【案例分享】拓普康3D攤鋪控制系統(tǒng)在敦當(dāng)高速項目中的應(yīng)用

項目背景 

五十年前，人們印象中的公路就是“石子、砂子加勞動力”身邊的老鐵們經(jīng)常會給我講起，他們那時用一把鐵鍬、一把鎬、一根扁擔(dān)兩個筐來修路。與今天我們所用到的先進(jìn)設(shè)備與技術(shù)來講，簡直讓人恍如隔世......

國內(nèi)的攤鋪作業(yè)仍多采用傳統(tǒng)的2D自動控制調(diào)平系統(tǒng)，通常采用滑靴傳感器接觸基準(zhǔn)線（鋼釬掛鋼線）進(jìn)行現(xiàn)場施工來實現(xiàn)對攤鋪厚度和平順性的控制。

相比現(xiàn)在歐美等發(fā)達(dá)多采用的3D控制系統(tǒng)攤鋪作業(yè)方式，傳統(tǒng)的2D攤鋪作業(yè)整個施工作業(yè)過程需要過多的人工干預(yù)，自動化程度不夠，在很大程度上浪費了施工單位的人力、物力、財力，并由于傳統(tǒng)設(shè)計和施工理念及應(yīng)用技術(shù)的限制，在攤鋪施工中還存在一些攤鋪作業(yè)理念和技術(shù)需要改進(jìn)及提高。

在2019年7月，時任中鐵十九敦當(dāng)高速一標(biāo)項目測量隊的隊長趙永浩到敦煌至當(dāng)金山口高速公路一合同段通過研究學(xué)，采用3D數(shù)字化控制系統(tǒng)替代傳統(tǒng)基準(zhǔn)線（鋼絞線）。在路面施工的方法上進(jìn)行大膽探索，并引進(jìn)拓普康毫米級GPS 3D攤鋪機(jī)控制系統(tǒng)。應(yīng)用情況良好，大大的提高了路面施工高程、厚度、中線偏位的精度，也節(jié)約了材料，減少了測量人員及輔助人員的投入。在路面施工的質(zhì)量上及經(jīng)濟(jì)效益上都得到了有效的提高。

效果評價

拓普康3D毫米級精度攤鋪施工技術(shù)使用效果評價：

1、無樁化攤鋪

無需測量人員進(jìn)行現(xiàn)場測量放樁和架設(shè)參考基準(zhǔn)線，減少現(xiàn)場掛線架梁等工序，減少輔助人員的投入，使現(xiàn)場管理更高效，提高安全性；

拓普康3D攤鋪系統(tǒng)施工現(xiàn)場

2、數(shù)字化施工

系統(tǒng)應(yīng)用時將設(shè)計院的紙質(zhì)或電子設(shè)計，通過配套的數(shù)字化軟件，將設(shè)計數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)可識別的標(biāo)準(zhǔn)格式的設(shè)計數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)控制器，從而可以實現(xiàn)智能化、數(shù)字化的攤鋪施工，在整個攤鋪過程中，系統(tǒng)通過基于設(shè)計的數(shù)字化成果即施工道路的設(shè)計3D模型（道路BIM），通過系統(tǒng)定位的信息實時和設(shè)計進(jìn)行精確的平面和標(biāo)高匹配，根據(jù)差值信息自動化調(diào)整熨平板的升降，實現(xiàn)攤鋪作業(yè)施工的自動化和智能化，整個攤鋪過程大大的減少了人員使用，可以有效減少人為誤差，保證施工質(zhì)量，降低勞動人員強(qiáng)度并大大提高工地的安全性。

拓普康3D攤鋪系統(tǒng)控制箱工作界面

3、施工全過程控制

基于mmGPS控制系統(tǒng)，拓普康毫米級的流動站可幫助用戶便捷地實現(xiàn)整個攤鋪作業(yè)的全過程控制。在正式攤鋪之前，可預(yù)先對道路設(shè)計的數(shù)字化模型進(jìn)行攤鋪前的精度和符合性檢查，便于提前發(fā)現(xiàn)問題，防患于未然。在實際攤鋪過程系統(tǒng)操作人員，可以通過mmGPS流動站對攤鋪后的松鋪路面進(jìn)行實時檢測對比，以實時并有效監(jiān)控攤鋪機(jī)的運行狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)有任何異常問題，可以第一時間進(jìn)行處理和解決。

