3D數字化攤鋪技術的應用

葉學龍

（中交二公局東萌工程有限公司，西安 710065）

1 引言

社會經濟的快速發展對交通基礎設施建設水平提出了更高的要求，在現代公路工程建設領域，瀝青路面為主流的路面形式。傳統2D攤鋪系統在實際應用中的局限性較強，容易受到鋼絲繩架設精度、現場作業環境等方面的影響，導致資源投入與產出存在失衡的局面。在發展需求的促進作用下，傳統的2D攤鋪技術得以升級，3D數字化攤鋪逐步成為主流方法，可有效解決以往施工期間的各類弊端[1]。

2 工程概況

深圳外環高速公路深圳段工程路面施工中，第15合同段起于龍崗區龍城，終于大鵬新區葵涌辦事處高源村，起訖樁號為 YK52+927.344（ZK52+905.895）～K77+350，總長達24.42km。該標段采取雙向六車道建設標準，分階段制定建設目標：起點至坪地段，路基寬33.5m，設計速度100km/h；坪地至終點段，路基寬32m，設計速度80km/h。

3 3D數字化攤鋪技術概述

隨著科學技術的不斷進步，當前3D數字化攤鋪技術得到了極大的發展，其中mmGPS 3D數字化攤鋪控制系統的應用范圍越大越廣。mmGPS 3D數字化攤鋪控制系統優勢突出，集GNSS衛星定位、自動檢測和控制以及數字建模等技術于一體，精度高，平面定位精度可達1～2cm，高程定位精度可達1～2cm，在當前的路面工程施工中發揮著重要作用。在應用mmGPS 3D數字化攤鋪控制系統時，液壓閥發揮驅動作用，并進一步牽引臂液壓油缸發揮作用，保證熨平板處于穩定狀態，在攤鋪作業的過程進行數據采集和分析，為實際的攤鋪作業提供參考，保證路面攤鋪作業達到設計要求。

在路面攤鋪作業中應用mmGPS 3D數字化攤鋪控制系統具有無樁化攤鋪和自動化管理等優勢，且能夠自動調整攤鋪姿態，提高路面的平整度，能夠很好地滿足路面攤鋪作業在位置和高程上的要求，保證路面的攤鋪質量。

4 徠卡3D控制系統連接及應用

瑞士徠卡公司在傳統攤鋪技術的基礎上創新出了Pavesmart 3D控制系統，這項3D技術解決了傳統路面攤鋪施工中存在的難題，為路面攤鋪施工提出了一套操作性強、施工效率高的攤鋪技術和方法。目前在歐美，俫卡3D控制系統已經廣泛應用于瀝青攤鋪機、滑模攤鋪機等工程機械中。

以徠卡系統與MOBA-Matic的匹配為例解釋徠卡3D控制系統的組成情況和應用。Pavesmart 3D控制系統由上層數據處理系統和底層執行系統2部分構成，其中上層系統主要作用是輸入路面攤鋪作業的原始設計數據以及數據的處理和發送，是由2～3臺徠卡全自動全站儀、無線調制解調器、2個激光接收棱鏡和機載電腦組成的。儀器的具體類型和數量要根據攤鋪作業的實際需要來確定，而底層系統只需執行上層系統發送的指令，保證熨平板正常工作。

工作原理：根據實際的攤鋪需要選擇適當的全自動全站儀，全自動全站儀的跟蹤頻率約為10～12次/s，通過追蹤定位和測定安裝在攤鋪機上的棱鏡三維坐標判斷熨平板的坐標，定位熨平板的位置和高程，并將追蹤定位到的三維坐標輸送到機載電腦，進行科學分析和補償計算，得到在攤鋪作業中攤鋪機熨平板的真正3D位置數據，并將其與機載電腦中預存的設計數據進行偏差比較，為熨平板的調整提供參考，確保熨平板平面定位和高程符合施工實際需要，保證攤鋪作業的平整度和厚度，提升攤鋪效果。

該系統具有以下幾點優勢：

1）使用絕對基準。該系統能夠將熨平板的實際3D位置與預先存入的設計數據進行比較，有效控制攤鋪機攤鋪作業的厚度、路面高程，提升線性控制的精確性，從而實現對材料和攤鋪作業時間的控制，提高攤鋪作業的經濟效益。

