劉付旭

(廣西桂通工程咨詢有限公司，廣西 南寧 530028)

0 引言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段提高工程施工管理水平，特別是應(yīng)用數(shù)字化施工提高工程施工質(zhì)量水平和施工效率，是當(dāng)今工程建設(shè)共同追求的質(zhì)量和效益目標(biāo)。工程數(shù)字化施工就是使用計(jì)算機(jī)、定位、自動(dòng)控制以及可視化等技術(shù)將工程建設(shè)整個(gè)過程數(shù)字化、信息化、智能化、可視化，從而達(dá)到現(xiàn)代化施工建設(shè)的目標(biāo)。數(shù)字化的施工與管理是大型建設(shè)工程現(xiàn)代化的需要，也是數(shù)字化時(shí)代的必然趨勢。數(shù)字化施工以其所倡導(dǎo)的安全施工、綠色環(huán)保施工和高科技施工的理念，受到越來越多國內(nèi)外建筑企業(yè)的關(guān)注和應(yīng)用。

1 3D自動(dòng)化攤鋪機(jī)控制系統(tǒng)施工作業(yè)流程

1.1 前期準(zhǔn)備階段

1.1.1 設(shè)備準(zhǔn)備

3D攤鋪試驗(yàn)主要設(shè)備投入見表1。

表1 主要設(shè)備投入表

1.1.2 人員準(zhǔn)備

3D攤鋪試驗(yàn)人力資源使用情況見表2。

表2 3D攤鋪試驗(yàn)人員情況表

1.2 施工準(zhǔn)備

1.2.1 攤鋪數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作主要是將傳統(tǒng)的工程施工設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和圖紙進(jìn)行三維數(shù)字模型建立，即利用3D攤鋪系統(tǒng)配套的軟件將原有的工程二維設(shè)計(jì)藍(lán)圖轉(zhuǎn)化成機(jī)械設(shè)備、測量設(shè)備能夠自動(dòng)識(shí)別的三維電子設(shè)計(jì)圖。

1.2.2 施工現(xiàn)場準(zhǔn)備

具體施工前正確連接3D自動(dòng)化控制系統(tǒng)各個(gè)元部件，并且可以正常工作；下承層通過驗(yàn)收合格；現(xiàn)場各施工設(shè)備、人員按要求到場，各施工設(shè)備、儀器試運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

(1)系統(tǒng)安裝與調(diào)試

①攤鋪機(jī)機(jī)械、電器、液壓系統(tǒng)達(dá)到設(shè)備出廠使用要求；

②系統(tǒng)安裝在足夠平整的場地，附近配合輔助設(shè)備。

(2)現(xiàn)場測量控制點(diǎn)加密及控制點(diǎn)精度檢核

①控制點(diǎn)精度檢核符合規(guī)范要求；

②控制點(diǎn)加密滿足施工要求。

(3)鋪筑段數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)

需要施工測量人員配合提供如下資料：

①線路設(shè)計(jì)水平定線參數(shù)，包括交點(diǎn)坐標(biāo)、曲線要素等；

②線路設(shè)計(jì)垂直定線參數(shù)，包括變坡點(diǎn)里程、高程、曲線要素等；

③線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖，以及曲線段超高、加寬的設(shè)計(jì)參數(shù)；

④線路設(shè)計(jì)逐樁坐標(biāo)(最好是三維點(diǎn)坐標(biāo))；

⑤鋪筑段區(qū)域至少有三個(gè)以上互相通視控制點(diǎn)坐標(biāo)。

1.2.3 施工攤鋪階段

(1)攤鋪之前與現(xiàn)場施工負(fù)責(zé)人溝通攤鋪機(jī)行進(jìn)方向，與現(xiàn)場測量負(fù)責(zé)人員確定鋪筑段的松鋪系數(shù)。

(2)全站儀架設(shè)位置選取和攤鋪鋪筑段原地面平整度檢查，現(xiàn)場施工管理人員配合管理現(xiàn)場車輛，及時(shí)調(diào)度輔助施工人員，防止出現(xiàn)遮擋儀器現(xiàn)象的發(fā)生。

(3)系統(tǒng)正確配置、簡化施工流程，節(jié)省施工時(shí)間和人員投入，提高工作效率。

(4)實(shí)時(shí)的攤鋪測量檢測，根據(jù)實(shí)時(shí)測量結(jié)果，3D自動(dòng)攤鋪系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整攤鋪厚度、坡度和方向。

(5)全自動(dòng)3D控制精確穩(wěn)定，避免人為誤差，精確控制每一攤鋪層的攤鋪標(biāo)高、厚度和坡度。

1.2.4 攤鋪數(shù)據(jù)采集分析存檔

(1)攤鋪測量數(shù)據(jù)分析

根據(jù)現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)采集分析，采用3D自動(dòng)化攤控制系統(tǒng)進(jìn)行的施工和采用傳統(tǒng)施工方法進(jìn)行施工的數(shù)據(jù)精度基本上一致，無論壓實(shí)后和松鋪檢測的實(shí)際攤鋪標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高誤差都在10 mm以內(nèi)，并且設(shè)備運(yùn)行非常穩(wěn)定，3D自動(dòng)化攤鋪控制系統(tǒng)的測量、施工精度完全符合施工技術(shù)規(guī)范要求。

