Как сэкономить на строительстве дороги при соответствии проекту?

При проведении земляных работ операторам приходится проявлять чудеса ловкости, чтобы с точностью до миллиметра убрать необходимый слой на заложенное в проекте расстояние. Для достижения нужного результата тратится много топлива, устаёт оператор, тратится много времени. Упростить работу призваны системы нивелирования. Но до сих пор львиная доля подрядных организаций работает по старинке без использования современных спутниковых систем.

С чего начинается экономия?

Одной из причин отсутствия повсеместного применения систем нивелирования остаётся их высокая стоимость. Сами посудите: на российском рынке доминируют предложения от Topcon (Япония), Leica Geosystems (Швейцария), Моba (Германия) и Trimble (США). Стоимость их отнюдь не копеечная — в среднем оснащение одного автогрейдера начинается от миллиона рублей. Добавим сюда затраты и время на пусконаладочные работы, на обучение персонала. Есть, конечно, системы «Сауро» (Белорусь) и «Профиль» (Россия), стоимость которых в разы меньше, но эксперты говорят, что они больше подойдут к отечественным грейдерам, хотя, к примеру, белорусские разработчики уверяют, что их система совместима со всеми грейдерами.

Другой причиной малой популярности систем нивелирования в России эксперты называют непонимание со стороны руководителей дорожных организаций выгод от единовременного вложения денег в покупку и перспектив. А экономия начинается ещё до подготовительных работ.

«Как строят дорогу? Существует проектная организация, она соединяет две дороги в местной системе координат. Этот нарисованный проект нужно вынести в натуру, чтобы приступить к работе на месте строительства. Дорожники должны понять, где сделать насыпи, где сделать выемки, где мост построить или овраг обойти. И этот проект закладывают в машину, и, выйдя в чистое поле, тот же грейдер или бульдозер осознаёт себя в этом проекте. Уже не надо ежедневно набивать колышки, делать подвязочки и прочее послойно. Оператор только ездит взад-вперёд, а лезвие ножа всегда стремится в проектную отметку», — объясняет руководитель направления «Системы управления дорожной техникой» ООО «ГеоСтройИзыскания» (дистрибьютор TopCon в России) Максим Хрипунов.

«Благодаря сигналам, полученным со спутников (GPS/ГЛОНАСС) и от базовой станции система определяет положение машины и кромки бульдозерного отвала или ковша экскаватора относительно проекта. К примеру, на дорожно-строительной технике бренда ЧЕТРА можно установить 3D-систему Leica, которая позволяет автоматизировать работу техники, что увеличивает производительность машин, а также оптимизирует затраты материала при любых землеройных работах. То, что прежде требовало использования трёх-четырёх машин, теперь можно делать лишь одной», — добавляет руководитель департамента продуктового развития и аналитики АО «ЧЕТРА-Промышленные машины» Александр Егоров.

Ловкость датчиков

Наиболее ценно применение систем нивелирования при строительстве дорог на склонах, где проект предусматривает продольный уклон. Работая «на глаз», оператор автогрейдера должен проявлять настоящие чудеса ловкости управления отвалом и обладать орлиным зрением. Что, не будем кривить душой, исключительная редкость. А вот с использованием хотя бы 2D-системы нивелирования, включающей лазерный нивелир с проецированием плоскости до 300 м, приёмник лазерного луча, датчик продольного уклона на базе жидкостного сенсора, контроллер, принимающий показания от датчика, бортовой компьютер и блок управления цилиндрами, управляющие отвалом грейдера, работа будет более быстрой и соответствующей проекту.

А уж если на грейдере установлена 3D-система, то работа упрощается в разы.

«2D- и 3D-системы отличаются работой по количеству координат. Соответственно, 2D работает в двух координатах, а 3D — в трёх. Суть обеих — в управлении дорожной техникой и её рабочим органом. При использовании 2D-системы нож грейдера тоже будет держаться в автоматическом режиме по проекту, но, в отличие от 3D, не получится работать, например, в виражах. Система может держать только один уровень, допустим, вы задали 10 см, и грейдерование будет только на этом уровне. А для 3D-системы вы закачиваете в машину 3D-модель местности с проектом, и нож работает в координатах X, Y, Z», — говорит г-н Хрипунов.

