淺談3D自動化攤鋪系統在公路工程施工的應用

劉付旭

(廣西桂通工程咨詢有限公司，廣西 南寧 530028)

0 引言

隨著社會的不斷發展進步，利用先進的科學技術手段提高工程施工管理水平，特別是應用數字化施工提高工程施工質量水平和施工效率，是當今工程建設共同追求的質量和效益目標。工程數字化施工就是使用計算機、定位、自動控制以及可視化等技術將工程建設整個過程數字化、信息化、智能化、可視化，從而達到現代化施工建設的目標。數字化的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、綠色環保施工和高科技施工的理念，受到越來越多國內外建筑企業的關注和應用。

1 3D自動化攤鋪機控制系統施工作業流程

1.1 前期準備階段

1.1.1 設備準備

3D攤鋪試驗主要設備投入見表1。

表1 主要設備投入表

1.1.2 人員準備

3D攤鋪試驗人力資源使用情況見表2。

表2 3D攤鋪試驗人員情況表

1.2 施工準備

1.2.1 攤鋪數據準備

內業數據準備工作主要是將傳統的工程施工設計數據和圖紙進行三維數字模型建立，即利用3D攤鋪系統配套的軟件將原有的工程二維設計藍圖轉化成機械設備、測量設備能夠自動識別的三維電子設計圖。

1.2.2 施工現場準備

具體施工前正確連接3D自動化控制系統各個元部件，并且可以正常工作；下承層通過驗收合格；現場各施工設備、人員按要求到場，各施工設備、儀器試運轉正常。

(1)系統安裝與調試

①攤鋪機機械、電器、液壓系統達到設備出廠使用要求；

②系統安裝在足夠平整的場地，附近配合輔助設備。

(2)現場測量控制點加密及控制點精度檢核

①控制點精度檢核符合規范要求；

②控制點加密滿足施工要求。

(3)鋪筑段數據設計

需要施工測量人員配合提供如下資料：

①線路設計水平定線參數，包括交點坐標、曲線要素等；

②線路設計垂直定線參數，包括變坡點里程、高程、曲線要素等；

③線路設計標準橫斷面圖，以及曲線段超高、加寬的設計參數；

④線路設計逐樁坐標(最好是三維點坐標)；

⑤鋪筑段區域至少有三個以上互相通視控制點坐標。

1.2.3 施工攤鋪階段

(1)攤鋪之前與現場施工負責人溝通攤鋪機行進方向，與現場測量負責人員確定鋪筑段的松鋪系數。

(2)全站儀架設位置選取和攤鋪鋪筑段原地面平整度檢查，現場施工管理人員配合管理現場車輛，及時調度輔助施工人員，防止出現遮擋儀器現象的發生。

(3)系統正確配置、簡化施工流程，節省施工時間和人員投入，提高工作效率。

(4)實時的攤鋪測量檢測，根據實時測量結果，3D自動攤鋪系統會自動調整攤鋪厚度、坡度和方向。

(5)全自動3D控制精確穩定，避免人為誤差，精確控制每一攤鋪層的攤鋪標高、厚度和坡度。

1.2.4 攤鋪數據采集分析存檔

(1)攤鋪測量數據分析

根據現場檢測數據采集分析，采用3D自動化攤控制系統進行的施工和采用傳統施工方法進行施工的數據精度基本上一致，無論壓實后和松鋪檢測的實際攤鋪標高與設計標高誤差都在10 mm以內，并且設備運行非常穩定，3D自動化攤鋪控制系統的測量、施工精度完全符合施工技術規范要求。

(2)數據存檔

建立數據庫，按照需要和規定要求儲存測量數據，并向業務部門提供存檔數據。

2 3D自動化攤鋪技術應用與傳統施工工藝對比

2.1 傳統攤鋪施工方法

傳統的公路工程路面各結構層的施工方法，主要是攤鋪機在進行攤鋪施工時采用自動調平系統接觸式滑靴和非接觸式聲吶這兩種作業方式，即采用滑靴傳感器或聲吶追蹤器參照測量人員架設的鋁梁或者基準進行引導攤鋪施工。施工時需要較多的人工進行基準導線的架設，以及道面的前期、后期測量工作，且施工過程中無法進行實時監測，只能事后調整彌補，經常會出現由于基準線設定錯誤而導致的返工，現場協調比較費時費力，施工過程需要耗費較多的人力、物力和財力。

2.2 傳統施工方式存在的問題

2.2.1 人為因素對基準的影響

傳統引導基準是采用水準儀讀取水準尺高程讀數計算確定的，而且基準導線在架設過程中準確度絕大多數依賴施工技術人員的工作責任心和正確的計算及操作方法，人為因素在很大程度上影響著基準引導線的架設的精度。