攤鋪壓實完整后，還可以采用mmGPS流動站進(jìn)行復(fù)檢驗收，并可以基于攤鋪前及壓實后同一斷面位置信息的對比，幫助施工方核對松鋪系數(shù)等，從而實現(xiàn)攤鋪施工全過程質(zhì)量控制，實時掌控攤鋪工作質(zhì)量。

所有的攤鋪過程的實時連續(xù)控制，結(jié)合實時顯示的圖形化界面和毫米級精度的標(biāo)高數(shù)據(jù)信息，真正實現(xiàn)攤鋪施工的高質(zhì)量、全過程控制。

拓普康mmGPS流動站檢測現(xiàn)場

4、毫米級的高精度

系統(tǒng)為毫米級高程控制精度，為整個施工過程提供高精度的標(biāo)高基準(zhǔn)，通過逐層控制的有效手段，確保攤鋪路面符合設(shè)計標(biāo)高和厚度的要求，最大程度上避免優(yōu)質(zhì)材料的浪費；

5、全天候施工作業(yè)

系統(tǒng)施工不受光線條件的影響，可以 24 小時的全天候連續(xù)施工作業(yè)；

6、人性化顯示

系統(tǒng)用控制箱屏幕顯示當(dāng)前施工狀態(tài)，全中文操作界面，簡單易懂，便于操作者查看使用；

7、節(jié)約優(yōu)質(zhì)材料材料

通過優(yōu)化設(shè)計，可以精確控制層厚和平順性，最大程度上地節(jié)約材料成本，避免浪費。

高精度自動化攤鋪系統(tǒng)的核心技術(shù)

域激光技術(shù)的研發(fā)：

拓普康基于近三十年在高精度激光技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)積淀，于2005年全球首推了獨有的域激光技術(shù)，至今依然在業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)先地位，尚未有其他同類技術(shù)問世。

拓普康LZ-T5域激光發(fā)射器可為3D mmGPS控制系統(tǒng)提供可靠的、毫米級的高精度高程控制信號，其可以掃描一個高度達(dá)10米、半徑達(dá)300米的有效域激光定位區(qū)域，系統(tǒng)允許使用多達(dá)4臺的LZ-T5域激光發(fā)射器同時工作，為大范圍及高落差的施工工作區(qū)域提供便利條件，主要技術(shù)指標(biāo)簡列如下。

高程控制精度典型±2mm

測量半徑：300m

內(nèi)置自動調(diào)平

工作時間：約18小時

防塵防水等級：IPX6

允許PZL-1域激光接收器測量帶寬：±100（5～30m）、±5m（30～300m）

LZ-T5域激光發(fā)射器

PZS-MC域激光接收器包括一體化的GNSS接收天線和具有360°無死角的激光接收能力的激光接收元件。它可以同時接收GNSS衛(wèi)星信號和由域激光發(fā)射器發(fā)射的域激光信號，并通過電纜線將信號傳遞給GNSS接收機(jī)。GNSS/域激光接收器通常安裝在自動或手動可升降的桅桿上并與攤鋪機(jī)熨平板進(jìn)行剛性連接。

GNSS/域激光接收器與熨平板底的固定偏差在系統(tǒng)安裝時會進(jìn)行精密量測和校準(zhǔn)。在實際操作中，由于相對固定的幾何關(guān)系，由GNSS相位中心和激光接收元件的幾何中心可以精確推算出熨平板底的實時3D位置與高程，從而可以與設(shè)計數(shù)據(jù)進(jìn)行對比并通過控制攤鋪機(jī)液壓系統(tǒng)對熨平板進(jìn)行升/降控制實現(xiàn)毫米級高程精度。

防塵防水等級：IPX6

ID號碼可使關(guān)聯(lián)的激光發(fā)射器準(zhǔn)確無誤的鎖定目標(biāo)

可見LED燈，操作員可輕松確定目標(biāo)狀態(tài)

堅固的設(shè)計保證了其在最惡劣的工況下正常使用

PZS-MC域激光接收器

mmGPS流動站

mmGPS流動站主要由HiPer系列接收機(jī)和PZS-1域激光接收器和配套的控制器及軟件組成，為mmGPS系統(tǒng)的檢測設(shè)備。其用途是為了在施工過程按照項目要求或施工需要對攤鋪結(jié)果進(jìn)行事前和現(xiàn)場檢核。設(shè)計的數(shù)字化模型數(shù)據(jù)存儲在控制手簿中。通過實測得到的GNSS RTK 3D位置信息和域激光接收器得到的精密高程信息，可以檢核實際攤鋪結(jié)果與設(shè)計數(shù)據(jù)的差異。

