公路路面3D數字化攤鋪施工裝備及應用技術研究

吳海華

（保利長大工程有限公司,廣東 廣州 510620）

0 引言

隨著我國社會現代化進程速度加快，道路交通發展對社會經濟發展有著巨大影響，而路面攤鋪施工技術水平的提高，對道路工程意義重大。施工技術人員通過對3D數字化攤鋪技術的應用，改善和優化了傳統路面攤鋪施工中存在的問題，提高了施工速度，節約了施工成本。同時3D數字化攤鋪技術的落實，給當前路面攤鋪施工帶來更多可能性，從而推動我國建筑行業的發展。

1 傳統攤鋪技術存在的問題

道路施工是社會基礎建設的重要部分，隨著經濟發展速度的提升，公路工程建設速度加快，建筑技術應用實際效果不斷提升，而攤鋪施工是其中非常重要的施工環節[1]。傳統的路面攤鋪主要是依靠導軌、機械平衡梁、非接觸式平衡梁找平，施工精度受到機械狀態的影響，從而影響施工質量，而且人工測量誤差十分明顯，不利于節約施工成本。

2 3D數字化攤鋪技術應用的優勢

（1）3D數字化攤鋪技術克服了傳統攤鋪技術中眾多的缺陷，廣泛應用在我國道路施工中。自動化操作使得施工精準程度提高，智能攤鋪過程減少了人力資源投入，提高工程施工效率和質量。而且3D數字化攤鋪技術在傳統攤鋪技術的基礎上，安裝了自動控制和檢測設備，可自動識別和反映線性彎曲，解決傳統攤鋪施工中存在的數值偏差較大的問題，提高控制精度，落實精細化施工。應用3D數字化攤鋪技術可以實現對路面攤鋪厚度給予精準控制，減少施工過程中存在的誤差，對施工質量全方位控制。

（2）3D數字化攤鋪技術省略了掛線、放樣等工作環節，極大地節省了人力物力，提高了施工效率。3D數字化攤鋪技術在傳統攤鋪機上安裝了自動控制車載設備，其中有坡度傳感器，通過傳感器將人為控制數據轉換為工程機械設置，數據直觀準確。而且通過數據來控制機械操作，如橫坡傳感器移動出現的位移可以完整地體現曲線彎曲度，解決傳統攤鋪設備中存在的問題，減少設計值出現的偏差，提高攤鋪工程準確性，控制施工材料的用量，避免傳統粗放型施工用料模式。

（3）解放人工、提高工程質量是3D數字化攤鋪技術最大的優勢，可減少誤差對路面的影響。傳統攤鋪工藝采用放線或平衡梁控制，3D數字化攤鋪系統通過坐標和高程控制，控制點對相應措施有效加密，線性和高程符合設計使用需求，消除拐點內容，符合使用和設計需求。從技術層面上看，該技術控制和依托持續工作能力比較強，能夠全天作業，替代了傳統攤鋪模式下需要人工完成的工作，提高了施工效率，保障了工程順利進行。

（4）降低施工安全事故發生概率。3D數字化攤鋪技術可以將施工現場情況及時反饋，便于對可能影響施工的情況妥善處理，極大地節省了施工監督成本，加快對問題處理的速度，減少施工過程中存在的不良影響。

3 裝備相應概念

（1）主要構成。3D數字化攤鋪技術施工裝備主要由測量機器人基準站和施工自動控制系統構成。對于測量機器人的配置，單機攤鋪在具體施工過程中需要的跟蹤機器人數量不能少于3臺，而檢測不能少于1臺。測量機器人需根據施工實際情況配備馬達，減少施工過程和環境所造成的磨損。進行攤鋪時需配合棱鏡，實際施工過程中保障棱鏡不會出現變形的情況，且可以高效率地反射光信號。測量采用動態控制原則，在水平方向上設置測量范圍，自動識別和鎖定目標。傾斜角的傳感器防護等級不斷提升，測量精度在控制在合理范圍，保障測量穩定性，在后續工作中以線性角度調整相應幅度，保障測量質量，提高施工效率。

