拓普康3D智能攤鋪在廣東茂湛高速改擴(kuò)建項(xiàng)目中的應(yīng)用

01 應(yīng)用背景 

2021年10月25日交通運(yùn)輸印發(fā)了《數(shù)字交通“十四五”發(fā)展規(guī)劃》（交規(guī)劃發(fā)〔2021〕102號）的通知。“發(fā)展規(guī)劃”提到十三次“數(shù)字化”、十四次“智能化”。并特別指出，以新時(shí)代特色思想為指導(dǎo)，深入貫徹的和十九屆二中、三中、、五中精神，立足新發(fā)展階段，貫徹新發(fā)展理念，構(gòu)建新發(fā)展格，統(tǒng)籌發(fā)展和安全，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為主線，以創(chuàng)新為根本動(dòng)力。

廣東是大潮的發(fā)源地，更是勇于探索和創(chuàng)新的排頭兵。茂湛高速改擴(kuò)建工程是為沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入強(qiáng)大活力的重要舉措，更是進(jìn)一步增強(qiáng)粵西與珠三角互聯(lián)互通和助力粵港澳大灣區(qū)發(fā)展的布。中鐵十二一公司作為基礎(chǔ)設(shè)施的重要者和參與者，積極響應(yīng)號召，堅(jiān)決貫徹文件精神，堅(jiān)持以創(chuàng)新為引領(lǐng)，放眼世界的眼光，勇于探索和嘗試，科學(xué)利用數(shù)字化技術(shù)，率先在全范圍內(nèi)的高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目中引入新型工藝3D路面攤鋪即拓普康3D智能攤鋪系統(tǒng)。通過采用3D智能攤鋪系統(tǒng)取代傳統(tǒng)2D攤鋪工藝用于茂湛高速的改擴(kuò)建工程。

水穩(wěn)層攤鋪常用的2D滑靴攤鋪工藝，通常需要采用架設(shè)鋼絲準(zhǔn)繩的方式進(jìn)行。首先，由于鋼絲繩自身污染、具有彈性和撓度等造成精度誤差。攤鋪機(jī)在傳輸物料加大油門工作時(shí)，車身的抖動(dòng)會(huì)使滑靴在鋼絲準(zhǔn)繩上跳動(dòng)，加上鋼絲繩自身下垂的撓度誤差，使得標(biāo)高只有在臨近樁柱的位置是準(zhǔn)確的，但是兩個(gè)樁柱之間的位置可能會(huì)出現(xiàn)較大的誤差。如此則會(huì)導(dǎo)致將含有誤差的數(shù)據(jù)傳輸給攤鋪機(jī)，造成熨平板調(diào)整過度頻繁，攤鋪出來的路面會(huì)出現(xiàn)一定幅度的波浪形，難以有效控制攤鋪精度和保證平順性，平順性不佳會(huì)明顯縮減道路的使用壽命，并會(huì)造成一定的材料浪費(fèi)等。且準(zhǔn)繩的架設(shè)需要專業(yè)的測量人員提前去放樣、水準(zhǔn)測量，并需要輔助人員去架設(shè)，也會(huì)帶來更多的人工誤差等。

采用3D攤鋪技術(shù)能有效克服常規(guī)掛鋼線施工時(shí)易出現(xiàn)的基準(zhǔn)線下垂等問題，節(jié)了傳統(tǒng)的測量放樣等工序，提高了作業(yè)效率，降低了施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

“3D攤鋪技術(shù)通過衛(wèi)星全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)和激光高精度測量系統(tǒng)，立體控制攤鋪的高程精度和平面精度，相當(dāng)于對路面進(jìn)行3D‘打印’，平整精度誤差可控制在3毫米左右。”茂湛高速改擴(kuò)建項(xiàng)目負(fù)責(zé)人表示。

施工人員只需把路面、攤鋪厚度等相關(guān)數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)中，系統(tǒng)就會(huì)形成相關(guān)的3D數(shù)據(jù)，反饋到攤鋪機(jī)上，機(jī)器的熨平板能及時(shí)地作出上下高度的調(diào)整，無需再由人工操作。

02 系統(tǒng)介紹 

拓普康3D智能攤鋪系統(tǒng)由GNSS基準(zhǔn)站、域激光發(fā)射器、mmGPS流動(dòng)站和P63攤鋪機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)四分組成。系統(tǒng)工作時(shí)，GNSS基準(zhǔn)站通過無線通訊技術(shù)實(shí)時(shí)向流動(dòng)站發(fā)送RTK差分信號，同時(shí)域激光發(fā)射器實(shí)時(shí)向流動(dòng)站發(fā)送高程信息；mmGPS流動(dòng)站分別將接收到的GNSS衛(wèi)星信號、GNSS基站的RTK差分信號和域激光發(fā)射器的高程信息，實(shí)時(shí)進(jìn)行聯(lián)合處理解算，即時(shí)獲取實(shí)時(shí)厘米級的GNSS平面定位精度和毫米級的高程控制精度。