2.2.2 工程機械對基準的影響

由于攤鋪過程中攤鋪機可能會撞到基準樁或者料車不慎碾壓基準線等情況的發生，都會導致架設基準的偏差進而出現攤鋪施工的誤差。

2.2.3 攤鋪施工設計標高控制不能保障

通過平衡梁或者滑靴進行攤鋪施工可以較好的控制攤鋪的平順性和平整度，但是卻不能確保同時控制攤鋪標高，很難對標高精準控制。

2.2.4 測量工作量大，需要大量的輔助人員

通過平衡梁或者滑靴進行攤鋪施工需要大量的測量人員和測量輔助人員做好施工攤鋪前期測量準備工作和攤鋪過程中的測量檢測工作。

2.2.5 施工作業人員工作強度高，容易疲勞，不利于施工質量和安全管控

傳統的攤鋪施工受外界因素影響大，往往在趕工期。為了施工進度需要進行長時間的連續施工作業，由于施工作業人員的疲勞、困乏，不可避免的會增加施工出現錯誤和事故的機率，容易產生工程質量和安全問題。

2.3 3D自動化攤鋪系統施工的優勢

2.3.1 傳統施工向數字化施工的轉變

傳統的工程設計借助于Moss(MX Roads)、AutoCAD等軟件實現了二維和三維的工程設計，然而這些設計僅僅停留在電腦或圖紙顯示上，無法真正應用于施工，這就產生了設計和施工的脫節，降低了設計文檔的使用效率。3D自動化攤鋪系統配套的軟件可以很好地解決了這一難題，將工程設計與實際施工相融合，數字化施工是實現全自動化施工的轉變。

2.3.2 數字化攤鋪施工

無需人工架設引導基準，采用全站儀引導進行精準數字化施工作業。在確保攤鋪標高的同時兼顧了攤鋪面的平順性和平整度，可以提供完整的聯合施工解決方案，可以把施工的各個相關密切的聯系起來。施工信息可以通過統一平臺在施工方進行分發和分享，實現工作的協同，實現數字化、自動化施工作業，提高工作效率。

2.3.3 施工過程化控制

對攤鋪面進行實時的三維坐標數據檢測和施工質量進行反饋，精準的控制施工全過程。實現施工過程透明化，掌控施工質量。可以實時了解該路面結構施工層情況，還可以顯示施工報告實時掌控施工的過程，把數字化模型放到機械控制中，確保在第一次施工中就可達到要求。

2.3.4 節省資源投入，提升安全作業水平

3D攤鋪自動控制系統工作時不需要太多的施工人員和施工輔助人員，大大降低了施工人員的勞動強度，節省資源投入；施工現場整潔有序，確保人員和機械設備的安全，確保安全、減少施工事故。因為可以實時監控施工現場，了解人員、設備、機器的準確位置，可以實現施工的安全；同時因為減少了人機混合作業，避免了安全事故的發生。

2.3.5 智能化施工作業

把設計數據導入到3D攤鋪自動控制系統，施工過程系統自動的進行控制，無需測量放樣和找基準線，減少了人為因素對施工質量的影響，實現智能化施工作業，提高施工質量水平。

2.3.6 標準化施工作業

系統根據現場攤鋪施工規范和要求，標準匹配施工作業進度。節約施工成本，無須打樁放樣，無須進行人工測量，可以大大的減少工程等待的時間，提高機械使用的效率，減少重復推平，降油耗，節約物料等，實現自動化、標準化施工。

2.3.7 全天候施工作業

系統施工不受光線影響，可以24 h全天候施工作業。提高效率，縮短工期，避免返工。

2.3.8 實踐應用取得的成果

廣西柳州至南寧高速公路改擴建工程項目№8合同段在路面工程施工中采用了3D自動化攤鋪系統進行攤鋪施工作業，節省了資源投入，提高了工作效率，提升了安全施工作業和施工質量水平，取得較好的成果，見圖1、圖2。

圖1 3D自動化攤鋪系統應用施工現場圖

圖2 3D自動化攤鋪系統施工效果圖

3 結語

3D自動化攤鋪系統在柳州至南寧高速公路改擴建項目路面工程施工中得到了較好的推廣和應用，提升了路面工程施工管理水平和施工質量水平，節約資源投入，提高工作效率。當今機械控制系統已經非常成熟，可以提供完整的聯合施工解決方案，把施工的各個相關方密切的聯系起來。施工信息可以通過統一平臺在施工的相關方進行分發和分享，實現工作的協同，提高工作效率。機械控制技術由于其在應用中的實際效果和便利的操作性，在工程建設領域得到了廣泛應用。

數字化施工一定是工程機械行業的未來，傳統的工程方式是操作人員看圖紙根據自己的操作水平去使用工程機械來達到工程的效果，而未來可以轉換成工程機械能夠讀得懂的數據，數據會控制機械操作，減少人的控制和誤差。數字化施工解決方案的應用為當今工程建設技術革命帶來了新的突破。

[1]JTG/T F20-2015，公路路面基層施工技術細則[S].

[2]JTG/T F40-2004，公路瀝青路面施工技術規范[S].