(2)數(shù)據(jù)存檔

建立數(shù)據(jù)庫，按照需要和規(guī)定要求儲(chǔ)存測量數(shù)據(jù)，并向業(yè)務(wù)部門提供存檔數(shù)據(jù)。

2 3D自動(dòng)化攤鋪技術(shù)應(yīng)用與傳統(tǒng)施工工藝對(duì)比

2.1 傳統(tǒng)攤鋪施工方法

傳統(tǒng)的公路工程路面各結(jié)構(gòu)層的施工方法，主要是攤鋪機(jī)在進(jìn)行攤鋪施工時(shí)采用自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)接觸式滑靴和非接觸式聲吶這兩種作業(yè)方式，即采用滑靴傳感器或聲吶追蹤器參照測量人員架設(shè)的鋁梁或者基準(zhǔn)進(jìn)行引導(dǎo)攤鋪施工。施工時(shí)需要較多的人工進(jìn)行基準(zhǔn)導(dǎo)線的架設(shè)，以及道面的前期、后期測量工作，且施工過程中無法進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，只能事后調(diào)整彌補(bǔ)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)由于基準(zhǔn)線設(shè)定錯(cuò)誤而導(dǎo)致的返工，現(xiàn)場協(xié)調(diào)比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力，施工過程需要耗費(fèi)較多的人力、物力和財(cái)力。

2.2 傳統(tǒng)施工方式存在的問題

2.2.1 人為因素對(duì)基準(zhǔn)的影響

傳統(tǒng)引導(dǎo)基準(zhǔn)是采用水準(zhǔn)儀讀取水準(zhǔn)尺高程讀數(shù)計(jì)算確定的，而且基準(zhǔn)導(dǎo)線在架設(shè)過程中準(zhǔn)確度絕大多數(shù)依賴施工技術(shù)人員的工作責(zé)任心和正確的計(jì)算及操作方法，人為因素在很大程度上影響著基準(zhǔn)引導(dǎo)線的架設(shè)的精度。

2.2.2 工程機(jī)械對(duì)基準(zhǔn)的影響

由于攤鋪過程中攤鋪機(jī)可能會(huì)撞到基準(zhǔn)樁或者料車不慎碾壓基準(zhǔn)線等情況的發(fā)生，都會(huì)導(dǎo)致架設(shè)基準(zhǔn)的偏差進(jìn)而出現(xiàn)攤鋪施工的誤差。

2.2.3 攤鋪施工設(shè)計(jì)標(biāo)高控制不能保障

通過平衡梁或者滑靴進(jìn)行攤鋪施工可以較好的控制攤鋪的平順性和平整度，但是卻不能確保同時(shí)控制攤鋪標(biāo)高，很難對(duì)標(biāo)高精準(zhǔn)控制。

2.2.4 測量工作量大，需要大量的輔助人員

通過平衡梁或者滑靴進(jìn)行攤鋪施工需要大量的測量人員和測量輔助人員做好施工攤鋪前期測量準(zhǔn)備工作和攤鋪過程中的測量檢測工作。

2.2.5 施工作業(yè)人員工作強(qiáng)度高，容易疲勞，不利于施工質(zhì)量和安全管控

傳統(tǒng)的攤鋪施工受外界因素影響大，往往在趕工期。為了施工進(jìn)度需要進(jìn)行長時(shí)間的連續(xù)施工作業(yè)，由于施工作業(yè)人員的疲勞、困乏，不可避免的會(huì)增加施工出現(xiàn)錯(cuò)誤和事故的機(jī)率，容易產(chǎn)生工程質(zhì)量和安全問題。

2.3 3D自動(dòng)化攤鋪系統(tǒng)施工的優(yōu)勢

2.3.1 傳統(tǒng)施工向數(shù)字化施工的轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)借助于Moss(MX Roads)、AutoCAD等軟件實(shí)現(xiàn)了二維和三維的工程設(shè)計(jì)，然而這些設(shè)計(jì)僅僅停留在電腦或圖紙顯示上，無法真正應(yīng)用于施工，這就產(chǎn)生了設(shè)計(jì)和施工的脫節(jié)，降低了設(shè)計(jì)文檔的使用效率。3D自動(dòng)化攤鋪系統(tǒng)配套的軟件可以很好地解決了這一難題，將工程設(shè)計(jì)與實(shí)際施工相融合，數(shù)字化施工是實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化施工的轉(zhuǎn)變。