По его словам, при использовании системы нивелирования эффективность работы грейдера увеличивается на 50%. Установить её можно на любой грейдер и экскаватор, а вот бульдозер должен быть с электронным управлением. На старых моделях с прямопоточной гидравликой эффективности система нивелирования не покажет.

Без затрат не обойтись

Подсчитать сроки окупаемости, по словам экспертов, очень сложно. В каждом случае установки всё индивидуально. Учесть все факторы не сможет ни один бизнес-план. У кого-то окупаемость наступает на 10-м километре строительства дороги, у кого-то больше.

«Экономическая целесообразность зависит от объёмов и видов работ компании, от того, какой материал она использует. Одно дело, если это земля, другое — если это песок, третье — если щебень и т. д. Чем дороже вид работы и длинее участок, тем быстрее система окупается. Стоимость системы нивелирования складывается из десятка разных пунктов, начиная от экономии времени на вынос проекта в натуру, выравнивания отсыпки не «на глаз», а так, чтобы каждый слой был в проектных отметках. Если оператор бульдозера или грейдера нарушил проект, то будут или штрафы, или переделка за свой счёт.
Далее — отсутствие зависимости от мастерства оператора, экономия на горюче-смазочных материалах — не надо машину гонять 10 раз по одному и тому же месту, чтобы выйти в отметку. Система сделает это за один-два прохода, что снижает число затраченных моточасов и износ техники. К тому же можно работать по нижней границе погрешности, то есть, если заложено 5 см и допуск плюс-минус 2 см, то можно установить плюс-минус 1 см гарантированно. А 1 см на площади 60 000 м2 — это значительный объём сэкономленного щебня или песка, или более дорогого материала. А дорога — это слоёный пирог, и чем лучше выровнены нижние слои, тем легче работать на верхних. Поэтому экономику при использовании системы крайне сложно посчитать», — утверждает Максим Хрипунов.

Производители техники уже давно подключились к процедуре несения в массы знаний о преимуществах систем нивелирования. Сначала европейские и американские заводы, а относительно недавно к ним подключились и отечественные коллеги. И результаты, говорят, уже видны.

«Тяжело менять сознание людей. Но постепенно и к нашим потребителям приходит понимание, что платят они не за машину, а результат её работы: за время, ускоренное в 3-4 раза, за точность, тоже увеличенную в разы. Так, технологии автоматизации техники Leica iCON 3D превращают машины бренда ЧЕТРА в копировальный аппарат, который позволяет реализовывать сложнейшие строительные проекты с величайшей точностью. Обучиться работе с системами нивелирования нетрудно, однако намного эффективнее, когда этот процесс проходит под надзором профессионалов. Наш партнёр, компания Leica, организовывает учебный процесс для инженерно-технического персонала непосредственно на строительных участках, в ходе него разбирают конкретные примеры из практики, тем самым достигается наибольший эффект от обучения. Самое главное — всё это происходит без отрыва от производства. Также предлагается техническое сопровождение эксплуатации систем.
Нельзя не отметить и русифицированное меню управления системой, которое значительно упрощает обучение работе с системой нивелирования», — говорит Александр Егоров.

ЭКСПЕРТ РЕКОМЕНДУЕТ

Ярослав Соловьёв, ведущий инженер отдела автоматизации дорожно-строительной техники Hexagon Geosystems RUS:

«Традиционные методы строительства работ требуют больших временных затрат и ресурсов. Часто это приводит к затягиванию процесса строительства и чревато срывом сроков сдачи объекта, что является просто недопустимым. Cтроительные компании пришли к автоматизации с помощью использования разработок Leica Geosystems — систем Leica iCON. Работа c 3D Leica iCON позволяет использовать цифровые данные непосредственно из геодезического проекта, нет необходимости в выносах, струнах и т. д.

