基于3D数字化自动摊铺控制系统的沥青混凝土路面应用

王超 赵帅 赵琦*

（1.天津市交通运输基础设施养护集团有限公司 天津市 300201）（2.天津昆仑金环保科技有限公司 天津市 300300）

传统沥青混凝土路面施工模式下，由于缺乏对3D 摊铺技术的应用，经常因钢丝绳自重、抄平放线等因素的影响，造成高程放样出现精确度低、结构层厚度不均匀、平整度不达标等问题，而3D 数字化自动摊铺控制系统的出现和应用可以很好地解决以上问题，通过利用该系统，不仅可以缩短测量放线时间，还能保证施工人员的人身安全性，使得摊铺精度和质量得以大幅度提高。所以，在3D 数字化自动摊铺控制系统的应用背景下，如何科学地进行沥青混凝土路面施工是施工人员必须思考和解决的问题。

1 3D数字化技术概述

3D 数字化技术主要是指 采用人工获取的方式 ，加工拼接所获取的信息数据，并无缝集成各个孤立单视觉模型，然后，通过对该模型进行贴图、渲染处理，从而形成相应的三维数据文件，并向用户形象、生动地呈现数据采集运算过程。这种三维数字模型表现出较高的空间数据处理能力，不仅可以实现对重要数据的获取操纵，还能对重要数据进行组织、分析和展现，完全符合空间数据处理需求，为用户提供了意想不到的视觉体验，通过将该技术应用到沥青混凝土路面施工，可以实现对施工过程的真实化模拟和展示。

2 3D数字化自动摊铺控制系统工艺原理

该系统工艺原理为：在正式进入到摊铺施工之前，施工人员要严格按照设计规范，向该系统输入设计参数。在进行摊铺期间，根据提前输入的设计指数，将高程信号由摊铺控制系统传输到测量系统中，在完成信息处理的基础上，对摊铺机进行控制，以实现对臂液压油缸的精确化牵引，并对熨平板的高度和运动方向进行实时调整和控制，从而有规律性地改变摊铺路面的高程，防止路面出现大幅度的变化，确保路面的摊铺厚度得以显著提升。在整个过程中，该系统对摊铺系数、摊铺效果进行实时化、精确化监控和测量，便于相关人员及时发现和处理相关问题。该系统主要是由以下两个部分组成：

（1）测量系统。测量系统在实际运行中，需要在已知坐标点方位上，安装和固定GNSS 基准站，该基准站采用无线电方式，将RTK 改正信息传输到基准站周边，从而获得3D 定位基准点。

（2）摊铺自动控制系统。自动摊铺控制系统组成示意图如图1 所示，从图1 中可以看出，该系统主要是由控制器、GNSS 接收机和机载GNSS 等部分组成。

图1：自动摊铺控制系统组成示意图

在进行摊铺期间，机载GNSS 主要负责对激光信号的传输，确保该信号安全、可靠地传输到GNSS 接收机中，由GNSS 接收机对这些信号数据进行转换和处置，从而实现对熨平板内部高程方位等相关信息的全面化获取，在此基础上，向控制器传输这些信号，由控制器对结合所输入的设计参数，完成对驱动调控信号的产生和输出，从而实现对熨平板高程精确化调控。

3 基于3D数字化自动摊铺控制系统沥青混凝土路面施工方法

在3D 数字化自动摊铺控制系统的应用背景下，为了保证沥青混凝土路面施工水平，施工人员必须要严格按照如图2 所示的路面施工详细步骤进行施工。

图2：沥青混凝土路面施工详细步骤

3.1 布设导线控制点

导线控制点加密宜按以下要求选择：

（1）利用设计单位提供的导线控制点；

（2）并根据现场道路线形适当加密，每500‐1000m 布设1 个导线控制点；

（3）宜保证整个面层循环施工全过程中都能使用；复测导线控制，导线控制点加密后宜及时组织复测，复测工作宜按《工程测量规范》相关要求执行，导线控制点复测成果报批后方能使用[1]。

