内蒙古路桥集团有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010010

如今，针对部分无机结合料结构层以及沥青混凝土下面层铺筑，相关的工作人员通常采取走钢丝引导高程的方式进行铺设，而在铺设期间，因为受到钢丝绳自重下垂以及抄平放线等方面因素的干扰，导致高程放样不精准，使得结构层厚度不匀称，平整度变化明显。3D摊铺技术的应用可以相应地缩减辅助人员规模以及测量放线的准备时间，提升安全性，减少成本费用，提升摊铺精度，保障质量。我国包茂高速公路包头至东胜段改扩建工程在进行公路路面底基层以及基层摊铺作业中采取3D摊铺技术，提升了厚度均匀性和平整度合格率，提升路面一次合格的比率。

1 3D自动化摊铺系统施工优势

第一，传统作业朝着数字化作业方向转变。过去在进行工程设计的过程中，多采取CAD等软件设计二维及三维工程，上述设计工作一般只停留在计算机或者图纸上，很难将之付诸实际施工，导致设计和施工环节无法获得有效连接，拉低了设计文档应用的效率。3D自动化摊铺系统中的软件能够有效地弥补上述问题，有机地结合了工程设计以及施工等环节。第二，数字化摊铺施工的实现。该方法不要求人工搭设引导基准，而采取全站仪引导进行精确数字化作业。数字化摊铺施工在保证摊铺标高的过程中可以提升摊铺面的平整程度，能够提供较为完备的联合施工预案。针对施工信息，相关的工作人员能够经过统一平台与施工方进行分享，由此实现协同运作的目标，提升整体的工作效率。第三，施工流程的严格化控制。相关的工作人员能够对摊铺面三维坐标信息进行实时化检测，同时还能够实时反馈施工质量，严格把控施工的各个环节，达到施工流程透明化的效果。施工人员可以实时了解该路面结构施工层状况，在此期间还能够呈现施工报告实时掌控施工的过程，将数字化模型纳入机械控制，最终保证其能够在一次施工中符合规范。

2 3D自动化摊铺系统工艺原理

mmGPS 3D数字化摊铺自动控制系统包括两部分，即测量系统和摊铺自动控制系统。在正式摊铺之前，相关的工作人员需要依据设计规范将设计参数转变成3D信息输入系统。在摊铺的过程中，依据提前输入的设计指数、系统传输至测量系统的高程信号，通过一定信息处理后，在摊铺期间严控摊铺机牵引臂液压油缸，实时调控熨平板的朝向和高度，使摊铺路面的坡度和高程不断变化，由此避免路面大幅度波动的问题，进而提升路面的平整度和摊铺厚度。在此期间，系统全流程实时监测摊铺系数、控制摊铺效果，有助于工作人员在第一时间发现问题并进行反馈。

2.1 测量系统

测量系统由GNSS基准站、激光发射器以及mmGPS流动站组成，其工作过程如图1所示。在运作期间，相关的工作人员把GNSS基准站安置于已知坐标点方位上，而基准站则采用无线电的形式，朝着周边实时传送RTK改正信息、差分信号，由此给机载设施以及检测设施（即mmGPS流动站），从而带来厘米级3D定位基准点。激光发射器利用发射1000r/min、360°旋转、±5m的激光墙，朝着半径为300m的流动站和车载激光接收装置传输高程信息，带来毫米级高程基准。除此之外，mmGPS流动站还能够传输GPS卫星信号、GNSS基准站传输的差分信号以及激光发射器的高程数据，通过一定的处理，就能够获取平面厘米级和高程毫米级定位。mmGPS流动站常被用于检测施工期间的摊铺精度,然后再综合之前输入的设计信息，进一步解析当前实际路面摊铺的质量情况。

