公路工程機械數字化施工系統應用

摘要：公路施工質量由于數字化施工方式的應用而顯著提高，施工成果資料富有可視化的特性，參考價值極大。在概述數字化施工主要技術基礎上，通過某公路工程數字化建設，詳細分析路基工程機械數字化施工中的關鍵技術，并對數字化工地的應用前景進行展望，以保障公路工程施工質量，提升施工管理水平，促進公路工程的可持續發展。

關鍵詞：公路工程；機械產品；數字化施工

1" "公路工程數字化施工概述

數字化技術的關鍵思路在于通過數字、數據的形式進行輸出，構建數字模型，再轉化為數字代碼以便錄入，然后電腦針對數據處理結果做高效的管理。數字化施工技術的核心在于數字化技術，在技術支持下構建一套完善的數據中心，以此來強化施工機械控制系統、數據信息采集系統的信息溝通，增強傳統施工機械與數字化技術的融合效果，為工程施工助力。

在數字化技術融合傳統施工機械的思路下，采用到互聯網技術，建立數據開源的信息環境，打破了時間與空間的限制，消除了傳統方式下的“信息孤島”問題，更加有效地滿足實時監督及精確施工的要求。其能夠及時發現施工期間存在的問題，盡快處理，從源頭上保證工程質量，降低了返工方面的成本。在路基的數字化施工環節，施工系統完善存儲施工數據，驗收階段可追溯工程數據，結合數據可準確地判斷工程施工質量。

2" "公路數字化施工的主要技術

道路數字化施工中，融合應用多項技術，獲取更加全面的施工信息，發揮信息的參考價值，為工程質量保駕護航。

2.1nbsp; " 全球衛星導航系統GNSS

GNSS可在地球表面或近地空間各處提供信息，滿足用戶對三維坐標、速度及時間信息的全天候需求。GNSS的核心組成包含衛星群、地面控制和用戶，基本的運行機制如下：

衛星群集多顆衛星于一體，建成相對完善的星座系統，負責將位置、時間信號信息傳輸至地面；地面控制接收信息后，判斷衛星群的運行狀態，視實際情況對衛星軌道做矯正處理；用戶屬于終端，源于衛星發射的信號由接收器接收，在獲取信號后加以處理，確定特定位置的具體信息?，F階段，美國全球定位系統（GPS）、我國北斗定位系統等均是頗具代表性的全球衛星導航和定位系統。

2.2" " GIS技術

GIS技術描述地理概念模型、空間分布模式以及空間關系，提供更加直觀化的信息，可幫助用戶加強對地理空間的認識。GIS技術應用過程中的操作流程包含圖形化處理、三維空間分析等，各項流程的有序推進，可以給數字化施工項目的管理提供支持。

2.3" " 物聯網

物聯網是結合射頻識別設備、智能傳感器等硬件設施與互聯網的綜合巨型網絡，在公路工程機械數字化施工模式下，將挖掘機、攤鋪機、壓路機等設備統一連接至網絡中，系統可自動執行識別、定位、跟蹤等操作。物聯網技術契合了公路建設周期長、施工條件復雜等特點，對公路工程機械施工進程的高效推進具有重要作用。

2.4" " BIM 技術

BIM即建筑信息模型，是現代化公路施工建設中的重

參考文獻：

[1] 趙秀娟.3D數字化智能控制技術在瀝青路面下面層攤鋪施工中

的應用研究[J].工程建設與設計，2021（4）：21-22.

[2] 吳磊.公路測繪工程中新技術的應用分析[J].工程建設與設計，

2022（2）：322-323.

[3] 韓博，石雪瞾，李揚.S06酒（泉）嘉（峪關）繞城高速公路基礎

設計及施工數字化應用[J].工程建設與設計，2022（4）：355-356.

