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案例分享 | 拓普康3D摊铺系统在新疆机场项目中的应用

2021-03-15 14:50:45

机场路基和场地的面层施工质量对飞行器的行驶安全性和舒适性起着非常重要的作用。对飞机跑道来说,由于飞机起降的速度快、自身重量大等特点,对跑道的平顺性和层厚要求非常严格。传统施工中路面的平顺性控制主要是利用传统的滑靴和平衡梁的方式进行摊铺控制,传统工艺可以较好地对现有路面进行平滑处理,但控制效果很大程度上依赖于底层的施工质量。

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拓普康3D mmGPS摊铺控制系统是一种基于域激光和GNSS卫星定位控制的3D数字化施工工艺,基于该系统每一层的摊铺作业可完全按照设计进行施工,层层控制,从而可以达到从底基层开始进行高精度控制的铺筑效果。

建设背景
新疆伊宁机场地处新疆的西部,祖国的西北边陲,主要为伊犁及周边地区提供航运服务。伊犁历史上是“丝绸之路”的北道要冲,也是向西开放的门户。亚欧大陆桥的贯通,使伊犁成为中国通往欧洲的陆上通道,战略地位十分重要,是中国西北的屏障。在国家西部大开发和“一带一路”战略的推动下,地区、口岸贸易和旅游业快速发展,客货流量随之增大。

伊宁机场作为地区交通运输体系中重要组成部分的,其现有基础设施已不能适应和满足航空业务量快速增长的需求,进行伊宁机场的改扩建是提高机场的适应性、提高航空市场竞争能力、提高机场服务水平以及满足航空客运量快速增长的需要。进行改扩建也是机场自身发展的需要。

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伊宁机场项目概述
伊宁机场位于我国西部边陲重镇伊宁市,是伊犁哈萨克自治州的州政府所在地,是重要的交通枢纽。机场跑道长2400米,宽45米,现有停机坪2万平米,可同时停放4架大型客机,为4C级民用机场。由于近年来客流量增大,飞机起降架次增多,机场跑道和联络道使用年代较长,需要进行翻修加盖,同时为满足更多飞机停靠需求,需在航站楼东侧新增一个停机坪。2018年10月5日完成停机坪碎石稳定层的施工,其压实度和平整度满足施工条件,为使面层的水泥混凝土施工更好的开展,中间的两层水泥稳定砂砾底基层和水泥稳定碎石层采用国际上先进的拓普康3D mmGPS摊铺控制系统进行铺筑。

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伊宁机场平面图

伊宁机场位于伊宁市区北部,与城市中心广场直线距离约5km。跑道基准点坐标(WGS-84)为:北纬43°57′22″,东经81°19′50″,跑道真方位62~242(磁差偏东4),机场标高683.7m。本期工程规模按照2025年的预测值进行确定,飞行区等级指标按4D级进行建设,对现有跑道、掉头坪和道肩加宽,扩建站坪面积约为15143m²;新建国际航站楼面积8000m2,同时完善其它相应的配套设施,项目总投资为44339万元。

拓普康3D mmGPS摊铺控制系统简介
mmGPS技术是拓普康公司推出的世界上首款基于域激光技术且达到毫米级高程作业精度的摊铺控制系统。独创的LaserZone®域激光技术融合GNSS卫星定位技术使得摊铺作业完全摆脱了传统钢丝绳的束缚,使得摊铺工作变得轻松自如且高效。

系统主要由四部分构成:P-63车载组件,域激光发射器,GNSS基准站以及mmGPS流动检测系统。
P-63车载组件—即插即用型设计,无需对摊铺机进行液压改装,通过GNSS获取摊铺机位置信息、毫米级的域激光高程,基于3D数字化设计直接控制熨平板自动升降进行摊铺作业。
LZ-T5域激光发射器—域激光发射器架设在已知点上或任意架设用已知点做校核,发射包含高程编码信息的域激光束,提供毫米级的高程基准。
GNSS基准站—GNSS基准站为摊铺机作业提供空间位置信息。
mmGPS流动检测系统—mmGPS流动检测系统用于实时检测摊铺工作的质量,实现摊铺的全过程动态质量控制。

mmGPS系统应用情况介绍

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▲Topcon 3D mmGPS摊铺控制系统

拓普康mmGPS技术是可以实现毫米级高程精度的3D摊铺控制系统,该系统的应用对摊铺厚度的高精度控制可实现超高标准的平整度、平顺性;减少原材料浪费、节约成本;使摊铺作业摆脱传统钢丝线的束缚、无需放样、打桩,减少人员投入。