3D攤鋪控制系統(tǒng)配置圖

P63攤鋪機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)利用配套的PZS-MC域激光接收器和MC-R3 GNSS接收機(jī)同時(shí)進(jìn)行厘米級的RTK平面定位和毫米級的高程定位，實(shí)時(shí)定位的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸?shù)紾X-60控制箱，系統(tǒng)將獲得的當(dāng)前3D坐標(biāo)信息與事先導(dǎo)入的道路面層BIM模型設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，并實(shí)時(shí)生成對應(yīng)點(diǎn)位的高程修正信息，這些高程修正信息通過一系列的算法生成對應(yīng)比例的驅(qū)動(dòng)信號，通過電磁閥驅(qū)動(dòng)攤鋪機(jī)牽引臂的液壓油缸，進(jìn)而使熨平板在相應(yīng)方向上進(jìn)行調(diào)整，彌補(bǔ)路面波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)按設(shè)計(jì)要求的平整度、坡度和厚度等自動(dòng)化鋪筑路面。

在工程施工領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)質(zhì)量管理一直是普遍存在的痛點(diǎn)和難點(diǎn)問題。毫米級3D攤鋪控制系統(tǒng)在攤鋪過程中實(shí)時(shí)匹配3D數(shù)字化施工設(shè)計(jì)，自動(dòng)、智能地控制熨平板升降，無需人工干預(yù)。但受施工環(huán)境的影響，為了確保熨平板始終保持正常的工作狀態(tài)，系統(tǒng)還同時(shí)配套了用于實(shí)時(shí)檢測攤鋪質(zhì)量的mmGPS流動(dòng)站。在攤鋪過程中，mmGPS流動(dòng)站動(dòng)態(tài)檢測任意位置的攤鋪面是否符合施工設(shè)計(jì)要求，若出現(xiàn)任何超出設(shè)計(jì)偏差范圍的情形，根據(jù)偏差數(shù)值，可第一時(shí)間在系統(tǒng)的GX-60控制面板內(nèi)調(diào)整攤鋪機(jī)熨平板升降，以確保熨平板始終穩(wěn)定且高質(zhì)量地完成鋪裝作業(yè)。

鋪裝和壓實(shí)作業(yè)完成后，還可再使用mmGPS流動(dòng)站在完成的道路上做進(jìn)一步的攤鋪質(zhì)量檢查和數(shù)據(jù)采集，為每層攤鋪的道路路面驗(yàn)收提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)依據(jù)?；谝陨喜捎胢mGPS流動(dòng)站在攤鋪過程每個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制和檢查，可以真正意義上實(shí)現(xiàn)整個(gè)攤鋪?zhàn)鳂I(yè)的全過程施工監(jiān)控和動(dòng)態(tài)質(zhì)量控制，以按道路設(shè)計(jì)高質(zhì)量完成攤鋪?zhàn)鳂I(yè)，最終交付高質(zhì)量的施工成果。

03 系統(tǒng)優(yōu)勢 

1、簡化工序，提高效率，降低人力成本

支持BIM模型設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入，去人工架設(shè)參照基準(zhǔn)的工作，無需測量人員進(jìn)行計(jì)算、設(shè)計(jì)、測量、放樣、打樁、拉線、架導(dǎo)梁等準(zhǔn)備工作，只需少量檢測人員即可，攤鋪機(jī)就緒后即可直接開始攤鋪?zhàn)鳂I(yè)。

2、全天候作業(yè)，縮短工期

相比傳統(tǒng)作業(yè)模式，系統(tǒng)采用自動(dòng)化、智能攤鋪?zhàn)鳂I(yè)，不受環(huán)境光照影響，作業(yè)精度一致，可全天候24 小時(shí)連續(xù)作業(yè)，有效推進(jìn)施工進(jìn)度，縮短工期，提升夜間施工質(zhì)量。

3、施工全過程動(dòng)態(tài)質(zhì)量控制和管理

可實(shí)現(xiàn)攤鋪前預(yù)先檢查和攤鋪過程的實(shí)時(shí)連續(xù)控制。攤鋪前基于BIM設(shè)計(jì)可預(yù)先對道路設(shè)計(jì)的數(shù)字化模型進(jìn)行檢查，以及水準(zhǔn)點(diǎn)和控制點(diǎn)的準(zhǔn)確性，攤鋪過程數(shù)字和圖形結(jié)合實(shí)時(shí)顯示攤鋪狀態(tài)，結(jié)合mmGPS流動(dòng)站實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)備佔(zhàn)鳂I(yè)質(zhì)量，對攤鋪過程實(shí)時(shí)檢測和攤鋪后的復(fù)檢驗(yàn)收，是實(shí)現(xiàn)施工全過程的動(dòng)態(tài)質(zhì)量控制和管理的體現(xiàn)。