要工具，構建工程信息模型后，利用計算機技術解釋，提高模型的可視化水平。BIM技術除了在設計階段取得良好應用效果外，還可為工程的進度管理和質量管理提供輔助。得益于BIM技術信息整合能力強、組織協調效率高等優勢，有力推進工程的數字化施工進程?，F階段，BIM技術正逐步從三維向多維邁進，公路工程中更為普遍地應用到“技術應用+數據分析+協作管理”的模式，工程各項施工活動可有效地落實到位。

3" "工程概況

某公路工程設計里程DKl28+000～DKl35+159.57，全長7159.57m，路堤長6489.57m、路塹長670.00m。公路路基施工階段，挖方71萬m3，填方60萬m3，水泥攪拌樁、多向水泥攪拌樁分別為6.3萬延米、26.7萬延米，預制方樁17.3萬延米。

4" "公路工程的數字化施工的應用

4.1" " 北斗地基增強系統

北斗衛星定位連續運行參考站，系統高效且精準地獲取空間數據和地理特征，作為一種動態化的空間數據參考框架，其能夠滿足信息化管理與數字化建設的要求。為了給工程施工提供支持，在沿線建設7座連續運行參考站，綜合多站的信息建立誤差修正模型，修正用戶的觀測值誤差，提高對移動用戶的定位精度，滿足全線各標段的施工要求。北斗衛星定位連續運行參考站系統的應用優勢，主要體現在如下幾方面：

提供24h不間斷的基礎數據服務，在顯著提高測量精度的同時降低在測量方面的成本投入，具有提質增效的效果。為項目的測量提供統一的基準，其中應用效果尤為突出的是依托多基站組網解算。其原因在于可解決不同標段的坐標差異問題，更有利于提高現場施工質量。

提供遠程INTERNET服務，數據高度共享。數據中心管理登錄用戶，杜絕任何未經許可的訪客進入，保證數據的安全性。具備連續觀測、點位精度高等特點。通過CORS系統的應用，對工程構筑物做全面的變形監測。提供高精度基礎定位數據服務，為自動化和數字化施工目標的實現創設更多可能，從而在數據服務的方式下強化對質量、安全、進度的全方位管理[1]。

4.2" " 數字化場地建設

公路工程數字化場地的建設，需建立在妥善應用場地信息傳遞方法的前提下，公路施工中，攤鋪機、壓路機等各類機械設備運行過程中產生豐富的數據，數據的參考價值高，在保證安全、提高質量、加快進度等方面均有突出作用。如何精準采集數據尤為關鍵，

在本工程中，于現場設置無線網絡基站，在施工場地全范圍內采取如下4項通信技術：基站定位差分信號利用電臺網絡傳輸給測量系統和現場機械。施工期間的數據利用移動GSM網絡傳輸給遠程服務器。通過Wi-Fi網絡的建立，實現施工現場生產機械的互聯，并有效發揮生產報表的應用價值。接入光纖專線，針對施工現場做全方位、實時遠程監控。線網網絡分布及數據傳輸如圖1所示。

4.3" " 分層填筑模型的應用

以BIM模型為基礎，結合公路工程施工狀況建立分層填筑模型，用于控制施工期間的數據并完成存儲。結合平地機、推土機等機械的運行數據，動態呈現機械的走位軌跡，向管理人員準確反映施工分層狀況。若存在超厚分層，其可及時發現并處理。分層填筑過程中的各項數據均被完整存檔，后續在沉降評估或其他環節施工中可根據需求及時查詢。

最佳密實度和分層厚度是公路填筑的重要指標。在施工規程中，要根據填料的性質、現場施工條件等，合理控制各層的厚度。填筑參考厚度一般不超過0.3m，但現場施工的干擾因素多，實際分層厚度難以與BIM模型的分層厚度保持一致。為減小分層厚度的偏差，立足于工程施工現狀，對施工分層模型做動態調整。逐層調節的方式下易引發各分層厚度不均問題，工程人員應給予高度的重視[2]。

4.4" " 連續壓實工藝

4.4.1" "應用原理

傳統路基質量檢驗采用“點式”抽樣檢測的方法，存在合格區域的界定不準確、檢測過程控制難度高、檢測結果的代表性不足等缺陷。連續壓實檢測與控制技術突破了傳統檢測方式的束縛，測量振動壓路機振動輪的振動信號，經過信號處理、信息融合、動力學分析后，計算振動壓實值，用于反映路基的壓實質量。

在連續壓實期間，振動壓實度、高程、碾壓遍數、碾壓時間等各項參數，可經由車載連續監測設備LCD屏幕進行顯示，數據直觀呈現路基壓實質量。工程人員在明確壓實施工現狀后，可采取路基壓實度控制、均勻性控制等措施，對壓實工藝參數予以優化。然后根據調整后的壓實方案，有序推進壓實作業進程，以免出現過壓、欠壓現象。壓實作業的有效開展既能夠保證壓實效果，又可降低壓實成本，綜合應用效果顯著。

