徠卡智能3D攤鋪系統(tǒng)在廣東省龍懷高速公路中的應(yīng)用

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3D數(shù)字化自動(dòng)控制系統(tǒng)在道路攤鋪施工技術(shù)中的應(yīng)用簡(jiǎn)稱3D攤鋪施工技術(shù)應(yīng)用，主要是使用電子測(cè)量?jī)x器自動(dòng)測(cè)量出路面標(biāo)高和平面位置，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)依據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)反算出攤鋪厚度、平面位置等數(shù)據(jù)，然后傳輸給攤鋪機(jī)運(yùn)行、調(diào)平系統(tǒng)，是引導(dǎo)攤鋪機(jī)進(jìn)行自動(dòng)攤鋪的智能化系統(tǒng)。

目前我國(guó)的路面3D攤鋪施工技術(shù)應(yīng)用主要有基于GPS測(cè)量技術(shù)和基于全站儀測(cè)量技術(shù)兩大類，而全站儀測(cè)量主要有徠卡、拓普康、天寶等品牌，目前最成熟的為徠卡測(cè)量系統(tǒng)。案例項(xiàng)目路面3D攤鋪施工技術(shù)應(yīng)用的就是目前最成熟的徠卡測(cè)量系統(tǒng)。

1 工程概況

廣東省龍川至懷集高速公路為汕昆高速公路的重要路段，文章案例工程為龍懷高速LM7合同段，全長(zhǎng)38.298km，設(shè)計(jì)為雙向四車道瀝青混凝土路面。該項(xiàng)目合同段瀝青層混合料約36萬t、水穩(wěn)層混合料約140萬t，擬配套的瀝青層攤鋪工作面1個(gè)施工點(diǎn)（單臺(tái)整體式攤鋪機(jī)）、水穩(wěn)層攤鋪工作面2個(gè)施工點(diǎn)（每個(gè)點(diǎn)配置2臺(tái)攤鋪機(jī)）。該項(xiàng)目攤鋪施工技術(shù)主要采用的是基于萊卡測(cè)量系統(tǒng)的3D攤鋪施工控制技術(shù)。

2 3D攤鋪?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)

3D攤鋪?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)主要由三維位置定位系統(tǒng)、車載控制系統(tǒng)和輔助軟件系統(tǒng)等三部分組成。

（1）三維位置定位系統(tǒng)。施工點(diǎn)為單臺(tái)套3D攤鋪機(jī)施工作業(yè)，則三維位置定位系統(tǒng)需配置2臺(tái)Leica Robot61全站儀；施工點(diǎn)為2臺(tái)套3D攤鋪機(jī)施工作業(yè)，則三維位置定位系統(tǒng)需配置3臺(tái)Leica Robot61全站儀。

（2）車載控制系統(tǒng)。每臺(tái)套3D攤鋪機(jī)施工作業(yè)，車載控制系統(tǒng)設(shè)備主要包括1臺(tái)MPC1310主控制器、2臺(tái)邊控MOBA-Matic控制手柄、2個(gè)360°棱鏡、1個(gè)橫坡傳感器、2臺(tái)車載電臺(tái)、2個(gè)接線盒以及線纜，3D攤鋪?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)車載設(shè)備組成見圖1。

圖1 3D攤鋪?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)車載設(shè)備組成

（3）輔助軟件系統(tǒng)。每個(gè)3D攤鋪施工點(diǎn)的iCON Site Software輔助軟件系統(tǒng)根據(jù)全站儀的配套數(shù)量進(jìn)行相應(yīng)的匹配，iCON Office Software根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)的安裝，最少需配置1套。

3 3D攤鋪施工

3.1 3D攤鋪施工數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

3D攤鋪內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作主要是根據(jù)施工設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和圖紙建立三維數(shù)字模型，即利用3D攤鋪系統(tǒng)配套的軟件將原有工程二維設(shè)計(jì)藍(lán)圖轉(zhuǎn)化成機(jī)械設(shè)備、測(cè)量設(shè)備能夠自動(dòng)識(shí)別的三維電子設(shè)計(jì)圖。傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)借助Moss（MX Roads）、AutoCAD等軟件實(shí)現(xiàn)了二維和三維的工程設(shè)計(jì)，然而這些設(shè)計(jì)僅停留在計(jì)算機(jī)或圖紙顯示上，無法真正應(yīng)用于施工，這就產(chǎn)生了設(shè)計(jì)和施工的脫節(jié)，降低了設(shè)計(jì)文檔的使用效率，而3D攤鋪配套的Leica iCON Office Software軟件很好地解決了這一難題。

3.2 3D攤鋪施工流程及組織

3D攤鋪施工前要正確連接3D攤鋪控制系統(tǒng)各個(gè)元部件，設(shè)置施工表面相對(duì)于設(shè)計(jì)表面的正確偏移量。由于系統(tǒng)采用高程+坡度控制，當(dāng)攤鋪機(jī)在填筑表面左右高程滿足設(shè)計(jì)要求并穩(wěn)定后需要對(duì)系統(tǒng)的高程和橫坡傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)完成后系統(tǒng)開始在自動(dòng)模式的狀態(tài)下進(jìn)行攤鋪工作，在施工過程中通過微調(diào)控制器左右兩側(cè)上升、下降按鈕的偏移量來滿足攤鋪表面左右的高程要求。

