拓普康3D智能摊铺在广东茂湛高速改扩建项目中的应用

01 应用背景 

2021年10月25日交通运输部印发了《数字交通“十四五”发展规划》（交规划发〔2021〕102号）的通知。“发展规划”中共提到十三次“数字化”、十四次“智能化”。并特别指出，以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，深入贯彻党的十九大和十九届二中、三中、四中、五中全会精神，立足新发展阶段，贯彻新发展理念，构建新发展格局，统筹发展和安全，以数字化、网络化、智能化为主线，以改革创新为根本动力。

广东省是国家改革开放大潮的发源地，更是勇于探索和创新的排头兵。茂湛高速改扩建工程是为沿线经济发展注入强大活力的重要举措，更是进一步增强粤西与珠三角互联互通和助力粤港澳大湾区发展的战略布局。中铁十二局一公司作为国家基础设施的重要建设者和参与者，积极响应国家号召，坚决贯彻文件精神，坚持以创新为引领，放眼世界的眼光，勇于探索和尝试，科学利用数字化技术，率先在全省范围内的高速公路改扩建项目中首家引入新型工艺3D路面摊铺即拓普康3D智能摊铺系统。通过采用3D智能摊铺系统取代传统2D摊铺工艺用于茂湛高速的改扩建工程。

水稳层摊铺常用的2D滑靴摊铺工艺，通常需要采用架设钢丝准绳的方式进行。首先，由于钢丝绳自身污染、具有弹性和挠度等造成精度误差。摊铺机在传输物料加大油门工作时，车身的抖动会使滑靴在钢丝准绳上跳动，加上钢丝绳自身下垂的挠度误差，使得标高只有在临近桩柱的位置是准确的，但是两个桩柱之间的位置可能会出现较大的误差。如此则会导致将含有误差的数据传输给摊铺机，造成熨平板调整过度频繁，摊铺出来的路面会出现一定幅度的波浪形，难以有效控制摊铺精度和保证平顺性，平顺性不佳会明显缩减道路的使用寿命，并会造成一定的材料浪费等。且准绳的架设需要专业的测量人员提前去放样、水准测量，并需要辅助人员去架设，也会带来更多的人工误差等。

采用3D摊铺技术能有效克服常规挂钢线施工时易出现的基准线下垂等问题，节省了传统的测量放样等工序，提高了作业效率，降低了施工安全风险。

“3D摊铺技术通过卫星全球导航定位系统和激光高精度测量系统，立体控制摊铺的高程精度和平面精度，相当于对路面进行3D‘打印’，平整精度误差可控制在3毫米左右。”茂湛高速改扩建项目负责人表示。

施工人员只需把路面、摊铺厚度等相关数据输入系统中，系统就会形成相关的3D数据，反馈到摊铺机上，机器的熨平板能及时地作出上下高度的调整，无需再由人工操作。

02 系统介绍 

拓普康3D智能摊铺系统由GNSS基准站、域激光发射器、mmGPS流动站和P63摊铺机自动控制系统四部分组成。系统工作时，GNSS基准站通过无线通讯技术实时向流动站发送RTK差分信号，同时域激光发射器实时向流动站发送高程信息；mmGPS流动站分别将接收到的GNSS卫星信号、GNSS基站的RTK差分信号和域激光发射器的高程信息，实时进行联合处理解算，即时获取实时厘米级的GNSS平面定位精度和毫米级的高程控制精度。

3D摊铺控制系统配置图

P63摊铺机自动控制系统利用配套的PZS-MC域激光接收器和MC-R3 GNSS接收机同时进行厘米级的RTK平面定位和毫米级的高程定位，实时定位的三维坐标数据传输到GX-60控制箱，系统将获得的当前3D坐标信息与事先导入的道路面层BIM模型设计数据进行对比，并实时生成对应点位的高程修正信息，这些高程修正信息通过一系列的算法生成对应比例的驱动信号，通过电磁阀驱动摊铺机牵引臂的液压油缸，进而使熨平板在相应方向上进行调整，弥补路面波动，实现按设计要求的平整度、坡度和厚度等自动化铺筑路面。

在工程施工领域，实现动态质量管理一直是普遍存在的痛点和难点问题。毫米级3D摊铺控制系统在摊铺过程中实时匹配3D数字化施工设计，自动、智能地控制熨平板升降，无需人工干预。但受施工环境的影响，为了确保熨平板始终保持正常的工作状态，系统还同时配套了用于实时检测摊铺质量的mmGPS流动站。在摊铺过程中，mmGPS流动站动态检测任意位置的摊铺面是否符合施工设计要求，若出现任何超出设计偏差范围的情形，根据偏差数值，可第一时间在系统的GX-60控制面板内调整摊铺机熨平板升降，以确保熨平板始终稳定且高质量地完成铺装作业。