3D數字化攤鋪的通信型號電臺，需技術人員嚴控防護等級，保障數據傳播模式的有效落實。通過藍牙、天線等不同方式傳輸信息，主控制器需滿足ip65以上，而且亮度高，可清晰及時地顯示出數據各項內容，提高施工質量。軟件要求具備錄入功能，準確將數據錄入進去，尤其是測量信息的采集，將實測內容和設計內容進行對比，及時處理和分析相應信息，從而生成修正信息找平系統內容，記錄儲存施工信息，生成準確的施工報告。

（2）工作基本原理。3D數字化攤鋪是系統自動控制，技術人員需重視系統運行的流暢性和穩定性。測量機器人通過測量系統后方數據，確定攤鋪機所在位置，然后根據棱鏡反射的數值，完成參數計算，進而對施工參數有效調整。當原始地面出現攤鋪機車傾斜時，系統和傳感器有效結合，對車身姿態及時校正，保障系統穩定性的同時實現精準攤鋪。

（3）裝置的布設和安裝。棱鏡三維坐標配備的跟蹤機器人，需放置在機身兩側，與檢測機器人有效配合，保障后續質量參數，對實際情況進行有效檢測。桅桿應垂直放置在攤鋪機大臂上，安裝不同數量的傳感器，保障水平，方便后續施工操作，同時將主控制器和線盒一起放置。

4 具體工作流程

下承層數據采集，路面攤鋪質量和下承層工作關系十分密切，為了提高路面施工的準確性，不同斷面設計點的數量需做有效調整。桅桿安裝在大臂上，靠近熨平板，距離控制在20 m左右，將棱鏡固定好，為往返的測量機器人發送信號。桅桿傳感器主要集中在桅桿兩側，保障傾斜補充質量。藍牙電臺安裝主要是集中在頂棚上，測量機器人藍牙手柄和電臺配對，從而將數據信息傳送。為了更加高效地控制輸出信號，調節平衡體系內容，在攤鋪機兩側安裝控制手柄，設計機器的工作狀態，優化施工流程，從不同角度調整靈敏度，收集傳輸信號的同時，實現不同設備之間的聯系。不同設備在安裝之后，數值輸入主控制器中，完善尺寸保障攤鋪工作狀態，落實相應規范要求。

5 設備施工和操作注意事項

（1）檢測機器人與棱鏡之間的通視性，避免施工過程中出現干擾的情況，需要開啟主控制器，進入自動控制攤鋪狀態。當工作結束之后，進行質量驗證，編制工程質量報告。兩臺設備同時工作，控制方式相同，后方的設備需注意內測以前方數據為準。攤鋪過程利用檢測機器人對3D數字化攤鋪數據進行實時檢測，完成數據交換的同時，對相應設備進行調整，從而保障路面攤鋪高度。轉站時跟蹤機器人自動半徑在150 m范圍內，利用后方檢測設備進行交替轉站。施工過程中，備用機器人為棱鏡控制站，保障施工連續性。

（2）質量驗證和處置。攤鋪作業完成之后，采集路段數據，從質量檢測和驗證角度出發，符合相應規定的同時，針對質量檢測具體操作規范實行。分段攤鋪每段攤鋪路面需進行質量控制，擴大檢查范圍和頻率，質量不過關的位置和參數，及時采用補救措施。

6 裝備應用效果展示和具體分析

攤鋪完成后對攤鋪質量進行分析，檢測數據的波動情況，繪制攤鋪質量差值分布。考慮厚度和寬度等設計內容，計算其中存在的標準差。對坡度的穩定性進行分析，提高分析準確度。進入到具體施工環節，施工人員需根據計算機平臺內容，將施工建筑結構內容錄入到信息庫中，制成電子表格，將表格中的數據導入全站儀中。在適當位置安放全站儀并控制好設備之間的距離，通常情況下需保障無視線遮擋，針對攤鋪施工速度和振搗頻率有效調整。在具體施工過程中，需對攤鋪機設備方向和松鋪系數有效確定，利用全站儀做好環境觀察，施工現場和車輛做好前提調度安排，避免出現遮擋物阻礙視野。實際施工階段針對設備和控制點采用科學監督方式，為后續施工做好鋪墊。尤其是正常起步環節，機器正常運行之后，注意按照攤鋪之間的距離，完成測量工作，同時保證復測工作質量，如果發現標尺變化幅度過大，需立刻停止施工并檢查，待確定好設備的狀態，再進行施工。

