基于3D机械控制的沥青路面智能施工技术研究与应用

凌高祥 王彤 张苏龙 毛益佳

摘  要：在传统摊铺机施工作业中，需要测量人员提前放桩挂线或者架设铝梁来给机上的操作手提供参照物，因此施工质量在很大程度上依赖施工人员的操作水平。针对以上情况，本文开发基于3D机械控制的沥青路面智能施工技术，该技术可在摊铺施工中实现对高程，厚度和坡度的精准自动控制，大大降低人为因素对施工质量的影响，显著提高了施工质量。

关键词：沥青路面;机械控制;摊铺施工;精准控制

中图分类号：U416  文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2020）07-0000-00

0前言

沥青混凝土面层以其行车安全舒适，晴天无扬尘，雨天无泥浆，自我修复性强等优点被广泛应用于我国高等级公路建设中，特别是东西部干早少雨，冬夏温差大的地区被广泛使用。目前，由于沥青混凝土路面早期破坏现象严重，因此沥青混凝土路面的精细化施工尤为重要，其中沥青混凝土的摊铺、碾压环节显得更为关键。而传统的路面摊铺施工工序繁杂，且对机械及人员的配合，天气等各方面要求较高，因此在转弯、超高曲线和其它横坡变化的设计中，要准确地设置挂线几乎是不可能做到的。针对目前路面施工过程中存在的问题，近年来新兴的信息化技术为提升路基路面的建设质量提供了有力支撑。采用3D摊铺控制技术可有效实现摊铺过程中路面平整度的提升[1]。3D摊铺控制技术是通过现场测量、生成3D施工模型、模型数据输入机载电脑，最后直接对摊铺机的施工厚度和路面高程进行控制，与传统施工工艺相比无需打桩拉线放样，减少了施工准备工作，提高了道路平顺度和作业精确度，同时将材料的使用量降到最低[2]。

1 3D摊铺技术原理

1.1 技术原理

3D摊铺技术是通过全站仪跟踪安装在摊铺机上的光学标靶，获得毫米级的定位精度，通过电台将定位数据实时传送到摊铺机控制系统，由控制系统对机载3D设计高程和实际高程进行实时对比，并将产生的高程修正信息传递到液压控制系统，通过液压系统驱动油缸牵引熨平板至设计高程和设计坡度，从而实现摊铺机的自动控制。

1.2 系统组成

摊铺机根据路面宽度、厚度、结构层选择合适的摊铺机械及数量。摊铺机找平系统必须符合 MOBA协议或者是福格勒摊铺机。涉及的硬件主要有测量机器人、360°棱镜、桅杆坡度传感器、横坡传感器、数传电台、主控制器、桅杆、连接线缆、3D施工辅助软件。

2施工方案

2.1 工程简介

331省道宝应段起自射阳湖镇北，接331省道盐城西段，向西南跨越蔷薇河、宝射河，与264省道交叉，经鲁垛镇、小官庄镇，上跨京沪高速公路，下穿在建连淮扬镇铁路，与233国道交叉，跨京杭运河，经宝应湖，止于宝应与金湖交界处，是宝应县重点民生工程，全线采用一级公路标准，设计速度为100km/h，京杭运河大桥至233国道交叉口按双向八车道设计，233国道交叉口至跨京沪高速分离式立交桥按双向六车道设计，其余路段按双向四车道设计。本文沥青3D摊铺试验段桩号为：K32+000～K34+000，长度为2km，半幅摊铺宽度为16m，每台摊铺机施工宽度为8m。左半幅采用传统施工方案，右半幅采用3D机械控制智能施工技术施工方案。

2.2 3D機械控制智能施工技术配置方案

下面以双机连铺配置方案进行说明，多机连铺以此类推。

（1）两台摊铺机四根桅杆和六个 360度棱镜。

（2）三台机器人全站仪分别单独测量棱镜。

（3）第四台全站仪用于施工数据检测和“蛙跳”。

“蛙跳”-即当前三台全站仪测量倒站时，第四台全站仪用于替代其中一台测量棱镜，确保施工连续不间断。

（4）先行摊铺机两侧全部实现 3D控制，第二台摊铺机内侧以先行摊铺机工作面为基准走接触式传感器（滑靴）控制高程;外侧采用 3D控制。

3试验数据分析

3.1 人员分析

采用3D机械控制智能施工技术，两台连铺摊铺机需要的人工数量为32人;采用传统摊铺施工技术，两台连铺摊铺机需要的人工数量为41人。因此，采用3D机械控制智能施工技术可减少辅助工人9人，节约人力资源22%。

3.2 厚度检测分析

分别在K32+000～K34+000，左半幅采用传统施工方案区域取芯28个，右半幅采用3D机械控制智能施工技术方案区域取芯28个。并利用游标卡尺测量每个芯样3处的高度，取其平均值作为该处取样点的层厚，检测结果如图1所示。3D机械控制智能施工技术施工和传统摊铺施工技术厚度的标准差分别为1.944和4.234，表明3D机械控制智能施工技术控制厚度的性能远高于传统摊铺技术。

3.3 平整度检测分析

沥青路面施工完成后通过八轮平整度仪对3D机械控制智能施工区域和传统摊铺施工区域的平整度进行检测，结果如图2所示。用3D机械控制智能施工区域平整度平均值为0.90mm;采用传统摊铺工艺进行沥青路面施工，平整度平均值为1.13mm，表明3D摊铺工艺可较好的提升路面平度。

4结论

基于3D机械控制的沥青路面智能施工技术可以快速、精确施工，缩短工期，无需测量人员放桩挂线或放置铝梁等，大大缩减人力成本和管理成本，同时良好的厚度和平整度控制可有效提高施工质量。

参考文献

[1] 卢俏宇，周洪剑.公路工程3D技术路面施工应用分析[J].西部交通科技，2018（3）：26-29+148.

[2] 刘付旭.浅谈3D自动化摊铺系统在公路工程施工的应用[J].西部交通科技， 2018（3）：23-25.

收稿日期：2020-05-08

作者简介：凌高祥（1983—），男，江苏盐城人，硕士，高级工程师，研究方向：新材料、新工艺、智慧工地建设。

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