图1 GPS定位原理示意图

2.2 摊铺自动控制系统

摊铺自动控制系统包括控制器、机载GNSS/激光接收器以及GNSS接收机。GNSS接收机示意图如图2所示。在摊铺期间，机载GNSS/激光接收器能够在同一时间内传输测量系统内激光发射器传输的激光信号和GNSS卫星信号，同时将信号传输至GNSS接收机，通过接收机信号转换和数据处置后，获取摊铺机熨平板内平面及高程方位等信息，接着再将该信息传输到控制器，依据预先输入的设计参数产出驱动调控信号，再经过液压阀调控摊铺机牵引臂液压缸，进一步调控熨平板的朝向以及高程。除此之外，机载GNSS/激光接收器通常装配在自动或手动可升降的支杆之上，同时可以和摊铺机熨平板刚性连接。在安装期间，相关的工作人员要对机载GNSS/激光接收器以及熨平板的方位信息进行精准化测量以及校准，进而通过几何关系精准推算出熨平板底部的同步方位和高程。

图2 GNSS接收机示意图

3 3D自动化摊铺机控制系统施工作业流程

3.1 施工准备工作

（1）摊铺数据准备工作。内业数据准备工作就是指将传统的项目施工设计数据和图纸整合在一起，搭建三维数字模型，即通过3D摊铺系统配套的一系列软件将原本的项目二维设计蓝图转变为器械设施、测量设施可以自动识别的三维电子设计图。

（2）施工现场准备。在实际施工之前，相关的工作人员需要连接3D自动化控制系统中的各项元部件，使其顺利工作，确保下承层通过核查过关，同时保证现场各施工设施、工作人员根据规范到场，各作业设施、仪器试运作顺畅。施工现场准备工作主要包括以下几个环节：①安装并调控系统。先要保证摊铺机器械、电器、液压系统契合设施出厂的标准，同时还需要将系统安置于相对平整的场地，周边要提供配合辅助设施。②相关的工作人员要在现场加密测量控制点，核查控制点精度。③设计铺筑段数据。测量人员应提供线路设计水平定线参数、线路设计垂直定线参数、线路设计标准横断面图、线路设计逐桩坐标等数据信息。

3.2 施工摊铺阶段

（1）摊铺前，需要及时和现场施工负责人对接，确定摊铺机运作方向，和现场测量工作人员明确铺筑段的松铺参数。（2）合理选取全站仪架设方位，同时要仔细核查摊铺铺筑段原地面平整度，现场施工管理者要及时配合管控现场行驶的交通工具，在第一时间调度辅助施工人员，避免产生遮挡仪器的不良问题。（3）实现系统精准配置，进一步简化施工流程，由此缩减施工周期，并减少人力资源的投入，提升工作效率。（4）摊铺的实时测量检测，依据实时测量信息，3D自动摊铺系统可以进一步调控摊铺厚度、坡度以及实际朝向。（5）确保全自动3D控制精确，减少人为性误差，严格控制好各个摊铺层的摊铺实际标高、厚度以及坡度。

3.3 摊铺数据采集分析存档

首先，合理分析摊铺测量数据。相关的工作人员要依据现场采集数据进行分析，在利用3D自动化摊控制系统进行施工的过程中，不管是压实还是松铺检测，其摊铺标高和设计标高偏差要控制在10mm以下，而且要确保设备运作平稳，3D自动化摊铺控制系统的测量、施工精度完全契合施工技术规范标准。其次，相关的工作人员要完成数据存档工作。搭建数据库，根据实际情况以及规范储存测量数据，接着再向业务部门提供细分化的存档数据。

4 结束语

综上所述，3D摊铺能够实时获取摊铺效果反馈，而且能够进一步提升摊铺控制精度，在施工期间，激光系统控制高程精准，GPS系统控制方位以及朝向，摊铺厚度较为匀称，平整度俱佳，成型后的底基层、基层厚度、平整度等要素均符合设计标准。在此次工程实践中，上述方法在开展路面底基层、基层摊铺等工作中发挥着不可替代的作用，经济及社会效益显著，应用前景乐观，获得了诸多业主的认可。随着现代化施工的要求趋于精细化和数字化，挖掘机、推土机等设施的控制系统也会获得普遍应用。