3.2 布设水准控制点

准控制点加密宜按以下要求选择：

（1）宜利用设计单位提供的水准控制点；

（2）根据现场道路线形适当加密，每100‐150m 布设1个水准控制点；

（3）宜保证整个面层循环施工全过程中都能使用；

（4）水准控制点的设置地点宜距施工现场10‐20m 以外，保证不受压路机振动的影响；

（5）宜避开建筑物或车辆遮挡对激光发射器信号的影响[2]；

（6）宜满足激光发射器能够安放对中的条件；复测水准点控制，水准控制点加密后宜及时组织复测，复测工作宜按《工程测量规范》执行，水准控制点复测成果报批后方能使用。

3.3 安装天线及激光接收装置

将天线及激光接收靶安装在固定好的钢管立柱上，宜按以下要求选择：

（1）接收靶宜高于摊铺机顶棚1m；

（2）双边控制系统宜左右两边对称并保持垂直[3]；将控制箱固定在摊铺机上，将天线接收电缆及激光接收靶电缆连接在控制箱上，连接好控制箱和摊铺机液压电磁阀之间联系的电缆，打开激光接收机开关，检查激光接收机显示灯：电源灯显示红灯，电源接通；绿灯闪烁，激光接收机正常运行，安装完成后宜设专人检查验收，经签字确认后方能使用。

3.4 设置道路参数

根据道路设计图纸提供的道路直线、曲线及转角表，纵坡、竖曲线表，逐桩坐标表将路线设计数据导入到控制箱中；道路参数的输入宜1 人录入，1 人复核，无误后方可导入系统控制箱。

3.5 确认激光发射器工作状态

架设激光发射器，启动激光发射器，对激光发射器工作状态的确认，对激光流动站安装、校正，测量校正精度能满足任意两个轴方向上的测量结果均小于10″的条件[4]，激光发射器校正后宜设专人检查复核，经签字确认后方能使用。

3.6 确定摊铺机3D摊铺参数

测量取GPS 天线到地面高度、天线中心轴水平方向到熨平板的距离、天线中心轴垂直到熨平板的距离、摊铺机熨平板的长度并将数据输入到控制箱中[5]。

3.7 校准电磁阀

将摊铺机启动到运行状态，打开控制面板，分别设置熨平板左侧或右侧的电磁阀，当电磁阀数值调整到相应的液压缸开始动作的临界值时即为合适的数值。

3.8 架设与校正激光发射器

在已知水准控制点上架设激光发射器，将流动站架设在与发射器同一水平面上，大约30 米外，对发射器的四个面进行测量校正。

3.9 架设GPS基准站

在待铺筑路面的路段选择一个导线控制点，将GPS 基准站架设在导线控制点上；在待铺筑路面的路段选择一个导线控制点，将GPS 基准站架设在导线控制点上[6]。下列情况下可能影响GPS 基准站的信号质量：

（1）导线控制点距施工路段较远；

（2）导线控制点附近高大建筑物。

3.10 设置控制点参数

创建控制点文件，将导线控制点的名称及坐标信息输入到导线控制点文件中去。

3.11 设置GPS基准站参数及启动GPS基准站

输入GPS 基准站的高度和电台信息，完成GPS 接收信号的设置，完成接收机的初始化，启动GPS 基站。

3.12 校正点位

包括GPS 基准站架设在已知点位的校正及GPS 基准站架设在未知点位的校正；GPS基准站架设在已知点位的校正：输入GPS 基准站架设在已知导线控制点的坐标、天线高度，设置天线类型，点击校正功能键进行校正，校正GPS 基准站架设在未知点位[7]；输入当前GPS 流动站架设在已知导线控制点的坐标、天线。

3.13 安装和固定激光流动站

将激光流动站安装在对中杆上并固定，打开激光流动站、流动站手薄开关，输入激光发射器参数、激光流动站参数；将激光流动站放在激光发射器附近的控制点上并对中，测量该控制点的各项参数，其相对误差宜满足下列要求时，激光流动站方能使用：