铺装和压实作业完成后，还可再使用mmGPS流动站在完成的道路上做进一步的摊铺质量检查和数据采集，为每层摊铺的道路路面验收提供高质量的数据依据。基于以上采用mmGPS流动站在摊铺过程每个环节的质量控制和检查，可以真正意义上实现整个摊铺作业的全过程施工监控和动态质量控制，以按道路设计高质量完成摊铺作业，最终交付高质量的施工成果。

03 系统优势 

1、简化工序，提高效率，降低人力成本

支持BIM模型设计数据的导入，省去人工架设参照基准的工作，无需测量人员进行计算、设计、测量、放样、打桩、拉线、架导梁等准备工作，只需少量检测人员即可，摊铺机就绪后即可直接开始摊铺作业。

2、全天候作业，缩短工期

相比传统作业模式，系统采用自动化、智能摊铺作业，不受环境光照影响，作业精度一致，可全天候24 小时连续作业，有效推进施工进度，缩短工期，提升夜间施工质量。

3、施工全过程动态质量控制和管理

可实现摊铺前预先检查和摊铺过程的实时连续控制。摊铺前基于BIM设计可预先对道路设计的数字化模型进行检查，以及水准点和控制点的准确性，摊铺过程数字和图形结合实时显示摊铺状态，结合mmGPS流动站实时监控摊铺作业质量，对摊铺过程实时检测和摊铺后的复检验收，是实现施工全过程的动态质量控制和管理的体现。

4、单个毫米级域激光发射器可控制整个区域

独创的域激光技术采用1+N广播式信号播发模式，采用一台发射器可以同时为该区域内多台摊铺机系统和流动站提供毫米级高程基准，操作便捷，大幅降低了专业人员投入数量及综合投入成本。最多同时支持四台发射器交替设站，扩展了工作范围。

5、系统兼容性好

毫米级3D摊铺控制系统采用即插即用型设计，不需要改动机械的液压系统，可直接兼容市面上国产和进口主流品牌的所有摊铺机，即可用于水稳层的摊铺，也可以拆装到任意品牌的沥青摊铺机上重复使用，且无需任何摊铺机厂家单独开通授权码。

6、有效提高工地的安全性

应用毫米3D摊铺系统可显著降低现场辅助工人投入数量，减少人机交叉作业，是有效提升工地的安全管理水平重要技术支持手段，特别是对于不断流施工的改扩建工程，意义尤其重要。符合我国当前“以人为本，安全第一”的施工管理理念，并真正将其付诸于施工实际。

7、高标准的平整度、平顺性与厚度控制

整个过程中精确控制每一层路面摊铺的绝对高程，同时兼顾摊铺的坡度、平整度控制，最大程度上减少优质原材料的浪费，排除人为误差影响，摊铺作业精度可控，有效提升摊铺路面的平顺性，显著提升道路的使用寿命。

3D摊铺工艺与传统工艺对比

04 系统应用效果 

高速公路改扩建工程，新旧路拼接处无多余空间，悬线法施工存在诸多受限：一是空间不足，电脑感应系统无法安装行走；二是碾压过程中钢钎与钢线干扰，需拆除钢钎才可碾压。除此之外，改扩建的难点是新旧路面拼接，以旧路面标高为基准，动态调整新路面标高。鉴于以上局限性及特点，拓普康毫米级3D高精度智能摊铺系统更适合高速公路改扩建路面施工。

新旧路拼接处，悬线施工受限

3D摊铺成果数据统计表

路面结构层摊铺采用毫米级3D摊铺控制系统，打破了路面结构层摊铺需事先要打桩、挂线的传统。毫米级3D摊铺控制系统采用GNSS平面和域激光高程定位，全程无间断测量、检测；严格按照设计的项目数据直接在现场按照1：1的比例在现场进行施工，直接打通了业内从BIM设计到施工应用的制约瓶颈，将施工数据与设计数据完美结合，使摊铺后的路面结构层厚度均匀，表面平整；实时采集、记录摊铺过程数据，精确控制高程和横坡；省去了放样打桩、挂线的环节，解决了摊铺对挂线精度的依赖，减少人为误差，平整度精度可达±3毫米，同时解决了新旧路搭接位置放样打桩、挂线后压路机无法碾压到位的局限，全程动态监测、检测摊铺作业，真正实现了摊铺施工全过程的动态质量管理，为助力广东省“平安百年品质工程”的建设舔砖加瓦。

供稿：中铁十二局一公司茂湛高速改扩建项目TJ5标项目总工 惠强