數字化施工在柳南高速公路改擴建工程中的應用

韋景光，李健明，吳宇杰，何 君，何振炬，隗彥宏

(1. 廣西路橋工程集團有限公司道橋分公司，廣西 南寧 530029； 2. 徠卡測量系統貿易(北京)有限公司，北京100020)

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徠卡測量新技術應用專欄

數字化施工在柳南高速公路改擴建工程中的應用

韋景光1，李健明1，吳宇杰1，何 君1，何振炬1，隗彥宏2

(1. 廣西路橋工程集團有限公司道橋分公司，廣西 南寧 530029； 2. 徠卡測量系統貿易(北京)有限公司，北京100020)

數字化施工是大型建設工程的現代化施工需求。本文通過現場的實際應用，對比了應用徠卡3D攤鋪控制系統的數字化施工與應用平衡梁系統的傳統施工在作業中的精度，并進行了能效分析。

數字化施工；公路施工；攤鋪；3D攤鋪控制

1 數字化施工

工程建設是一個高度動態的過程，施工過程和施工管理極為復雜，如何應用先進的技術手段提高施工質量、效率及施工管理現代化水平是所有建設者共同追求的目標。

數字化施工的概念就是運用計算機、定位、自動控制及可視化等技術將工程建設整個過程進行數字化、信息化、智能化、可視化，從而達到現代化施工建設的目標。

數字化施工產品能夠為客戶帶來4大價值：

(1) 提高效率，縮短工期，避免返工，而且可以實現24 h全天候不間斷的施工作業。

(2) 節約建設成本。無需打樁放樣，無需人工測量；把數字化模型放到機械控制中，可以確保第一次施工就達到要求。

(3) 實現施工過程透明化，掌控施工質量。

(4) 確保人員、設備和施工的安全，減少施工事故。

數字化施工與管理是大型建設工程現代化的需要，也是數字化時代的必然趨勢。數字化施工以其所倡導的安全施工、綠色施工和高科技施工的觀念，受到越來越多國內外施工單位的青睞。

2 項目簡介

柳州至南寧高速公路是國家“7918”高速公路網中泉州至南寧(G72)的重要組成部分，是廣西“6縱7橫8支線”高速公路網的主骨架，在路網中具有十分顯要的地位。

柳南高速公路改擴建工程№8合同段路面墊層施工路段全長15.6 km，其中新線5.6 km，舊線加寬10 km，本合同段路基寬度42 m，雙向8車道。如圖1、圖2所示。

圖2 施工平面圖

項目施工分為兩個部分：一是舊路的拓寬改造，共10 km；二是新建線路，共5.6 km，在施工中均面臨著各種問題。

首先，在新線建設中，單側攤鋪寬度約為20 m，為保證路面質量，水穩層與瀝青層在攤鋪過程中需要保證同一路段單側一次攤鋪完成，這樣就需要使用3臺攤鋪機進行聯鋪作業。在實際作業中，位于兩側的攤鋪機攤鋪寬度7.5 m，使用路沿側掛導線，路面側架導梁方式作業。位于中間的攤鋪機攤鋪寬度6 m，使用滑靴沿兩側攤鋪機鋪好路面進行作業。

在該過程中，鋼線及導梁架設復雜，容易造成人為誤差，同時在施工中，導梁不能架設過長，需要相關工作人員在來往車輛中不斷架設，并且監控是否有外界因素導致的導線或鋼梁位置及高程的變化。

在舊線改造中，項目施工是在原有公路基礎上進行道路擴建，原公路未封路，仍有大量車輛高速通行。若使用傳統方式進行攤鋪控制作業，需要將一側導線架設在正在通行車輛的路面上，現場安全不易控制，而且施工質量受到較多的外部因素影響。如圖3所示。

圖3 施工開始前現場架設導線和導梁

同時，在施工路線中有大量的彎道和變坡路線，傳統作業中的施工不能完全按照設計數據進行彎道和變坡路段的攤鋪作業。而且在使用傳統方法進行施工時,設備僅對攤鋪厚度進行了控制，即可以較好地控制攤鋪的平順性和平整度，但是卻不能在確保平順性和平整度的同時控制攤鋪標高。

由于廣西地區雨水豐沛，施工過程受天氣影響較大，為按照工期完成項目，需要在合適的天氣情況下進行24 h作業，而這種情況下使用傳統作業就會造成大量的現場機械與人員混合作業，增加人員的危險性。圖4為傳統作業夜間施工中，工作人員在密集的車輛中架設導線和導梁。

圖4 夜間施工

3 解決方案

為了解決相關問題，項目部多方尋找方案并進行了測試及考察，最終確認使用徠卡3D攤鋪控制系統進行工程施工，同時對施工過程進行數字化控制。

使用徠卡3D攤鋪控制系統只需將工程設計數據導入機載電腦，由全自動全站儀跟蹤攤鋪機運行軌跡，實時控制攤鋪機按照設計數據進行攤鋪施工，將現場施工人員從繁復的體力勞動中解脫出來，大大加快了施工速度，并且由于無需放樣、打樁、掛線，因此避免了人為誤差，以及施工時掛線懸垂、抖動誤差，保證了施工質量。

以設計數據為基準，使攤鋪的曲線更加流暢，也實現了完全按照設計數據進行彎道和變坡段的攤鋪作業。將設計數據作為參照，則施工過程中是根據標高進行控制的，可以非常平順地進行道路的攤鋪，同時也實現了對物料的控制。

4 現場作業

(1) 對全站儀進行設站，將全站儀切換到機械控制模式。

(2) 將設計數據導入機載電腦，連接全站儀，將機載電腦切換到自動模式。

(3) 施工。如圖5所示。

圖5 施工現場

5 現場實測數據分析

表1為現場攤鋪500 m后松鋪實測數據，左側為徠卡3D攤鋪控制系統施工結果，右側為傳統方式施工獲取的數據(現場取樣數據為每10 m一個點，表格數據為每30 m一個點)。

表1 現場攤鋪施工數據 m

注：差值=松鋪-設計(”+“為高，”-“為低)。

6 效能分析

通過現場的實際測試及應用，對徠卡3D攤鋪機控制系統與傳統系統施工效能進行了分析，見表2。

表2 3D攤鋪機控制系統與傳統系統施工效能分析

續表

7 結 語

徠卡3D攤鋪控制系統的引入，完全改變了傳統的攤鋪工作方式，在精度控制、效率提高、綜合效益提高方面比傳統施工方式有著不同程度的提高，是未來攤鋪機控制系統的主要技術發展方向，真正實現了由傳統施工方式向現代數字化施工方式的轉變。隨著現代化施工的要求逐漸走向精細化、數字化，挖掘機、推土機、平地機、壓實監控等方面的控制系統會越來越多地使用在中國的施工工地。