【案例分享】拓普康3D摊铺控制系统在敦当高速项目中的应用

项目背景 

五十年前，人们印象中的公路建设就是“石子、砂子加劳动力”身边的老铁们经常会给我讲起，他们那时用一把铁锹、一把镐、一根扁担两个筐来修路。与今天我们所用到的先进设备与技术来讲，简直让人恍如隔世......

国内的摊铺作业仍多采用传统的2D自动控制调平系统，通常采用滑靴传感器接触基准线（钢钎挂钢线）进行现场施工来实现对摊铺厚度和平顺性的控制。

相比现在欧美等发达国家多采用的3D控制系统摊铺作业方式，传统的2D摊铺作业整个施工作业过程需要过多的人工干预，自动化程度不够，在很大程度上浪费了施工单位的人力、物力、财力，并由于传统设计和施工理念及应用技术的限制，在摊铺施工中还存在一些摊铺作业理念和技术需要改进及提高。

在2019年7月，时任中铁十九局敦当高速一标项目测量队的队长赵永浩到敦煌至当金山口高速公路一合同段通过研究学习，采用3D数字化控制系统替代传统基准线（钢绞线）。在路面施工的方法上进行大胆探索，并引进拓普康毫米级GPS 3D摊铺机控制系统。应用情况良好，大大的提高了路面施工高程、厚度、中线偏位的精度，也节约了材料，减少了测量人员及辅助人员的投入。在路面施工的质量上及经济效益上都得到了有效的提高。

效果评价

拓普康3D毫米级精度摊铺施工技术使用效果评价：

1、无桩化摊铺

无需测量人员进行现场测量放桩和架设参考基准线，减少现场挂线架梁等工序，减少辅助人员的投入，使现场管理更高效，提高安全性；

拓普康3D摊铺系统施工现场

2、数字化施工

系统应用时将设计院的纸质或电子设计，通过配套的数字化软件，将设计数据转变为系统可识别的标准格式的设计数据导入系统控制器，从而可以实现智能化、数字化的摊铺施工，在整个摊铺过程中，系统通过基于设计的数字化成果即施工道路的设计3D模型（道路BIM），通过系统定位的信息实时和设计进行精确的平面和标高匹配，根据差值信息自动化调整熨平板的升降，实现摊铺作业施工的自动化和智能化，整个摊铺过程大大的减少了人员使用，可以有效减少人为误差，保证施工质量，降低劳动人员强度并大大提高工地的安全性。

拓普康3D摊铺系统控制箱工作界面

3、施工全过程控制

基于mmGPS控制系统，拓普康毫米级的流动站可帮助用户便捷地实现整个摊铺作业的全过程控制。在正式摊铺之前，可预先对道路设计的数字化模型进行摊铺前的精度和符合性检查，便于提前发现问题，防患于未然。在实际摊铺过程系统操作人员，可以通过mmGPS流动站对摊铺后的松铺路面进行实时检测对比，以实时并有效监控摊铺机的运行状态，一旦发现有任何异常问题，可以第一时间进行处理和解决。

摊铺压实完整后，还可以采用mmGPS流动站进行复检验收，并可以基于摊铺前及压实后同一断面位置信息的对比，帮助施工方核对松铺系数等，从而实现摊铺施工全过程质量控制，实时掌控摊铺工作质量。

所有的摊铺过程的实时连续控制，结合实时显示的图形化界面和毫米级精度的标高数据信息，真正实现摊铺施工的高质量、全过程控制。

拓普康mmGPS流动站检测现场

4、毫米级的高精度

系统为毫米级高程控制精度，为整个施工过程提供高精度的标高基准，通过逐层控制的有效手段，确保摊铺路面符合设计标高和厚度的要求，最大程度上避免优质材料的浪费；

5、全天候施工作业

系统施工不受光线条件的影响，可以 24 小时的全天候连续施工作业；

6、人性化显示

系统用控制箱屏幕显示当前施工状态，全中文操作界面，简单易懂，便于操作者查看使用；

7、节约优质材料材料

通过优化设计，可以精确控制层厚和平顺性，最大程度上地节约材料成本，避免浪费。

高精度自动化摊铺系统的核心技术

域激光技术的研发：

拓普康基于近三十年在高精度激光技术领域的研发积淀，于2005年全球首推了独有的域激光技术，至今依然在业内处于领先地位，尚未有其他同类技术问世。

拓普康LZ-T5域激光发射器可为3D mmGPS控制系统提供可靠的、毫米级的高精度高程控制信号，其可以扫描一个高度达10米、半径达300米的有效域激光定位区域，系统允许使用多达4台的LZ-T5域激光发射器同时工作，为大范围及高落差的施工工作区域提供便利条件，主要技术指标简列如下。