3.3 3D攤鋪施工實(shí)施情況

該項(xiàng)目中有40萬t混合料攤鋪生產(chǎn)采用3D攤鋪?zhàn)詣?dòng)控制技術(shù)進(jìn)行施工，其余的采用傳統(tǒng)掛線控制技術(shù)進(jìn)行施工。經(jīng)檢測(cè)對(duì)比，采用3D攤鋪?zhàn)詣?dòng)控制技術(shù)進(jìn)行施工的平整度、橫坡偏差、高程偏差和厚度的精度都比采用傳統(tǒng)掛線攤鋪控制技術(shù)進(jìn)行施工的精度要高，各結(jié)構(gòu)層的檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1 檢測(cè)結(jié)果記錄表

4 3D攤鋪施工優(yōu)點(diǎn)

（1）施工精度高。3D攤鋪施工減少或避免了以下情況：①測(cè)量放樣、內(nèi)業(yè)處理、掛線、施工攤鋪等環(huán)節(jié)的影響和誤差或錯(cuò)誤的發(fā)生；②施工車輛和施工作業(yè)人員等在施工過程中對(duì)導(dǎo)線樁、鋁合金導(dǎo)線梁、掛線等的碰撞以及對(duì)測(cè)量標(biāo)記點(diǎn)的破壞；③測(cè)量精度的影響。總之，采用3D攤鋪施工可以很好地控制結(jié)構(gòu)層攤鋪的標(biāo)高和橫坡，從而確保攤鋪平整度和橫坡值的精度，尤其在彎道攤鋪時(shí)，效果更明顯。

（2）施工成本低。①減少了測(cè)量人員、掛線工人等人工成本。②減少了材料費(fèi)用的浪費(fèi)，主要是可以精準(zhǔn)控制每個(gè)結(jié)構(gòu)層的厚度，避免返工處理以及單價(jià)高的材料代替單價(jià)低的材料進(jìn)行施工。③提高了施工效率，縮短了工期，降低了資源消耗。

（3）安全隱患少。①施工現(xiàn)場(chǎng)無須工人進(jìn)行掛線和移動(dòng)鋁合金梁，避免了運(yùn)輸車輛倒車和卸料以及碰撞導(dǎo)線裝置造成的人員傷害。②減少了測(cè)量人員作業(yè)以及掛線工人打樁掛線的程序。

（4）適用性強(qiáng)，可適用于各類型水穩(wěn)、瀝青攤鋪機(jī)，也可適用于水泥面層或其他攤鋪設(shè)備的施工，可與福格勒、維特根等攤鋪機(jī)實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的無縫銜接。

5 3D攤鋪施工效益

與傳統(tǒng)攤鋪施工方法相比，3D攤鋪施工方法優(yōu)勢(shì)突出，主要體現(xiàn)為無樁化施工和數(shù)字化施工，其施工精度高、工效高，安全性強(qiáng)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

（1）該項(xiàng)目中減少了測(cè)量人員、掛線工人、架設(shè)鋁合金工人和看傳感器工人等8人的人工成本。節(jié)省的人工費(fèi)用為8人×5000元/月×12月（水穩(wěn)工期8個(gè)月+瀝青工期4個(gè)月）=48萬元，基本與設(shè)備的攤銷費(fèi)用一致。

（2）減少了材料消耗費(fèi)用。

（3）提高了施工效率，縮短了工期，進(jìn)而降低了施工成本。

（4）節(jié)省了安全事故處置費(fèi)用。

5.2 社會(huì)效益

3D攤鋪施工實(shí)現(xiàn)了無樁化和數(shù)字化道路攤鋪?zhàn)詣?dòng)控制技術(shù)，緊跟當(dāng)前大數(shù)據(jù)發(fā)展的步伐，適應(yīng)了當(dāng)前機(jī)械化、智能化施工發(fā)展的需求，為以后道路攤鋪控制技術(shù)的發(fā)展指明了方向，為創(chuàng)造精品工程、保障施工安全生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

6 結(jié)束語

3D攤鋪雖然一次性投入成本大，但隨著人力資源成本的不斷攀升，以及大數(shù)據(jù)發(fā)展和當(dāng)前機(jī)械化、智能化施工發(fā)展的需求，安全生產(chǎn)不斷深入人心，3D數(shù)字化技術(shù)將在促進(jìn)我國(guó)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)、徹底擺脫長(zhǎng)期處于制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈底端的尷尬局面等方面發(fā)揮十分重要的推進(jìn)作用。3D智能攤鋪技術(shù)已成功地應(yīng)用于道路攤鋪施工中，徹底擺脫了以往2D攤鋪施工的被動(dòng)局面，即將成為路面攤鋪施工的主要施工技術(shù)。