（1）平面测量误差，不大于1cm；

（2）高程测量误差，不大于1mm。

3.14 确定摊铺机工作参数

按试验段确定的松铺系数设定好虚铺工作面摊铺厚度，起始段摊铺机摊铺按摊铺厚度调整好熨平板的高度和仰角的角度。

3.15 摊铺机起步处理

摊铺机起步时放木板垫熨平板，使摊铺起步的时候安照设计厚度开始摊铺,熨平板仰角打至正常摊铺的角度，熨平板高度归零，摊铺时打开控制面板，点击启动，摊铺机进入自动摊铺状态；当第1 台摊铺机距第2 激光发射器较近或第1 激光发射器被遮挡后将仪器切换到第2 激光发射器，同理当第2 台摊铺机距第2 激光发射器较近时切换到第2 激光发射器；在第2 台摊铺机切换到第2 激光发射器后，关闭第1激光发射器，并转到下一个水准控制点上安装。

4 基于3D数字化自动摊铺控制系统沥青混凝土路面施工流程

为了充分发挥和利用3D 数字化自动摊铺控制系统的应用优势，保证沥青混凝土路面施工质量，施工人员要严格按照如图3 所示的施工流程进行施工。

图3：基于3D 数字化自动摊铺控制系统沥青混凝土路面施工流程

4.1 施工准备工作

施工准备工作主要包含以下两个环节：

（1）摊铺数据准备。摊铺数据准备主要是指将项目施工相关图纸和数据进行有效地结合，并完成对三维数字模型的成功搭建，然后，借助3D 数字化自动摊铺控制系统，将二维设计图纸直接转变为三维电子设计图纸，便于后期相关设施设备做的精确化测量[8]。

（2）施工现场准备。在这一环节中，施工人员要借助3D 数字化自动摊铺控制系统内部各项部件，保证下承层质量。此外，还要确保施工现场各个设施能够正常稳定地运行，保证相关施工人员能够规范进出施工现场。施工现场准备主要包含以下几个步骤：第一，安装和使用3D 数字化自动摊铺控制系统。在保证摊铺机器、电器等设施质量的基础上，将该系统部署和安置于施工现场，并将辅助设施搭建在施工现场的四周。第二，施工人员要对施工现场的控制点进行加密测量[9]，并对这些控制点的精确度进行一一检查。第三，设计铺筑段数据。测量人员要做好对水平定线参数和线路逐桩坐标等相关数据测量和整理。施工准备流程如图4 所示 。

图4：施工准备流程

4.2 施工摊铺阶段

在正式进入施工摊铺之前，相关人员要在第一时间内与施工现场的负责人做好工作交接，确保摊铺机运行的稳定性和安全性，并与测量人员进行积极沟通，确定出铺筑段相关参数。此外，要确定出合理的全站仪器架设方位，并对摊铺路面的平整度进行检查，确保摊铺路面平整度符合相关设计标准和要求。同时，还要对该系统进行精确配置[10]，确保整个施工流程得以有效优化和完善，从而起到缩短施工周期的作用，降低人力成本、物力成本和财力成本，从而获得较高的施工效率。在进行摊铺施工期间，施工人员要对相关测量信息进行实时化、精确化测量，并利用3D 数字化自动摊铺控制系统，对摊铺厚度和坡度进行科学调整和控制。最后，还要做好对该系统精确度控制，将人为误差出现的概率降到最低，从而实现对摊铺标高、坡度和厚度等参数的精确化控制和调整。

4.3 摊铺数据采集分析存档

首先，为了实现对摊铺测量数据的科学化、精确化分析，施工人员要对所采集好的施工现场相关数据进行分析，同时，还要利用3D 数字化自动摊铺控制系统，对路面压实和松铺相关参数进行精确化检测，并将摊铺标高控制在11mm 以下，同时，还要在保证系统稳定运行的基础上，确保最终测量结果和施工精确度完全符合相关施工标准和要求。其次，还要结合沥青混凝土路面施工实际情况，对所测量的数据进行安全、可靠地存储，并向上级部门提供所整理好的存档数据。

5 结束语

综上所述，通过将3D 数字化自动摊铺控制系统科学地应用到沥青混凝土路面施工中，不仅可以实现对摊铺精确度的科学控制，还能保证摊铺厚度的均匀性和平整度，确保成型后的基层厚度和摊铺平整度完全符合相关设计标准和要求。所以，为了进一步提高沥青混凝土路面施工水平，施工人员要重视对3D 数字化自动摊铺控制系统的科学应用。