吳海華

（保利長大工程有限公司,廣東 廣州 510620）

0 引言

隨著我國社會現(xiàn)代化進(jìn)程速度加快，道路交通發(fā)展對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著巨大影響，而路面攤鋪施工技術(shù)水平的提高，對道路工程意義重大。施工技術(shù)人員通過對3D數(shù)字化攤鋪技術(shù)的應(yīng)用，改善和優(yōu)化了傳統(tǒng)路面攤鋪施工中存在的問題，提高了施工速度，節(jié)約了施工成本。同時3D數(shù)字化攤鋪技術(shù)的落實，給當(dāng)前路面攤鋪施工帶來更多可能性，從而推動我國建筑行業(yè)的發(fā)展。

1 傳統(tǒng)攤鋪技術(shù)存在的問題

道路施工是社會基礎(chǔ)建設(shè)的重要部分，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的提升，公路工程建設(shè)速度加快，建筑技術(shù)應(yīng)用實際效果不斷提升，而攤鋪施工是其中非常重要的施工環(huán)節(jié)[1]。傳統(tǒng)的路面攤鋪主要是依靠導(dǎo)軌、機(jī)械平衡梁、非接觸式平衡梁找平，施工精度受到機(jī)械狀態(tài)的影響，從而影響施工質(zhì)量，而且人工測量誤差十分明顯，不利于節(jié)約施工成本。

2 3D數(shù)字化攤鋪技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢

（1）3D數(shù)字化攤鋪技術(shù)克服了傳統(tǒng)攤鋪技術(shù)中眾多的缺陷，廣泛應(yīng)用在我國道路施工中。自動化操作使得施工精準(zhǔn)程度提高，智能攤鋪過程減少了人力資源投入，提高工程施工效率和質(zhì)量。而且3D數(shù)字化攤鋪技術(shù)在傳統(tǒng)攤鋪技術(shù)的基礎(chǔ)上，安裝了自動控制和檢測設(shè)備，可自動識別和反映線性彎曲，解決傳統(tǒng)攤鋪施工中存在的數(shù)值偏差較大的問題，提高控制精度，落實精細(xì)化施工。應(yīng)用3D數(shù)字化攤鋪技術(shù)可以實現(xiàn)對路面攤鋪厚度給予精準(zhǔn)控制，減少施工過程中存在的誤差，對施工質(zhì)量全方位控制。

（2）3D數(shù)字化攤鋪技術(shù)省略了掛線、放樣等工作環(huán)節(jié)，極大地節(jié)省了人力物力，提高了施工效率。3D數(shù)字化攤鋪技術(shù)在傳統(tǒng)攤鋪機(jī)上安裝了自動控制車載設(shè)備，其中有坡度傳感器，通過傳感器將人為控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為工程機(jī)械設(shè)置，數(shù)據(jù)直觀準(zhǔn)確。而且通過數(shù)據(jù)來控制機(jī)械操作，如橫坡傳感器移動出現(xiàn)的位移可以完整地體現(xiàn)曲線彎曲度，解決傳統(tǒng)攤鋪設(shè)備中存在的問題，減少設(shè)計值出現(xiàn)的偏差，提高攤鋪工程準(zhǔn)確性，控制施工材料的用量，避免傳統(tǒng)粗放型施工用料模式。

（3）解放人工、提高工程質(zhì)量是3D數(shù)字化攤鋪技術(shù)最大的優(yōu)勢，可減少誤差對路面的影響。傳統(tǒng)攤鋪工藝采用放線或平衡梁控制，3D數(shù)字化攤鋪系統(tǒng)通過坐標(biāo)和高程控制，控制點對相應(yīng)措施有效加密，線性和高程符合設(shè)計使用需求，消除拐點內(nèi)容，符合使用和設(shè)計需求。從技術(shù)層面上看，該技術(shù)控制和依托持續(xù)工作能力比較強(qiáng)，能夠全天作業(yè)，替代了傳統(tǒng)攤鋪模式下需要人工完成的工作，提高了施工效率，保障了工程順利進(jìn)行。

（4）降低施工安全事故發(fā)生概率。3D數(shù)字化攤鋪技術(shù)可以將施工現(xiàn)場情況及時反饋，便于對可能影響施工的情況妥善處理，極大地節(jié)省了施工監(jiān)督成本，加快對問題處理的速度，減少施工過程中存在的不良影響。