7 具體案例分析

該文所依托工程為龍川至懷集公路（連平至英德段）路面工程施工LM7標段，該合同段起訖樁號為K238+000～K276+915，長38.915 km，主線路面結構為：15 cm碎石墊層+20 cm水泥穩定碎石底基層+38 cm水泥穩定碎石基層+8 cm粗粒式瀝青混凝土下面層（AC-25）+5.5 cm中粒式改性瀝青混凝土中面層（GAC-20C）+4.5 cm中粒式改性瀝青混凝土上面層（GAC-16C）。針對該項目的墊層分別采用3D數字化攤鋪自動控制技術和傳統掛線控制技術進行施工對比。檢測結果如表1所示。

對表1中的實測數據進行分析，采用傳統掛線攤鋪的墊層平整度最大實測值為11.5 mm，采用3D數字化攤鋪的墊層平整度最大實測值為9.8 mm，均滿足規范≤12 mm的要求，采用3D數字化攤鋪的平整度更好；采用傳統掛線攤鋪的墊層橫坡偏差最大實測值為-0.3%，采用3D數字化攤鋪的墊層橫坡偏差最大實測值為0.09%，采用掛線攤鋪的橫坡偏差最大值已經達到規范極值，而采用3D數字化攤鋪的橫坡偏差最大值遠小于規范±0.3%的要求；采用傳統掛線攤鋪的墊層高程偏差最大實測值為5 mm，最小值為-4 mm，采用3D數字化攤鋪的墊層高程偏差最大實測值為2 mm，最小值為-2 mm，均滿足規范（+5 mm，-15 mm）的要求，采用3D數字化攤鋪的高程偏差更小，更加貼近設計高程；采用傳統掛線攤鋪的墊層厚度最小實測值為141 mm，厚度代表值為150 mm，采用3D數字化攤鋪的墊層厚度最小實測值為149 mm，厚度代表值為150 mm，均滿足規范的要求，采用3D數字化攤鋪的整體厚度更加接近設計厚度，均勻性更好。分析圖表如圖1～4所示。

圖1 掛線攤鋪和3D數字化攤鋪平整度分析對比

表1 3D數字化攤鋪與掛線攤鋪檢測結果對比表

通過檢測數據的分析對比，采用3D數字化攤鋪自動控制技術進行施工的結構層平整度、橫坡偏差、高程偏差和厚度的精度、穩定性、均勻性都較傳統掛線攤鋪控制技術要好。

8 保障質量措施分析

（1）制度保障。施工現場的標準程度需通過制度落實和規范，將施工技術應用流程和方式有效調整，尤其是應用過程中針對施工中存在的問題進行全面的關注和控制，結合具體施工環節，幫助施工人員在正確的指導下完成工作。制度的制定需從工程宏觀角度出發，解決具體工程存在的問題，保障施工質量和效率。

（2）施工過程質量控制。針對技術應用的具體施工過程，主要是質量控制和保障。施工技術人員對施工建設中涉及的關鍵技術內容，需及時總結和提升，從建筑原材料應用和技術應用等多個方面，對建筑施工全面控制。保障施工質量，從控制工作質量出發，促進建筑工程質量管理制度的有效落實。

（3）施工現場安全保障。通過培訓教育等方式，協調工作內容，通過對施工建筑人員培訓，提高工作人員安全意識，保障施工現場安全，提高施工效率。

9 結束語

圖2 掛線攤鋪和3D數字化攤鋪橫坡偏差分析對比

圖3 掛線攤鋪和3D數字化攤鋪高程偏差分析對比

圖4 掛線攤鋪和3D數字化攤鋪厚度分析對比

3D數字化攤鋪技術公路路面攤鋪中應用逐漸廣泛，推動建筑行業的發展。施工技術人員需根據施工現場情況，針對性提出優化和改進措施，提高施工質量和效率，應用現代化信息技術多方面的優勢，降低建筑施工成本，減少安全隱患。