兩個分組成：HiPer系列接收機(jī)+PZS-1域激光接收器

接收角度：水平：±10°垂直：±10°

操作簡便，開機(jī)即可工作，無需特別設(shè)置

毫米級高程定位及檢測精度

智能域激光技術(shù)，自動識別發(fā)射信號，無干擾

防護(hù)等級：IP67

拓普康3D-Office軟件的運用：

利用施工方提供的紙質(zhì)或電子版的道路設(shè)計數(shù)據(jù)，通過Topcon公司研發(fā)的3D-Office軟件，將路面設(shè)計參數(shù)和數(shù)據(jù)（縱斷面和橫斷面、縱坡和豎曲線、逐樁坐標(biāo)等參數(shù)）轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)軟件默認(rèn)的設(shè)計數(shù)據(jù)格式，我們將這個過程稱之為數(shù)字化3D道路施工建模（道路BIM）；這樣施工方提供的路面設(shè)計的坡度、超高、曲線要素、中線等參數(shù)就會在系統(tǒng)施工過程中自動實現(xiàn)，將道面的所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為帶三維精確地理信息的3D數(shù)字化成果，在攤鋪施工過程中只需進(jìn)行簡單的坡度和垂直偏移量值設(shè)置就可以進(jìn)行施工。

3D數(shù)字化道路BIM施工控制模型

處理之后生成的3D數(shù)字化模型，即TIN格式的數(shù)據(jù)需要導(dǎo)入到GX-60控制箱中和mmGPS流動站的控制器手簿中，方便后續(xù)工作的開展。

經(jīng)濟(jì)效益分析

經(jīng)濟(jì)效益：

1、碎石材料的浪費

施工作業(yè)中，不同基層采用不同的材料，不同的材料價格相差非常大，施工標(biāo)準(zhǔn)對每一層的厚度有嚴(yán)格規(guī)定，一般來說越是距離表層近的區(qū)域，材料越貴。同時，每層攤鋪厚度的準(zhǔn)確性還會直接影響工程質(zhì)量和施工成本，由于傳統(tǒng)施工更多的是著眼于對厚度的考慮，則對每一層標(biāo)高和平順性的控制精度不高，往往會造成表面瀝青層攤鋪時優(yōu)質(zhì)材料的浪費，甚至是不滿足施工的質(zhì)量要求。

2、測量工作量大，需要大量的輔助人員

由于2D控制系統(tǒng)需要大量的前期及攤鋪作業(yè)過程中的測量工作作為輔助，通常需要投入較多數(shù)量的專業(yè)測量人員和測量輔助人員，需要做很多攤鋪前期和攤鋪過程中的準(zhǔn)備工作。在連續(xù)的攤鋪施工作業(yè)，意味著大量工人的投入和增加作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度，從而不便于施工現(xiàn)場的安全管理，并很大程度上造成人員的疲勞等，不可避免的會增加施工出現(xiàn)錯誤和事故的幾率，難以保證施工質(zhì)量，并存在施工管理問題和安全隱患等。

以敦當(dāng)項目為例，傳統(tǒng)鋼絞線攤鋪方式最少需要測量大工2人，需要測量小工最少10人?，F(xiàn)在使用3D自動攤鋪控制系統(tǒng)，現(xiàn)場僅需大工1人小工1人就完全滿足生產(chǎn)需要。大大的節(jié)約了成本，提高了效率。

結(jié)論與建議

甘肅高等級公路項目在全面推行標(biāo)準(zhǔn)化和精細(xì)化施工，并積極推進(jìn)和廣泛采用新技術(shù)的應(yīng)用，通過對拓普康mmGPS 3D控制系統(tǒng)的引入使用，使得本項目的機(jī)械化施工水平和施工效率得到明顯提升。

施工單位深深的體會到高科技產(chǎn)品在道路施工領(lǐng)域為生產(chǎn)流程和生產(chǎn)力方面帶來的巨大變革和效益。建議在中鐵建系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行廣泛的推廣使用，使集團(tuán)公司奮斗在一線的筑路人盡快享受到科技成果為道路施工帶來的諸多便捷和綜合效益的顯著提升。

拓普康 mmGPS 3D攤鋪控制系統(tǒng)已成功應(yīng)用于：（可點擊項目名稱查看案例詳情）

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