4、單個(gè)毫米級域激光發(fā)射器可控制整個(gè)區(qū)域

獨(dú)創(chuàng)的域激光技術(shù)采用1+N廣播式信號播發(fā)模式，采用一臺發(fā)射器可以同時(shí)為該區(qū)域內(nèi)多臺攤鋪機(jī)系統(tǒng)和流動(dòng)站提供毫米級高程基準(zhǔn)，操作便捷，大幅降低了專業(yè)人員投入數(shù)量及綜合投入成本。最多同時(shí)支持四臺發(fā)射器交替設(shè)站，擴(kuò)展了工作范圍。

5、系統(tǒng)兼容性好

毫米級3D攤鋪控制系統(tǒng)采用即插即用型設(shè)計(jì)，不需要改動(dòng)機(jī)械的液壓系統(tǒng)，可直接兼容市面上國產(chǎn)和進(jìn)口主流品牌的所有攤鋪機(jī)，即可用于水穩(wěn)層的攤鋪，也可以拆裝到任意品牌的瀝青攤鋪機(jī)上重復(fù)使用，且無需任何攤鋪機(jī)廠家單獨(dú)開通授權(quán)碼。

6、有效提高工地的安全性

應(yīng)用毫米3D攤鋪系統(tǒng)可顯著降低現(xiàn)場輔助工人投入數(shù)量，減少人機(jī)交叉作業(yè)，是有效提升工地的安全管理水平重要技術(shù)支持手段，特別是對于不斷流施工的改擴(kuò)建工程，意義尤其重要。符合我國當(dāng)前“以人為本，安全第一”的施工管理理念，并真正將其付諸于施工實(shí)際。

7、高標(biāo)準(zhǔn)的平整度、平順性與厚度控制

整個(gè)過程中精確控制每一層路面攤鋪的絕對高程，同時(shí)兼顧攤鋪的坡度、平整度控制，最大程度上減少優(yōu)質(zhì)原材料的浪費(fèi)，排除人為誤差影響，攤鋪?zhàn)鳂I(yè)精度可控，有效提升攤鋪路面的平順性，顯著提升道路的使用壽命。

3D攤鋪工藝與傳統(tǒng)工藝對比

04 系統(tǒng)應(yīng)用效果 

高速公路改擴(kuò)建工程，新舊路拼接處無多余空間，懸線法施工存在諸多受限：一是空間不足，電腦感應(yīng)系統(tǒng)無法安裝行走；二是碾壓過程中鋼釬與鋼線干擾，需拆除鋼釬才可碾壓。除此之外，改擴(kuò)建的難點(diǎn)是新舊路面拼接，以舊路面標(biāo)高為基準(zhǔn)，動(dòng)態(tài)調(diào)整新路面標(biāo)高。鑒于以上限性及特點(diǎn)，拓普康毫米級3D高精度智能攤鋪系統(tǒng)更適合高速公路改擴(kuò)建路面施工。

新舊路拼接處，懸線施工受限

3D攤鋪成果數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

路面結(jié)構(gòu)層攤鋪采用毫米級3D攤鋪控制系統(tǒng)，打破了路面結(jié)構(gòu)層攤鋪需事先要打樁、掛線的傳統(tǒng)。毫米級3D攤鋪控制系統(tǒng)采用GNSS平面和域激光高程定位，全程無間斷測量、檢測；嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的項(xiàng)目數(shù)據(jù)直接在現(xiàn)場按照1：1的比例在現(xiàn)場進(jìn)行施工，直接打通了業(yè)內(nèi)從BIM設(shè)計(jì)到施工應(yīng)用的制約瓶頸，將施工數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)完美結(jié)合，使攤鋪后的路面結(jié)構(gòu)層厚度均勻，表面平整；實(shí)時(shí)采集、記錄攤鋪過程數(shù)據(jù)，精確控制高程和橫坡；去了放樣打樁、掛線的環(huán)節(jié)，解決了攤鋪對掛線精度的依賴，減少人為誤差，平整度精度可達(dá)±3毫米，同時(shí)解決了新舊路搭接位置放樣打樁、掛線后壓路機(jī)無法碾壓到位的限，全程動(dòng)態(tài)監(jiān)測、檢測攤鋪?zhàn)鳂I(yè)，真正實(shí)現(xiàn)了攤鋪施工全過程的動(dòng)態(tài)質(zhì)量管理，為助力廣東“平安百年品質(zhì)工程”的舔磚加瓦。

供稿：中鐵十二一公司茂湛高速改擴(kuò)建項(xiàng)目TJ5標(biāo)項(xiàng)目總工 惠強(qiáng)

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