基于3D機械控制的瀝青路面智能施工技術研究與應用

凌高祥 王彤 張蘇龍 毛益佳

摘? 要：在傳統攤鋪機施工作業中，需要測量人員提前放樁掛線或者架設鋁梁來給機上的操作手提供參照物，因此施工質量在很大程度上依賴施工人員的操作水平。針對以上情況，本文開發基于3D機械控制的瀝青路面智能施工技術，該技術可在攤鋪施工中實現對高程，厚度和坡度的精準自動控制，大大降低人為因素對施工質量的影響，顯著提高了施工質量。

關鍵詞：瀝青路面;機械控制;攤鋪施工;精準控制

中圖分類號：U416? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2020）07-0000-00

0前言

瀝青混凝土面層以其行車安全舒適，晴天無揚塵，雨天無泥漿，自我修復性強等優點被廣泛應用于我國高等級公路建設中，特別是東西部干早少雨，冬夏溫差大的地區被廣泛使用。目前，由于瀝青混凝土路面早期破壞現象嚴重，因此瀝青混凝土路面的精細化施工尤為重要，其中瀝青混凝土的攤鋪、碾壓環節顯得更為關鍵。而傳統的路面攤鋪施工工序繁雜，且對機械及人員的配合，天氣等各方面要求較高，因此在轉彎、超高曲線和其它橫坡變化的設計中，要準確地設置掛線幾乎是不可能做到的。針對目前路面施工過程中存在的問題，近年來新興的信息化技術為提升路基路面的建設質量提供了有力支撐。采用3D攤鋪控制技術可有效實現攤鋪過程中路面平整度的提升[1]。3D攤鋪控制技術是通過現場測量、生成3D施工模型、模型數據輸入機載電腦，最后直接對攤鋪機的施工厚度和路面高程進行控制，與傳統施工工藝相比無需打樁拉線放樣，減少了施工準備工作，提高了道路平順度和作業精確度，同時將材料的使用量降到最低[2]。

1 3D攤鋪技術原理

1.1 技術原理

3D攤鋪技術是通過全站儀跟蹤安裝在攤鋪機上的光學標靶，獲得毫米級的定位精度，通過電臺將定位數據實時傳送到攤鋪機控制系統，由控制系統對機載3D設計高程和實際高程進行實時對比，并將產生的高程修正信息傳遞到液壓控制系統，通過液壓系統驅動油缸牽引熨平板至設計高程和設計坡度，從而實現攤鋪機的自動控制。

1.2 系統組成

攤鋪機根據路面寬度、厚度、結構層選擇合適的攤鋪機械及數量。攤鋪機找平系統必須符合 MOBA協議或者是福格勒攤鋪機。涉及的硬件主要有測量機器人、360°棱鏡、桅桿坡度傳感器、橫坡傳感器、數傳電臺、主控制器、桅桿、連接線纜、3D施工輔助軟件。

2施工方案

2.1 工程簡介

331省道寶應段起自射陽湖鎮北，接331省道鹽城西段，向西南跨越薔薇河、寶射河，與264省道交叉，經魯垛鎮、小官莊鎮，上跨京滬高速公路，下穿在建連淮揚鎮鐵路，與233國道交叉，跨京杭運河，經寶應湖，止于寶應與金湖交界處，是寶應縣重點民生工程，全線采用一級公路標準，設計速度為100km/h，京杭運河大橋至233國道交叉口按雙向八車道設計，233國道交叉口至跨京滬高速分離式立交橋按雙向六車道設計，其余路段按雙向四車道設計。本文瀝青3D攤鋪試驗段樁號為：K32+000～K34+000，長度為2km，半幅攤鋪寬度為16m，每臺攤鋪機施工寬度為8m。左半幅采用傳統施工方案，右半幅采用3D機械控制智能施工技術施工方案。

2.2 3D機械控制智能施工技術配置方案

下面以雙機連鋪配置方案進行說明，多機連鋪以此類推。

（1）兩臺攤鋪機四根桅桿和六個 360度棱鏡。

（2）三臺機器人全站儀分別單獨測量棱鏡。

（3）第四臺全站儀用于施工數據檢測和“蛙跳”。

“蛙跳”-即當前三臺全站儀測量倒站時，第四臺全站儀用于替代其中一臺測量棱鏡，確保施工連續不間斷。

（4）先行攤鋪機兩側全部實現 3D控制，第二臺攤鋪機內側以先行攤鋪機工作面為基準走接觸式傳感器（滑靴）控制高程;外側采用 3D控制。

3試驗數據分析

3.1 人員分析

采用3D機械控制智能施工技術，兩臺連鋪攤鋪機需要的人工數量為32人;采用傳統攤鋪施工技術，兩臺連鋪攤鋪機需要的人工數量為41人。因此，采用3D機械控制智能施工技術可減少輔助工人9人，節約人力資源22%。

3.2 厚度檢測分析

分別在K32+000～K34+000，左半幅采用傳統施工方案區域取芯28個，右半幅采用3D機械控制智能施工技術方案區域取芯28個。并利用游標卡尺測量每個芯樣3處的高度，取其平均值作為該處取樣點的層厚，檢測結果如圖1所示。3D機械控制智能施工技術施工和傳統攤鋪施工技術厚度的標準差分別為1.944和4.234，表明3D機械控制智能施工技術控制厚度的性能遠高于傳統攤鋪技術。

3.3 平整度檢測分析

瀝青路面施工完成后通過八輪平整度儀對3D機械控制智能施工區域和傳統攤鋪施工區域的平整度進行檢測，結果如圖2所示。用3D機械控制智能施工區域平整度平均值為0.90mm;采用傳統攤鋪工藝進行瀝青路面施工，平整度平均值為1.13mm，表明3D攤鋪工藝可較好的提升路面平度。

4結論

基于3D機械控制的瀝青路面智能施工技術可以快速、精確施工，縮短工期，無需測量人員放樁掛線或放置鋁梁等，大大縮減人力成本和管理成本，同時良好的厚度和平整度控制可有效提高施工質量。

參考文獻

[1] 盧俏宇，周洪劍.公路工程3D技術路面施工應用分析[J].西部交通科技，2018（3）：26-29+148.

[2] 劉付旭.淺談3D自動化攤鋪系統在公路工程施工的應用[J].西部交通科技， 2018（3）：23-25.

收稿日期：2020-05-08

作者簡介：凌高祥（1983—），男，江蘇鹽城人，碩士，高級工程師，研究方向：新材料、新工藝、智慧工地建設。

Research and Application of Intelligent Construction Technology of Asphalt Pavement Based on 3D Mechanical Control

LING Gaoxiang，WANG Tong，ZHANG Sulong，MAO Yijia

（Jiangsu Dongjiao Intelligent Control Technology Group Co.， Ltd.， Nanjing Jiangsu 210000）

Abstract： In the construction work of traditional paver， it is necessary for surveying personnel to put piles and hang wires or erect aluminum beams in advance to provide reference for the operators on the machine. Therefore， the construction quality largely depends on the operation level of the construction personnel. In view of the above situation， this article develops an asphalt pavement intelligent construction technology based on 3D mechanical control. This technology can achieve precise automatic control of elevation， thickness and slope during paving construction， greatly reducing the impact of human factors on construction quality and significantly improving Construction Quality.

Keywords： asphalt pavement;mechanical control;paving construction; precise control