2）該系統具有無樁化攤鋪和自動動態管理的優點，簡化了施工環節，保證路面攤鋪施工效率。

3）自動完成坡度調整。該系統能夠靈活自動地調整攤鋪機熨平板，達到自動變坡度施工的要求，使得攤鋪施工更加快捷高效。

4）滿足攤鋪作業高精度的要求，當前的路面攤鋪施工精度要求越來越高，該系統通過徠卡全站儀能夠實現高精度控制，滿足攤鋪機熨平板的平面定位和高程控制要求，減小環境等因素對檢測精度的影響和限制。

5）連續攤鋪作業。該系統能夠動態、全天候地對攤鋪作業進行監測，實時反饋攤鋪效果，并且在保證攤鋪精度要求的基礎上進行連續攤鋪作業。

6）兼容性強。該系統應用的是模塊化設計，這種設計能夠在瀝青攤鋪機、滑膜攤鋪機等類型的攤鋪機中應用，操作簡單靈活，隨插隨用，兼容性高。

7）經濟性好。全站儀是道路工程建設中的關鍵儀器，徠卡全自動全站儀不僅在3D系統控制中發揮重要作用，而且在其他的測量任務中也能發揮作用，利用率較高，經濟合理，有利于控制施工成本，提升工程的經濟效益。

徠卡3D攤鋪控制系統改變了高精度的水穩層攤鋪控制傳統的施工方法，無須人工放樣、砸樁和掛線，從而避免了在這一施工流程中產生的人為誤差，包括放樣誤差、砸樁和掛線誤差以及掛線觸碰帶來的精鋪坐標和設計值比對，并將差值實時傳送給攤鋪機液壓系統，實現攤鋪機攤鋪高度的自動實時控制。

施工環境的不確定性甚至會使水穩層攤鋪過程中浪費大量的人力、物力和時間成本，這其中包括3～5名施工人員、鋼纖的消耗和攤鋪前的現場準備時間。而徠卡3D攤鋪控制系統僅需要在辦公室即可完成現場攤鋪數準備，數字化施工使得現場更加安全，減少了施工人員的參與，同時不用掛線，降低了掛線對大型運料車的活動路徑影響，讓現場更干凈整潔。

5 2D與3D攤鋪工藝應用效果的對比分析

2D攤鋪工藝的細分施工工藝主要有2種：（1）接觸式滑靴工藝，其在水穩層、中下面層施工中得到較廣泛的應用，可有效控制攤鋪厚度。但基準的架設較為煩瑣，精度控制的難度較大，攤鋪期間難以做到全面監測，導致實測結果缺乏全面性和準確性，不利于攤鋪作業的順利推進。（2）平衡梁施工工藝，常見于中上面層攤鋪中，其能夠較好地控制面層的平整度。若要有效應用平衡梁施工工藝，則必須確保地面高程、平整度均滿足要求，否則易影響上部結構的攤鋪質量。可以發現，無論是接觸式滑靴工藝還是平衡梁施工工藝均存在較明顯的局限性，難以全面兼顧攤鋪面層平整度和厚度的多方面要求[2]。

相較之下，3D攤鋪控制系統則能夠有效解決上述問題。從工程質量控制的角度來看，3D攤鋪控制系統可以全面監測平整度和厚度，并及時根據數據采取控制措施，從而滿足動態化控制的要求。從施工人員的角度來看，可有效減少工作量，降低施工人員的工作強度，也能夠規避人為誤差。從經濟效益的角度來看，由于攤鋪作業的精度較高，可減少因質量問題而出現的返工現象，成本投入較傳統2D攤鋪技術明顯偏低，有助于提高工程項目的經濟效益[3，4]。

可見，3D攤鋪控制系統的出現具有標志性意義，是路面攤鋪技術的全新代表形式，同時也是攤鋪領域的重要“生產工具”。而隨著傳感器檢測技術、3D建模技術等相關配套技術的發展，后續3D攤鋪控制系統的運行能力將進一步提升，進而取得更顯著的應用效果。

6 結語

綜上所述，3D數字化攤鋪技術集機械控制、測量定位、信息處理等多項先進技術于一體，是現代化道路攤鋪工作中的首選方式。在工程實踐中，有關人員應按照需求合理應用3D數字化攤鋪技術，根據實際情況采取動態化調整措施，充分發揮出該項技術的應用優勢。此外，3D數字化攤鋪技術在我國的普及率相對較低，后續依然有進步的空間，因此，廣大工程人員仍需付諸努力，廣泛普及3D數字化攤鋪技術，并實現技術創新。