2.3.2 數(shù)字化攤鋪施工

無需人工架設(shè)引導(dǎo)基準(zhǔn)，采用全站儀引導(dǎo)進(jìn)行精準(zhǔn)數(shù)字化施工作業(yè)。在確保攤鋪標(biāo)高的同時(shí)兼顧了攤鋪面的平順性和平整度，可以提供完整的聯(lián)合施工解決方案，可以把施工的各個(gè)相關(guān)密切的聯(lián)系起來。施工信息可以通過統(tǒng)一平臺(tái)在施工方進(jìn)行分發(fā)和分享，實(shí)現(xiàn)工作的協(xié)同，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、自動(dòng)化施工作業(yè)，提高工作效率。

2.3.3 施工過程化控制

對(duì)攤鋪面進(jìn)行實(shí)時(shí)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)檢測和施工質(zhì)量進(jìn)行反饋，精準(zhǔn)的控制施工全過程。實(shí)現(xiàn)施工過程透明化，掌控施工質(zhì)量?？梢詫?shí)時(shí)了解該路面結(jié)構(gòu)施工層情況，還可以顯示施工報(bào)告實(shí)時(shí)掌控施工的過程，把數(shù)字化模型放到機(jī)械控制中，確保在第一次施工中就可達(dá)到要求。

2.3.4 節(jié)省資源投入，提升安全作業(yè)水平

3D攤鋪?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)工作時(shí)不需要太多的施工人員和施工輔助人員，大大降低了施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省資源投入；施工現(xiàn)場整潔有序，確保人員和機(jī)械設(shè)備的安全，確保安全、減少施工事故。因?yàn)榭梢詫?shí)時(shí)監(jiān)控施工現(xiàn)場，了解人員、設(shè)備、機(jī)器的準(zhǔn)確位置，可以實(shí)現(xiàn)施工的安全；同時(shí)因?yàn)闇p少了人機(jī)混合作業(yè)，避免了安全事故的發(fā)生。

2.3.5 智能化施工作業(yè)

把設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到3D攤鋪?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)，施工過程系統(tǒng)自動(dòng)的進(jìn)行控制，無需測量放樣和找基準(zhǔn)線，減少了人為因素對(duì)施工質(zhì)量的影響，實(shí)現(xiàn)智能化施工作業(yè)，提高施工質(zhì)量水平。

2.3.6 標(biāo)準(zhǔn)化施工作業(yè)

系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場攤鋪施工規(guī)范和要求，標(biāo)準(zhǔn)匹配施工作業(yè)進(jìn)度。節(jié)約施工成本，無須打樁放樣，無須進(jìn)行人工測量，可以大大的減少工程等待的時(shí)間，提高機(jī)械使用的效率，減少重復(fù)推平，降油耗，節(jié)約物料等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化施工。

2.3.7 全天候施工作業(yè)

系統(tǒng)施工不受光線影響，可以24 h全天候施工作業(yè)。提高效率，縮短工期，避免返工。

2.3.8 實(shí)踐應(yīng)用取得的成果

廣西柳州至南寧高速公路改擴(kuò)建工程項(xiàng)目№8合同段在路面工程施工中采用了3D自動(dòng)化攤鋪系統(tǒng)進(jìn)行攤鋪施工作業(yè)，節(jié)省了資源投入，提高了工作效率，提升了安全施工作業(yè)和施工質(zhì)量水平，取得較好的成果，見圖1、圖2。

圖1 3D自動(dòng)化攤鋪系統(tǒng)應(yīng)用施工現(xiàn)場圖

圖2 3D自動(dòng)化攤鋪系統(tǒng)施工效果圖

3 結(jié)語

3D自動(dòng)化攤鋪系統(tǒng)在柳州至南寧高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目路面工程施工中得到了較好的推廣和應(yīng)用，提升了路面工程施工管理水平和施工質(zhì)量水平，節(jié)約資源投入，提高工作效率。當(dāng)今機(jī)械控制系統(tǒng)已經(jīng)非常成熟，可以提供完整的聯(lián)合施工解決方案，把施工的各個(gè)相關(guān)方密切的聯(lián)系起來。施工信息可以通過統(tǒng)一平臺(tái)在施工的相關(guān)方進(jìn)行分發(fā)和分享，實(shí)現(xiàn)工作的協(xié)同，提高工作效率。機(jī)械控制技術(shù)由于其在應(yīng)用中的實(shí)際效果和便利的操作性，在工程建設(shè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

數(shù)字化施工一定是工程機(jī)械行業(yè)的未來，傳統(tǒng)的工程方式是操作人員看圖紙根據(jù)自己的操作水平去使用工程機(jī)械來達(dá)到工程的效果，而未來可以轉(zhuǎn)換成工程機(jī)械能夠讀得懂的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)會(huì)控制機(jī)械操作，減少人的控制和誤差。數(shù)字化施工解決方案的應(yīng)用為當(dāng)今工程建設(shè)技術(shù)革命帶來了新的突破。

[1]JTG/T F20-2015，公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則[S].

[2]JTG/T F40-2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].