徕卡智能3D摊铺系统在广东省龙怀高速公路中的应用

保利长大工程有限公司，广东 广州 510620

3D数字化自动控制系统在道路摊铺施工技术中的应用简称3D摊铺施工技术应用，主要是使用电子测量仪器自动测量出路面标高和平面位置，通过计算机系统依据设计参数反算出摊铺厚度、平面位置等数据，然后传输给摊铺机运行、调平系统，是引导摊铺机进行自动摊铺的智能化系统。

目前我国的路面3D摊铺施工技术应用主要有基于GPS测量技术和基于全站仪测量技术两大类，而全站仪测量主要有徕卡、拓普康、天宝等品牌，目前最成熟的为徕卡测量系统。案例项目路面3D摊铺施工技术应用的就是目前最成熟的徕卡测量系统。

1 工程概况

广东省龙川至怀集高速公路为汕昆高速公路的重要路段，文章案例工程为龙怀高速LM7合同段，全长38.298km，设计为双向四车道沥青混凝土路面。该项目合同段沥青层混合料约36万t、水稳层混合料约140万t，拟配套的沥青层摊铺工作面1个施工点（单台整体式摊铺机）、水稳层摊铺工作面2个施工点（每个点配置2台摊铺机）。该项目摊铺施工技术主要采用的是基于莱卡测量系统的3D摊铺施工控制技术。

2 3D摊铺自动控制系统

3D摊铺自动控制系统主要由三维位置定位系统、车载控制系统和辅助软件系统等三部分组成。

（1）三维位置定位系统。施工点为单台套3D摊铺机施工作业，则三维位置定位系统需配置2台Leica Robot61全站仪；施工点为2台套3D摊铺机施工作业，则三维位置定位系统需配置3台Leica Robot61全站仪。

（2）车载控制系统。每台套3D摊铺机施工作业，车载控制系统设备主要包括1台MPC1310主控制器、2台边控MOBA-Matic控制手柄、2个360°棱镜、1个横坡传感器、2台车载电台、2个接线盒以及线缆，3D摊铺自动控制系统车载设备组成见图1。

图1 3D摊铺自动控制系统车载设备组成

（3）辅助软件系统。每个3D摊铺施工点的iCON Site Software辅助软件系统根据全站仪的配套数量进行相应的匹配，iCON Office Software根据需要进行相应的安装，最少需配置1套。

3 3D摊铺施工

3.1 3D摊铺施工数据准备

3D摊铺内业数据准备工作主要是根据施工设计数据和图纸建立三维数字模型，即利用3D摊铺系统配套的软件将原有工程二维设计蓝图转化成机械设备、测量设备能够自动识别的三维电子设计图。传统的工程设计借助Moss（MX Roads）、AutoCAD等软件实现了二维和三维的工程设计，然而这些设计仅停留在计算机或图纸显示上，无法真正应用于施工，这就产生了设计和施工的脱节，降低了设计文档的使用效率，而3D摊铺配套的Leica iCON Office Software软件很好地解决了这一难题。

3.2 3D摊铺施工流程及组织

3D摊铺施工前要正确连接3D摊铺控制系统各个元部件，设置施工表面相对于设计表面的正确偏移量。由于系统采用高程+坡度控制，当摊铺机在填筑表面左右高程满足设计要求并稳定后需要对系统的高程和横坡传感器进行校准，校准完成后系统开始在自动模式的状态下进行摊铺工作，在施工过程中通过微调控制器左右两侧上升、下降按钮的偏移量来满足摊铺表面左右的高程要求。

3.3 3D摊铺施工实施情况

该项目中有40万t混合料摊铺生产采用3D摊铺自动控制技术进行施工，其余的采用传统挂线控制技术进行施工。经检测对比，采用3D摊铺自动控制技术进行施工的平整度、横坡偏差、高程偏差和厚度的精度都比采用传统挂线摊铺控制技术进行施工的精度要高，各结构层的检测结果见表1。

表1 检测结果记录表

4 3D摊铺施工优点

（1）施工精度高。3D摊铺施工减少或避免了以下情况：①测量放样、内业处理、挂线、施工摊铺等环节的影响和误差或错误的发生；②施工车辆和施工作业人员等在施工过程中对导线桩、铝合金导线梁、挂线等的碰撞以及对测量标记点的破坏；③测量精度的影响。总之，采用3D摊铺施工可以很好地控制结构层摊铺的标高和横坡，从而确保摊铺平整度和横坡值的精度，尤其在弯道摊铺时，效果更明显。

（2）施工成本低。①减少了测量人员、挂线工人等人工成本。②减少了材料费用的浪费，主要是可以精准控制每个结构层的厚度，避免返工处理以及单价高的材料代替单价低的材料进行施工。③提高了施工效率，缩短了工期，降低了资源消耗。

（3）安全隐患少。①施工现场无须工人进行挂线和移动铝合金梁，避免了运输车辆倒车和卸料以及碰撞导线装置造成的人员伤害。②减少了测量人员作业以及挂线工人打桩挂线的程序。

（4）适用性强，可适用于各类型水稳、沥青摊铺机，也可适用于水泥面层或其他摊铺设备的施工，可与福格勒、维特根等摊铺机实现三维数据的无缝衔接。

5 3D摊铺施工效益

与传统摊铺施工方法相比，3D摊铺施工方法优势突出，主要体现为无桩化施工和数字化施工，其施工精度高、工效高，安全性强，具有良好的经济效益和社会效益。

5.1 经济效益

（1）该项目中减少了测量人员、挂线工人、架设铝合金工人和看传感器工人等8人的人工成本。节省的人工费用为8人×5000元/月×12月（水稳工期8个月+沥青工期4个月）=48万元，基本与设备的摊销费用一致。

（2）减少了材料消耗费用。

（3）提高了施工效率，缩短了工期，进而降低了施工成本。

（4）节省了安全事故处置费用。

5.2 社会效益

3D摊铺施工实现了无桩化和数字化道路摊铺自动控制技术，紧跟当前大数据发展的步伐，适应了当前机械化、智能化施工发展的需求，为以后道路摊铺控制技术的发展指明了方向，为创造精品工程、保障施工安全生产奠定了基础。

6 结束语

3D摊铺虽然一次性投入成本大，但随着人力资源成本的不断攀升，以及大数据发展和当前机械化、智能化施工发展的需求，安全生产不断深入人心，3D数字化技术将在促进我国传统产业升级、彻底摆脱长期处于制造业产业链底端的尴尬局面等方面发挥十分重要的推进作用。3D智能摊铺技术已成功地应用于道路摊铺施工中，彻底摆脱了以往2D摊铺施工的被动局面，即将成为路面摊铺施工的主要施工技术。