该项目水稳层摊铺使用的是徐工RP951A摊铺机,采用同向顺次摊铺,尾端横向摊铺进行收尾。

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工作流程
01 数据准备
首先将从设计单位获取的控制点和水准点信息转换为可被识别的数据格式,结合施工现场的布局情况以及施工方向选择合理的域激光发射器架设位置,并获取精确地位置信息。
02 数据设计
数字化施工的核心是施工数据的数字化和自动化。体现在本项目中就是将设计单位给定的纸质和CAD设计数据转换为可被系统识别、使用的数据格式(如控制点数据*.GC3,面层数据*.TN3等),然后以此为施工参考依据,通过GNSS RTK、域激光、无线通讯及液压控制等技术实现3D数字化数据向BIM施工成果的自动转换。

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03 摊铺介绍
摊铺作业开始前,先架设好GNSS基准站和LZ-T5域激光发射器,下载域激光发射器数据并检核数据,确保数据精度误差在规定的范围内,然后将包含控制信息的整个项目文件导出到摊铺机上的3D-MC软件中,使整套系统使用相同的数据文件,保证数据的一致性。

摊铺作业开始时,利用流动站将摊铺机熨平板调整到合适高度位置,然后将系统调整为自动控制模式,系统会以此为切入点与设计数据相结合。




04 数据检核
mmGPS流动检测系统是在常规GNSS流动站的基础上,加装一个域激光接收器,具备和车载域激光接收设备一样的毫米级高程精度的优势,测量人员利用其可以实时的检测摊铺的作业效果,实现摊铺过程的动态质量管理,并按需实时为摊铺机运行状态的调整提供参考依据。

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利用激光束参照面作为控制手段,代替常规机械设备中操作人员插钢钎判断深度的方法,自动控制摊铺机熨平板的升降高度,以便达到精确整平的效果。域激光发射器发射的激光束可在作业面上形成一个激光光学平面,该平面即作为整平作业的基准参照面。由于该参照面是处于一定空间高度的稳定平面,因而不受机群作业和其它因素的干扰。

域激光接收器的功用是接收激光发射器发来的含有高程信息的光信号,并根据相对基准参照面的高度变化将光信号转换成变化的电信号,并传输到控制器。

系统控制器将域激光接收器传递来的电位信号,经过数据分析处理后转换成控制信号,控制电磁比例换向阀通向熨平板提升或降低液压缸的油量和方向,实现熨平板的自动升降。

拓普康3D摊铺系统应用的价值和意义
使用拓普康3D mmGPS摊铺控制系统,对摊铺厚度的高精度控制可实现超高标准的平整度、平顺性;减少原材料浪费、节约成本;使摊铺作业摆脱传统钢丝线的束缚、无需放样、打桩,减少人员投入。

总结
近年来,我国的基础设施建设已逐步走在世界前列,对施工的精度和自动化程度的要求越来越高,信息化、数字化、智能化乃至无人化正逐步被应用在国内的施工领域。拓普康3D数字化机械控制技术在摊铺机上的应用,在国内历经十多年的发展和升级,技术已经非常成熟,该领域的发展潜力巨大,已得到相关部门及施工单位的格外重视和关注,作为标杆项目和技术被用户大力推进。拓普康3D mmGPS摊铺控制系统独有的广播式1+N信号传输模式,在行业内具有非常明显的优势,系统共用、共享性好,可以大幅节省基准设备和专业技术人员数量的投入,便于操作和切换,尤其在多机联铺的机群化作业施工中则更显优势,拓普康3D mmGPS摊铺控制系统现已成功应用于国内外多个大型机场、高速公路和赛车场等实际施工项目中。
 

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