3 裝備相應(yīng)概念

（1）主要構(gòu)成。3D數(shù)字化攤鋪技術(shù)施工裝備主要由測量機(jī)器人基準(zhǔn)站和施工自動控制系統(tǒng)構(gòu)成。對于測量機(jī)器人的配置，單機(jī)攤鋪在具體施工過程中需要的跟蹤機(jī)器人數(shù)量不能少于3臺，而檢測不能少于1臺。測量機(jī)器人需根據(jù)施工實際情況配備馬達(dá)，減少施工過程和環(huán)境所造成的磨損。進(jìn)行攤鋪時需配合棱鏡，實際施工過程中保障棱鏡不會出現(xiàn)變形的情況，且可以高效率地反射光信號。測量采用動態(tài)控制原則，在水平方向上設(shè)置測量范圍，自動識別和鎖定目標(biāo)。傾斜角的傳感器防護(hù)等級不斷提升，測量精度在控制在合理范圍，保障測量穩(wěn)定性，在后續(xù)工作中以線性角度調(diào)整相應(yīng)幅度，保障測量質(zhì)量，提高施工效率。

3D數(shù)字化攤鋪的通信型號電臺，需技術(shù)人員嚴(yán)控防護(hù)等級，保障數(shù)據(jù)傳播模式的有效落實。通過藍(lán)牙、天線等不同方式傳輸信息，主控制器需滿足ip65以上，而且亮度高，可清晰及時地顯示出數(shù)據(jù)各項內(nèi)容，提高施工質(zhì)量。軟件要求具備錄入功能，準(zhǔn)確將數(shù)據(jù)錄入進(jìn)去，尤其是測量信息的采集，將實測內(nèi)容和設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行對比，及時處理和分析相應(yīng)信息，從而生成修正信息找平系統(tǒng)內(nèi)容，記錄儲存施工信息，生成準(zhǔn)確的施工報告。

（2）工作基本原理。3D數(shù)字化攤鋪是系統(tǒng)自動控制，技術(shù)人員需重視系統(tǒng)運行的流暢性和穩(wěn)定性。測量機(jī)器人通過測量系統(tǒng)后方數(shù)據(jù)，確定攤鋪機(jī)所在位置，然后根據(jù)棱鏡反射的數(shù)值，完成參數(shù)計算，進(jìn)而對施工參數(shù)有效調(diào)整。當(dāng)原始地面出現(xiàn)攤鋪機(jī)車傾斜時，系統(tǒng)和傳感器有效結(jié)合，對車身姿態(tài)及時校正，保障系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時實現(xiàn)精準(zhǔn)攤鋪。

（3）裝置的布設(shè)和安裝。棱鏡三維坐標(biāo)配備的跟蹤機(jī)器人，需放置在機(jī)身兩側(cè)，與檢測機(jī)器人有效配合，保障后續(xù)質(zhì)量參數(shù)，對實際情況進(jìn)行有效檢測。桅桿應(yīng)垂直放置在攤鋪機(jī)大臂上，安裝不同數(shù)量的傳感器，保障水平，方便后續(xù)施工操作，同時將主控制器和線盒一起放置。

4 具體工作流程

下承層數(shù)據(jù)采集，路面攤鋪質(zhì)量和下承層工作關(guān)系十分密切，為了提高路面施工的準(zhǔn)確性，不同斷面設(shè)計點的數(shù)量需做有效調(diào)整。桅桿安裝在大臂上，靠近熨平板，距離控制在20 m左右，將棱鏡固定好，為往返的測量機(jī)器人發(fā)送信號。桅桿傳感器主要集中在桅桿兩側(cè)，保障傾斜補(bǔ)充質(zhì)量。藍(lán)牙電臺安裝主要是集中在頂棚上，測量機(jī)器人藍(lán)牙手柄和電臺配對，從而將數(shù)據(jù)信息傳送。為了更加高效地控制輸出信號，調(diào)節(jié)平衡體系內(nèi)容，在攤鋪機(jī)兩側(cè)安裝控制手柄，設(shè)計機(jī)器的工作狀態(tài)，優(yōu)化施工流程，從不同角度調(diào)整靈敏度，收集傳輸信號的同時，實現(xiàn)不同設(shè)備之間的聯(lián)系。不同設(shè)備在安裝之后，數(shù)值輸入主控制器中，完善尺寸保障攤鋪工作狀態(tài)，落實相應(yīng)規(guī)范要求。