4.4.2" "可實現目標

本次研究中，通過技術策略實現如下目標：

結合傳統檢測方法，提供決策輔助，使傳統方法在本工程中有較高的可行性。實時顯示公路壓實期間的各項參數，包含振動壓實值、高程、碾壓作業范圍、碾壓遍數、碾壓時間、壓路機運行參數等。各項數據必須全面且準確，用于反映真實的壓實施工狀況，為壓實施工方式的優化提供參考。

及時發現薄弱區域，并顯示對應的空間信息和時間信息。精準鎖定薄弱區域后，采取質量加強措施，使薄弱部位恢復平整、堅實、穩定的狀態。優化測點的布設方式，保證測點具有代表性，經過測量后獲得可反映實際狀況的數據。以薄弱區域為例，為及時發現異常，可適當增加測點，經過及時測量后判斷實際狀況。

向施工人員動態呈現最新的壓實質量數據，以便根據施工狀況采取調整措施，保證壓實的有效性。遵循連續壓實的作業原則，加強對各循環所用工藝的驗證，評價是否具有可行性。

4.5" " 路塹邊坡坡率控制

妥善應用空間定位系統，獲取開挖期間坡面幾何變化數據并予以反饋，通過現場檢驗結果與校驗的施工模型作對比分析，可為工程后續的施工決策提供參考。提高施工的主動性，有利于減少以往邊坡施工過程中的安全隱患，保證邊坡開挖的精準性，避免超挖或欠挖。此舉在保證施工安全和施工質量的同時，還可提高效率。

路塹邊坡坡率控制關鍵技術包括：于挖斗上安裝空間定位傳感設備，收集各傳感裝置的信息，生成鏟斗的運行軌跡，再擬合成坡面，直觀呈現現場作業情況。為提高各鏟斗空間定位的準確性，采取多個數據傳感器協同運行的方法。以“橫向分層、縱向分段，階梯掘進”的方式，有序推進施工進程。根據現場開挖能力及時安排運土和掘進，協調施工，確保開挖、運土、排水等環節不存在相互干擾的狀況。

4.6" " 復合地基施工模型的深化應用

在BIM模型的基礎上聯合應用數字化、信息化技術，全方位監控復合地基的施工過程，確保任何一處隱蔽工程的施工信息均完整化和透明化。

復合地基施工模型的組成以預制方樁和水泥攪拌樁為主，涵蓋的數據包含兩部分：一是處理范圍數據，即地基處理范圍內的側面及上、下頂面的坐標數據，可根據數據界定處理的具體區域。二是樁位數據，即樁底和樁頂坐標，其常用于反饋樁的建設情況。

項目研究中，探討樁基設計模型對施工的指導作用，促進各項工作有條不紊地開展，保證各道工序無縫對接。分析樁基質量參數，確定參數的類型并采取量化控制措施，其涵蓋的成樁位置、成樁時間、成樁深度、反插次數、反插深度、充盈系數、填料量、混凝土噴射速度及流量等，必須科學合理[3]。

5" "結語

綜上所述，隨著我國當前社會經濟飛速發展，施工管理技術越來越多地趨向工業智能化，其中道路數字化施工是行業發展的一大重要趨勢。本文以公路工程數字化施工為研究對象，就數字化施工的主要應用技術進行了分析，以保證公路項目的建設質量，有效降低人力、機械設備以及材料的成本，實現公路建設企業社會效益與經濟效益的共同提升。

公路施工質量由于數字化施工方式的應用而顯著提高，施工成果資料富有可視化的特性，參考價值極大。展望未來，數字化技術是公路技術發展中的重要方向，富有推廣價值。作為工程技術人員，一方面需要掌握現有的技術成果，另一方面持續推進數字化技術的研究進程，提高技術的應用水平。

參考文獻：

[1] 趙秀娟.3D數字化智能控制技術在瀝青路面下面層攤鋪施工中的應用研究[J].工程建設與設計，2021（4）：21-22.

[2] 吳磊.公路測繪工程中新技術的應用分析[J].工程建設與設計，2022（2）：322-323.

[3] 韓博，石雪瞾，李揚.S06酒（泉）嘉（峪關）繞城高速公路基礎設計及施工數字化應用[J].工程建設與設計，2022（4）：355-356.