3D 数字化智能控制技术在沥青路面下面层摊铺施工中的应用研究

2021-03-08赵秀娟

工程建设与设计 2021年2期

关键词：棱镜摊铺机全站仪

赵秀娟

（江苏镇江路桥工程有限公司，江苏镇江212000）

1 工程概况

宜兴至长兴高速公路江苏段YC-21 标路面施工项目路线全长25.453km，主要工作内容为主线、匝道的路面底基层、基层、沥青混凝土面层施工。

2 3D 数字化智能控制技术

3D 施工技术控制系统主要由三维位置定位系统、车载控制系统和3D 施工辅助软件3 部分组成。3D 摊铺控制系统设备有：测量机器人、360 徕卡棱镜、桅杆坡度传感器、横坡传感器、电台、主控制器、桅杆、连接线缆、3D 施工辅助软件。将道路设计数据、里程桩设计坐标、采集下承层数据导入三维数据建模软件建模，通过3D 数字化智能控制系统和测量机器人实现施工过程系统自动进行控制，无须测量放样和找基准线，实现施工数字化和精准化。

3 工程应用情况

3.1 施工技术配置方案

本工程采用双机连铺，如图1 所示。3D 施工技术配置为：2台摊铺机、4 根桅杆、6 个360°棱镜、3 台机器人全站仪、1 台全站仪。先行摊铺机在摊铺机两侧大臂上安装一根桅杆和一个360°棱镜，两侧全部实现3D 控制。后行摊铺机外侧采用3D 控制，大臂上安装1 根桅杆和1 个360°棱镜，内侧以先行摊铺机的工作面为基准走接触式传感器（滑靴）控制高程。3 台测量机器人分别单独跟踪和测量桅杆上的棱镜。第四台测量机器人用于“蛙跳”，用于施工数据检测和“蛙跳”，即当前2 台全站仪测量倒站时，第三台和第四台测量机器人用于替代其中1 台测量棱镜，确保施工连续不间断。

图1 双机联铺配制方案示意图

3.2 3D 技术摊铺施工工艺流程

3D 技术摊铺施工工艺流程如图2 所示。

图2 3D 技术摊铺施工工艺流程

3.3 3D 技术摊铺施工

3D 技术摊铺施工过程为：

1）车载设备的安装与校准。

2）下承层三维数据采集。施工前，采用水准仪及全站仪采集下承层三维坐标，一般每10m 一个断面，每断面3 个点。

3）三维数据建模拟合。（1）建模：将采集的下承层数据及设计三维数据导入3D 施工辅助软件，进行三维建模，形成里程桩坐标、施工线形、施工模型、检测模型文件[1]；（2）建模拟合：建模完成后，系统对单点数据从点、线、面方面进行整合，形成一个平滑的施工面，施工前检查模型有无异常点及结构层厚度、横坡度是否符合设计要求，确认无误后方可导出数据。如施工模型是有异常凸起和下凹现象，在平整度、横坡度不受影响的前提下进行调整，保证结构层厚度，避免因设计数据异常导致的道路摊铺问题。

4）三维数据导入。建模完成后将数据转化为主控制器可识别的文件拷入存储卡，把里程坐标文件、施工线形文件、施工模型文件导入主控制器，检测模型文件测量机器人。

5）测量机器人设站。测量机器人设站用已知点建站和后方交会建站，建站时注意棱镜跟仪器间的通视及施工设备对其的干扰，测量机器人的最佳测距为200～250m，一般情况下架一站仪器可以施工400～500m。

6）控制系统的启用。测量机器人安设完毕后，打开控制器，把导入的数据项目打开，将测量机器人切换到控制模式，此时测量机器人将会自动跟踪棱镜捕获三维坐标数据，并通过摊铺机系统上的数据传输电台实时将棱镜坐标数据传送到摊铺自动控制系统的控制箱中，控制箱将获得的当前坐标信息与设计卡中的三维数据进行对比，生成相应的高程修正信息并传递摊铺机左右两侧边控箱，由边控箱对应生成相应的比例驱动信号，通过液压阀驱动摊铺机牵引臂液压油缸使熨平板进行相应方向的调整和修正，从而使摊铺道面产生坡度和高程变化，弥补路面波动，实现所要求的路面平整度。控制系统开机后要确保机器人360°棱镜跟踪正确。

7）摊铺过程控制。摊铺起步后，实时检测摊铺面的标高并进行调整，尤其是在刚起步时要紧跟检测，及时调整达到设计要求，正常后3D 控制系统自动控制，每20m 检测一次，进行调整。施工过程中要注意运输车及障碍物对360°棱镜的遮挡，及时进行调整。