Системы автоматизации дорожно-строительных машин Leica 3D позволяют работать на проекте автономно одному машинисту без необходимости участия в работе геодезического персонала для выноса в натуру. Для начала работ необходимо установить оборудование 3D-системы, сконвертировать информацию проекта в модель поверхности, загрузить в бортовой компьютер Leica, установить GNSS базовую станцию, откалибровать датчики машины и гидравлику и далее приступать к выполнению работ с помощью данных GNSS-ровера или тахеометра. Система Leica 3D позволяет проверять данные проекта на борту, проверять сдвиг и уклон непосредственно в процессе выполнения работ.
Использование Leica iCON позволяет увеличить производительность в 2,5 раза за счёт сокращения времени выполнения работ в поле, сокращения расхода топлива, сокращения вовлечённости в процесс большого количества специалистов, отсутствия постоянных переделок и получения точных результатов в соответствии с проектом».

Александр Егоров, руководитель департамента продуктового развития и аналитики АО «ЧЕТРА-Промышленные машины»:

«На рынке существуют два основных типа автоматических систем управления независимо от того, на какую строительную технику они устанавливаются. Это 2D- и 3D-системы. И те, и другие минимизируют геодезические работы, позволяют экономить материалы и время. Зачастую встаёт вопрос: какую систему установить? Не спешите делать выбор. Это не покупка мобильного телефона, где, приобретая дорогую модель, вы получаете большое количество функциональных возможностей. Если спроецировать это в строительную область, то эти возможности могут оказаться просто бесполезными. Обратная ситуация: сэкономив, вы можете не получить того, что действительно необходимо. В данном случае нет прямой связи между ценой и качеством, есть связь между задачей и тем инструментом, который вы получаете, приобретая системы управления строительной техникой. Основа выбора зависит от специфики выполняемых проектов.

Основная задача геодезиста при работе механизированной техники — это вынос проектных отметок до начала работы и их контроль в процессе и по окончанию работы машины. При участии в работе 2D-системы процесс выноса в натуру и контроль значительно облегчаются и сокращаются благодаря использованию опорных поверхностей, относительно которых будет работать машина. Задача такой поверхности — закрепление на местности необходимых отметок и уровня. Такими поверхностями могут быть лазерные плоскости, монтажные струны, фиксирующие направление работ и копирующие положение проектного профиля, бордюры или другие существующие элементы. На механизированных средствах устанавливаются сенсоры, контролирующие расстояние от опорных элементов до рабочего органа машины, тем самым обеспечивая точное соответствие опорной и формируемой поверхностей.

Среди плюсов 2D-систем нивелирования можно отметить простоту использования, лёгкость в освоении, невысокую стоимость и быструю окупаемость. Особенностью 2D-систем является то, что формируемая поверхность будет полностью соответствовать опорной, а вот опорные поверхности, к сожалению, не могут принимать любую необходимую форму. В случае с лазерной плоскостью это наклонная или горизонтальная, но всегда плоскость. В случае с монтажной струной это всегда привязка к месту установки струны. Если же реализуемый проект требует формирования поверхности со сложным рельефом или постоянно меняющимся уклоном, то придётся использовать более технологичные 3D-системы управления.

3D-системы нивелирования в качестве опорной поверхности используют цифровую модель проекта. Положение рабочего органа машины определяется в координатах стандартными геодезическими методами, тем самым позволяя провести сравнение текущих координат с координатами на цифровой модели и сделать необходимые коррекции. Такой подход позволяет машине свободно перемещаться по участку строительства и вместе с этим формировать сложные поверхности с высокой точностью.

По методу определения координат рабочего органа машины можно выделить ГНСС системы и системы, использующие позиционирование с помощью электронного тахеометра. Достаточно часто координаты машины и её рабочего органа определяются посредством спутниковых (GPS/ГЛОНАСС) измерений. При позиционировании используется режим измерений RTK, позволяющий по средствам передачи дифференциальных поправок получать координаты в реальном времени. Для передачи поправок может быть использована радио или GSM-связь. Используя ЦМР (цифровую модель рельефа) в работе машины в любой конфигурации 3D-системы, вы автоматически ликвидируете процесс выноса в натуру и значительно упрощаете контроль и непосредственное выполнение работ».