5 設(shè)備施工和操作注意事項

（1）檢測機(jī)器人與棱鏡之間的通視性，避免施工過程中出現(xiàn)干擾的情況，需要開啟主控制器，進(jìn)入自動控制攤鋪狀態(tài)。當(dāng)工作結(jié)束之后，進(jìn)行質(zhì)量驗證，編制工程質(zhì)量報告。兩臺設(shè)備同時工作，控制方式相同，后方的設(shè)備需注意內(nèi)測以前方數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。攤鋪過程利用檢測機(jī)器人對3D數(shù)字化攤鋪數(shù)據(jù)進(jìn)行實時檢測，完成數(shù)據(jù)交換的同時，對相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，從而保障路面攤鋪高度。轉(zhuǎn)站時跟蹤機(jī)器人自動半徑在150 m范圍內(nèi)，利用后方檢測設(shè)備進(jìn)行交替轉(zhuǎn)站。施工過程中，備用機(jī)器人為棱鏡控制站，保障施工連續(xù)性。

（2）質(zhì)量驗證和處置。攤鋪作業(yè)完成之后，采集路段數(shù)據(jù)，從質(zhì)量檢測和驗證角度出發(fā)，符合相應(yīng)規(guī)定的同時，針對質(zhì)量檢測具體操作規(guī)范實行。分段攤鋪每段攤鋪路面需進(jìn)行質(zhì)量控制，擴(kuò)大檢查范圍和頻率，質(zhì)量不過關(guān)的位置和參數(shù)，及時采用補(bǔ)救措施。

6 裝備應(yīng)用效果展示和具體分析

攤鋪完成后對攤鋪質(zhì)量進(jìn)行分析，檢測數(shù)據(jù)的波動情況，繪制攤鋪質(zhì)量差值分布。考慮厚度和寬度等設(shè)計內(nèi)容，計算其中存在的標(biāo)準(zhǔn)差。對坡度的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，提高分析準(zhǔn)確度。進(jìn)入到具體施工環(huán)節(jié)，施工人員需根據(jù)計算機(jī)平臺內(nèi)容，將施工建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)容錄入到信息庫中，制成電子表格，將表格中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入全站儀中。在適當(dāng)位置安放全站儀并控制好設(shè)備之間的距離，通常情況下需保障無視線遮擋，針對攤鋪施工速度和振搗頻率有效調(diào)整。在具體施工過程中，需對攤鋪機(jī)設(shè)備方向和松鋪系數(shù)有效確定，利用全站儀做好環(huán)境觀察，施工現(xiàn)場和車輛做好前提調(diào)度安排，避免出現(xiàn)遮擋物阻礙視野。實際施工階段針對設(shè)備和控制點采用科學(xué)監(jiān)督方式，為后續(xù)施工做好鋪墊。尤其是正常起步環(huán)節(jié)，機(jī)器正常運行之后，注意按照攤鋪之間的距離，完成測量工作，同時保證復(fù)測工作質(zhì)量，如果發(fā)現(xiàn)標(biāo)尺變化幅度過大，需立刻停止施工并檢查，待確定好設(shè)備的狀態(tài)，再進(jìn)行施工。

7 具體案例分析

該文所依托工程為龍川至懷集公路（連平至英德段）路面工程施工LM7標(biāo)段，該合同段起訖樁號為K238+000～K276+915，長38.915 km，主線路面結(jié)構(gòu)為：15 cm碎石墊層+20 cm水泥穩(wěn)定碎石底基層+38 cm水泥穩(wěn)定碎石基層+8 cm粗粒式瀝青混凝土下面層（AC-25）+5.5 cm中粒式改性瀝青混凝土中面層（GAC-20C）+4.5 cm中粒式改性瀝青混凝土上面層（GAC-16C）。針對該項目的墊層分別采用3D數(shù)字化攤鋪自動控制技術(shù)和傳統(tǒng)掛線控制技術(shù)進(jìn)行施工對比。檢測結(jié)果如表1所示。