高程控制精度典型±2mm

测量半径：300m

内置自动调平

工作时间：约18小时

防尘防水等级：IPX6

允许PZL-1域激光接收器测量带宽：±100（5～30m）、±5m（30～300m）

LZ-T5域激光发射器

PZS-MC域激光接收器包括一体化的GNSS接收天线和具有360°无死角的激光接收能力的激光接收元件。它可以同时接收GNSS卫星信号和由域激光发射器发射的域激光信号，并通过电缆线将信号传递给GNSS接收机。GNSS/域激光接收器通常安装在自动或手动可升降的桅杆上并与摊铺机熨平板进行刚性连接。

GNSS/域激光接收器与熨平板底部的固定偏差在系统安装时会进行精密量测和校准。在实际操作中，由于相对固定的几何关系，由GNSS相位中心和激光接收元件的几何中心可以精确推算出熨平板底部的实时3D位置与高程，从而可以与设计数据进行对比并通过控制摊铺机液压系统对熨平板进行升/降控制实现毫米级高程精度。

防尘防水等级：IPX6

ID号码可使关联的激光发射器准确无误的锁定目标

可见LED灯，操作员可轻松确定目标状态

坚固的设计保证了其在最恶劣的工况下正常使用

PZS-MC域激光接收器

mmGPS流动站

mmGPS流动站主要由HiPer系列接收机和PZS-1域激光接收器和配套的控制器及软件组成，为mmGPS系统的检测设备。其用途是为了在施工过程按照项目要求或施工需要对摊铺结果进行事前和现场检核。设计的数字化模型数据存储在控制手簿中。通过实测得到的GNSS RTK 3D位置信息和域激光接收器得到的精密高程信息，可以检核实际摊铺结果与设计数据的差异。

两个部分组成：HiPer系列接收机+PZS-1域激光接收器

接收角度：水平：±10°垂直：±10°

操作简便，开机即可工作，无需特别设置

毫米级高程定位及检测精度

智能域激光技术，自动识别发射信号，无干扰

防护等级：IP67

拓普康3D-Office软件的开发运用：

利用施工方提供的纸质或电子版的道路设计数据，通过Topcon公司研发的3D-Office软件，将路面设计参数和数据（纵断面和横断面、纵坡和竖曲线、逐桩坐标等参数）转换为系统软件默认的设计数据格式，我们将这个过程称之为数字化3D道路施工建模（道路BIM）；这样施工方提供的路面设计的坡度、超高、曲线要素、中线等参数就会在系统施工过程中自动实现，将道面的所有数据转化为带三维精确地理信息的3D数字化成果，在摊铺施工过程中只需进行简单的坡度和垂直偏移量值设置就可以进行施工。

3D数字化道路BIM施工控制模型

处理之后生成的3D数字化模型，即TIN格式的数据需要导入到GX-60控制箱中和mmGPS流动站的控制器手簿中，方便后续工作的开展。

经济效益分析

经济效益：

1、碎石材料的浪费

施工作业中，不同基层采用不同的材料，不同的材料价格相差非常大，施工标准对每一层的厚度有严格规定，一般来说越是距离表层近的区域，材料越贵。同时，每层摊铺厚度的准确性还会直接影响工程质量和施工成本，由于传统施工更多的是着眼于对厚度的考虑，则对每一层标高和平顺性的控制精度不高，往往会造成表面沥青层摊铺时优质材料的浪费，甚至是不满足施工的质量要求。

2、测量工作量大，需要大量的辅助人员

由于2D控制系统需要大量的前期及摊铺作业过程中的测量工作作为辅助，通常需要投入较多数量的专业测量人员和测量辅助人员，需要做很多摊铺前期和摊铺过程中的准备工作。在连续的摊铺施工作业，意味着大量工人的投入和增加作业人员的劳动强度，从而不便于施工现场的安全管理，并很大程度上造成人员的疲劳等，不可避免的会增加施工出现错误和事故的几率，难以保证施工质量，并存在施工管理问题和安全隐患等。

以敦当项目为例，传统钢绞线摊铺方式最少需要测量大工2人，需要测量小工最少10人。现在使用3D自动摊铺控制系统，现场仅需大工1人小工1人就完全满足生产需要。大大的节约了成本，提高了效率。

结论与建议

甘肃省高等级公路建设项目在全面推行标准化和精细化施工，并积极推进和广泛采用新技术的应用，通过对拓普康mmGPS 3D控制系统的引入使用，使得本项目建设的机械化施工水平和施工效率得到明显提升。

施工单位深深的体会到高科技产品在道路施工领域为生产流程和生产力方面带来的巨大变革和效益。建议在中铁建系统内进行广泛的推广使用，使集团公司奋斗在一线的筑路人尽快享受到科技成果为道路施工带来的诸多便捷和综合效益的显著提升。

拓普康 mmGPS 3D摊铺控制系统已成功应用于：（可点击项目名称查看案例详情）

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