东大坝、马渡下延500m潜坝等工程建设中进行应用，提高了工程管理效率，得以很好的实践应用。本项目研究适用于特殊地形施工类项目（如水中进占，靠河工程根石加固等），此仪器通过可见激光提供准确的基准线、点，使施工人员能够对施工部位有直观的判断，从而达到对施工过程和工程外观质量精准控制的目标，同时也提高了施工人员的安全保障，是具有普遍推广条件的研究与应用。（2）效益分析。我国水利工程建设与维修类项目数量繁多，而这些项目中安全、质量、效益是永不过时的主题。所以怎样在施工过程中能够保证人员的安全，提高施工的质量，达到预期的工程效益是我们不停在思考的问题。在我局实际工作应用中，以马渡险工52垛～66垛加固为例，由于此段工程靠河，采用传统方式测量控制抛石部位困难，且难以精准控制坡比，采用可见激光可以直观看到设计坦坡线，从而精准控制抛石部位及坡比，减少重复施工作业。此外，马渡险工料场石料距抛石地点平均运距约为2公里，每车每天可调运6车石料。而在靠河地段技术人员难以对根石坡加固新增石量进行控制，经过此仪器的实时控制可合理调度车辆进行定点定量抛石，施工时间就节约了一半。此类维修养护工程施工每年估计需要4个月时间，减少一半施工时间后，以减少现场施工人员10人为例，人工工资约150元/天，则节约劳动力成本约为90000元（10人×60天×150元）。本项目应用于东大坝、马渡下延500米潜坝工程修建中，初步估计，节省测量及数据校核成本约为15.3万元。
参考文献：
[1]张以谟.现代应用光学[M].电子工业出版社，2018.01.
[2]卢锷，焦岩.光学仪器结构动态分析设计方法探讨[J].光学精密工程，1997.5（6）：49-53.
[3]任荣妍，张鹏.论测量放线时常遇问题的几种解决方法探究[J].资源信息与工程，2016，31（2）：134.