對表1中的實測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用傳統(tǒng)掛線攤鋪的墊層平整度最大實測值為11.5 mm，采用3D數(shù)字化攤鋪的墊層平整度最大實測值為9.8 mm，均滿足規(guī)范≤12 mm的要求，采用3D數(shù)字化攤鋪的平整度更好；采用傳統(tǒng)掛線攤鋪的墊層橫坡偏差最大實測值為-0.3%，采用3D數(shù)字化攤鋪的墊層橫坡偏差最大實測值為0.09%，采用掛線攤鋪的橫坡偏差最大值已經(jīng)達(dá)到規(guī)范極值，而采用3D數(shù)字化攤鋪的橫坡偏差最大值遠(yuǎn)小于規(guī)范±0.3%的要求；采用傳統(tǒng)掛線攤鋪的墊層高程偏差最大實測值為5 mm，最小值為-4 mm，采用3D數(shù)字化攤鋪的墊層高程偏差最大實測值為2 mm，最小值為-2 mm，均滿足規(guī)范（+5 mm，-15 mm）的要求，采用3D數(shù)字化攤鋪的高程偏差更小，更加貼近設(shè)計高程；采用傳統(tǒng)掛線攤鋪的墊層厚度最小實測值為141 mm，厚度代表值為150 mm，采用3D數(shù)字化攤鋪的墊層厚度最小實測值為149 mm，厚度代表值為150 mm，均滿足規(guī)范的要求，采用3D數(shù)字化攤鋪的整體厚度更加接近設(shè)計厚度，均勻性更好。分析圖表如圖1～4所示。

圖1 掛線攤鋪和3D數(shù)字化攤鋪平整度分析對比

表1 3D數(shù)字化攤鋪與掛線攤鋪檢測結(jié)果對比表

通過檢測數(shù)據(jù)的分析對比，采用3D數(shù)字化攤鋪自動控制技術(shù)進(jìn)行施工的結(jié)構(gòu)層平整度、橫坡偏差、高程偏差和厚度的精度、穩(wěn)定性、均勻性都較傳統(tǒng)掛線攤鋪控制技術(shù)要好。

8 保障質(zhì)量措施分析

（1）制度保障。施工現(xiàn)場的標(biāo)準(zhǔn)程度需通過制度落實和規(guī)范，將施工技術(shù)應(yīng)用流程和方式有效調(diào)整，尤其是應(yīng)用過程中針對施工中存在的問題進(jìn)行全面的關(guān)注和控制，結(jié)合具體施工環(huán)節(jié)，幫助施工人員在正確的指導(dǎo)下完成工作。制度的制定需從工程宏觀角度出發(fā)，解決具體工程存在的問題，保障施工質(zhì)量和效率。

（2）施工過程質(zhì)量控制。針對技術(shù)應(yīng)用的具體施工過程，主要是質(zhì)量控制和保障。施工技術(shù)人員對施工建設(shè)中涉及的關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容，需及時總結(jié)和提升，從建筑原材料應(yīng)用和技術(shù)應(yīng)用等多個方面，對建筑施工全面控制。保障施工質(zhì)量，從控制工作質(zhì)量出發(fā)，促進(jìn)建筑工程質(zhì)量管理制度的有效落實。

（3）施工現(xiàn)場安全保障。通過培訓(xùn)教育等方式，協(xié)調(diào)工作內(nèi)容，通過對施工建筑人員培訓(xùn)，提高工作人員安全意識，保障施工現(xiàn)場安全，提高施工效率。

9 結(jié)束語

圖2 掛線攤鋪和3D數(shù)字化攤鋪橫坡偏差分析對比

圖3 掛線攤鋪和3D數(shù)字化攤鋪高程偏差分析對比

圖4 掛線攤鋪和3D數(shù)字化攤鋪厚度分析對比

3D數(shù)字化攤鋪技術(shù)公路路面攤鋪中應(yīng)用逐漸廣泛，推動建筑行業(yè)的發(fā)展。施工技術(shù)人員需根據(jù)施工現(xiàn)場情況，針對性提出優(yōu)化和改進(jìn)措施，提高施工質(zhì)量和效率，應(yīng)用現(xiàn)代化信息技術(shù)多方面的優(yōu)勢，降低建筑施工成本，減少安全隱患。