【案例分享】拓普康3D摊铺系统在沿太行高速安阳段的应用

项目概况

沿太行高速安阳段项目是河南省“13445工程”第一批切块项目，也是河南省高速公路规划网2021-2035中沿太行山高速公路的重要组成部分。路线全长83.8公里，其中新建段落58.93公里，与南林高速共线24.87公里，全线位于林州市境内。项目采用BOT模式，由河南省交通运输发展集团有限公司牵头与中交第二公路工程局有限公司、河南省公路工程局集团有限公司组成的联合体共同完成建设。

本项目施工共分YASG-1标段和YASG-2标段两个标段进行实施，其中由中交二公局四公司承建的YASG-2标段第一、二工区均采用拓普康3D摊铺系统用于水稳层的摊铺作业。拓普康3D摊铺系统是预先对道路施工设计进行3D数字化即BIM建模，通过全球卫星导航定位系统和域激光技术，高精度立体控制摊铺作业的平面和高程精度，实现了摊铺作业的自动化控制。通过将BIM设计直接用于道路施工作业，相当于直接对路面进行3D“打印”，本项目采用全球领先的3D数智化施工技术，实现了“自动化增效”、“数字化提质”和“智能化减人”。

引入3D摊铺技术

中交二公局四公司作为沿太行高速安阳段的施工主体，在本项目中率先采用了拓普康3D mmGPS摊铺控制系统，保障了项目施工实施科学、规范的进行，并满足业主和总监办对确保工程质量和工期进度的高标准要求，通过数字化管理，全流程控制，全面提升施工工艺，按期高质量完成水稳摊铺的阶段性工作。

始于2022年9月底，在本项目的水稳层试验段启动阶段，中交二公局四公司即在一工区率先采用拓普康3D mmGPS摊铺控制系统配套天顺长城摊铺机进行水稳层的精准摊铺控制，试验段成功完成并在养护结束后，即正式开始采用3D摊铺控制系统进行水稳层的连续摊铺作业。

随后的10月初，二工区也采用拓普康3D摊铺控制系统进行水稳层试验段的摊铺施工，至此两个工区全面开始采用拓普康3D摊铺控制系统进行水稳层高精度摊铺施工作业。

拓普康3D mmGPS摊铺系统是基于道路BIM建模技术，结合卫星定位和激光控高技术，实现自动化、简约化、高精度施工的机械自动化施工控制系统。通过卫星实时差分定位和激光控高技术，无需事先测量放样、砸桩挂线和架设导梁，大幅减少劳动力的投入，减少人机交叉作业的安全隐患，同时避免人为因素对道路平整度、高程等关键数据的影响，将施工精度提高到毫米级别。

拓普康3D mmGPS摊铺控制系统的特点

一、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。

二、全天候施工作业

系统控制箱屏幕显示当前施工状态，简单易懂，便于操作者查看，施工条件不受光线的影响，可以 24小时的全天候连续施工作业。

三、毫米级别的高程精度

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，避免优质材料的浪费。

四、域激光（LaserZone）技术

基于拓普康域激光技术，单台域激光发射器，即可实现在10m（高）*300m（半径）区域内为所有的域激光接收器（摊铺机上的PZS-MC和mmGPS流动站的PZS-1）同时提供毫米级的域激光信号。

五、1+N工作模式，基准数据共享性好

不同于拓普康上一代全站仪式的3D摊铺系统即一对一的原始工作模式，拓普康3D mmGPS摊铺系统的控制基准采用实时数据共享机制，单台域激光发射器和GNSS基站可为多台设备同时提供高精度的3D定位信号，即支持1+N的工作模式，显著提高现场基准数据利用效率和操作的便捷性，并最大程度上减少不同基准间的架站和人为误差，同时显著减少专业设备和专业人员的投入。

六、系统兼容性好

拓普康3D mmGPS摊铺控制系统即插即用型设计，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，且无需任何摊铺机厂家单独开通授权码。

七、摊铺作业全过程控制

结合1+N的工作模式，拓普康毫米级的流动站可便捷地实现整个摊铺作业的全过程控制。可预先对道路设计的数字化模型进行检查，摊铺过程实时检测和摊铺后的复检验收，从而实现施工全过程质量控制，实时掌控摊铺工作质量。

拓普康3D摊铺系统与传统滑靴工艺对比及能效分析

系统实施步骤及要点

1、控制网布设：

平面控制（X、Y）易采用现有控制点，尽量利用道路早期施工时所建立的坐标转换参数，保证和以前施工时精度的相对统一、消除互差，这些数据直接导入手簿即可。高程控制建议按四等水准要求100m间隔加密水准点，便于域激光校准和检核。通过两个已知水准点来校正所架设的激光发射器，两点间高程控制精度误差在2mm以内，概括说来主要有以下几点：1) 宜采用早期施工时所建立的坐标转换参数;2) 导入本地坐标，采集其经纬度进行坐标转换;3) 按等级水准加密水准，布设高程精密控制网。

2、BIM施工建模：

在正式进行3D数字化施工之前，必须完成3D数字化建模即BIM施工建模，对高速公路来说，通常采用两种方法进行建模。

曲线要素法建模，根据设计院提供的曲线要素建模，完全按设计呈现所有主线、匝道等路段，优点是完全符合设计数据；缺点是灵活性低，不能进行局部调整。

桩点法（坐标法）建模，根据固定间隔坐标点位信息建模，优点是灵活性高，可以根据现场需要调整；缺点是两桩点之间和设计数据会非常微小的误差且录入数据工作量较大。

BIM施工模型建立完成后，还需要基于已有的控制网，采用系统配套的mmGPS流动站到预摊铺的下承层，对BIM施工模型进行适用性检查，并根据需要进行必要的调整或提前对下承层进行处理等，以检查坐标控制网关系的准确性，同时确保BIM施工模型的适用性等。

3、摊铺前机械性能检查：

摊铺前对摊铺机的机械性能进行基本检查，以保障自动摊铺施工过程控制的稳定及平顺性，需要重点检查的内容简列如下：

确保PZS-MC域激光接收器固定稳固；

3D-MC机载控制软件中的系统改正尺寸参数；

3D摊铺系统控制摊铺机液压油缸灵敏度校准；

根据松铺厚度对应标尺数值和位置的确定；

摊铺机熨平板校板检核（ 两端不翘板、中间不起拱）等。

系统应用小结

相比传统施工工艺，采用拓普康3D摊铺施工无需架设钢丝绳和倒平铝梁 ，最大程度上减少人员的投入和干预，节省人力成本并提高现场的安全管理水平。3D摊铺作业进一步提升了物料利用率，避免浪费；系统应用不受光照条件的影响，可实现24小时连续作业，是有效推进本项目工期的重要技术保障。

本项目应用3D摊铺系统质量提升效果显著，水稳基层平整度控制在了5mm以内，均方差小于1.2；沿太行高速项目采用全球领先的3D摊铺控制系统，真正实现了“自动化增效”、“数字化提质”和“智能化减人”，是积极响应“建设交通强国”的重要举措，也是本项目贯彻执行“平安百年品质工程”的重要体现。

沿太行高速安阳段是安阳市“十四五”时期重大交通项目，也是构建“五纵六横”高速公路网络格局的重要组成部分，更是推动河南省与京津冀联动发展的高速大通道。项目建成后将在太行山东麓形成一条快捷通道，对完善豫、晋、冀地区路网结构，促进区域协同发展，加快南太行乡村振兴，促进沿线资源和旅游开发具有重要战略意义。

供稿：中交二公局四公司沿太行高速公路安阳段YASG-2项目部