基于全站仪及数字技术的3D智能摊铺施工技术

基于全站仪及数字技术的3D智能摊铺施工技术

邓伟

四川公路桥梁建设集团有限公司机械化施工分公司 四川成都610200）

摘要：3D智能摊铺施工技术是以全站仪、数字技术等为载体的新兴技术形式，在我国建筑领域起到十分关键的作用，是提高施工效率，保证施工质量，减少成本投入与消耗的关键技术选择，在公路工程项目建设中具有重要的现实意义。基于此，本文将从现代角度出发，围绕3D智能摊铺施工技术展开深入研究，分别阐述了3D智能摊铺施工技术的优势与具体应用，旨意在发挥技术价值，为工程项目建设提供有力保障，希望能够为相关人士提供有效参考。

关键词：全站仪；数字技术；3D智能摊铺；施工技术；优势与应用

引言：传统路面摊铺通常以人工与机械结合方式来完成，对于施工环境有着严格要求，需要投入大量的人力、物力、财力成本，极易受到人为因素干扰而影响施工质量。伴随着我国科技的不断进步，为更好攻克人工工艺方面存在的质量盲区，确保施工质量更好满足实际需要，3D智能摊铺技术逐步引入到建筑领域中，被人们所关注和重视，通过智能化、新型化的方式，发挥计算机仿真技术优势，真正实现人工摊铺向智能摊铺的转变【1】。例如：泸州至永川（川渝界）高速公路路面一标的铺筑施工中，便使用3D摊铺技术来施工，既节省成本投入，又使施工质量与进度得到保障。

1、3D智能摊铺施工技术优势

3D智能摊铺主要由：摊铺机、GPS、激光系统、控制系统四局部构成，其中GPS被视为高效率测量工具，被广泛采用在公路建设领域中，在整个摊铺系统中具有测平面坐标功能（不包括高程）。3D摊铺是近年来新兴的摊铺技术形式，最早在建筑领域中应用，后被逐步引用在路面摊铺中，逐步产生一系列的自动化摊铺系统，成为当下道路路面施工不可或缺的关键环节。3D自动化摊铺技术的出现，使传统摊铺技术中的缺陷问题得到有效解决，通过自动化操作，实现智能摊铺，解放生产力，减少人工物力成本投入，整体工作效率显著提升。3D摊铺技术应用，将自动控制系统车载设备安装在传统摊铺机中，使摊铺作业情况、曲线弯曲度等参数得到自动且及时反映，这使传统摊铺设备在沥青摊铺中，因高温和振动产生的偏差温度得到改进，尤其在路面摊铺的每一层厚度、坡度中，3D摊铺技术实现自动化控制，真正做到精细化施工，摊铺质量极大程度提升【2】。并且，基于全站仪及数字技术的3D智能摊铺，能够实现毫米级别的摊铺精度，有效减少潜在质量隐患的形成，全程管控施工进度与质量。

2、基于全站仪及数字技术的3D智能摊铺施工技术

2.1点位选取

为合理运用3D智能摊铺技术，要在施工前期做好点位选择，在摊铺区域周围位置科学布设控制点，在距离道路边缘10～30cm位置设置控制点。优先选择稳定、抗破坏力强的区域地形，确保控制点网与通视要求相符。在布设点位期间，相互之间距离应在160～200m作为适宜，以此保证高程起算点的精度性、稳定性、连续性。控制网内适当布设水基准点，数量约3个，为后期高程系统复测与维护等提供数据参考。在水基准点设置期间，要保证观测墩配备到位，地下埋设深度应在0.5m。为减少不必要的费用支出，应在保证精度的基础上，同时布设高程控制点、平面控制点等，减少时间、人工及物力成本投入。在此期间，严格祖新《工程测量规范》，结合实际条件完成浇筑作业。对于其中包含的临时电布设，应采用钢钉直接打入方式进行，若在碎石铺碳期间发生破坏情况，则需及时进行重新布设，借助全站仪、电子水准仪等设备，全面搜集相关数据信息。

2.2建立3D模型

在3D智能摊铺技术应用期间，3D建模建立是必不可少的，需要通过多种数据汇总来实现【3】。具体来讲，要充分利用设计图纸、地表数据等信息，结合现场施工条件，整理成文件形式，统一导入智能控制箱中。针对电子数据设计来看，只需对最下层的三维模型进行设计即可，按照松铺系数、不同层次高度等，合理设计控制箱内的移动垂直面。一方面，进场路、加速跑道工程模型。以设计图纸为参考，借助3D智能摊铺软件，充分利用数据完成建模处理。在此期间，要将松铺参数作为重点考虑因素，并在后期相关工作中，将垂直移动设计面作为基础，准确获取不同层次摊铺设计数据。另一方面，VDA区域工程模型。该环节属于工程项目最大范围的路面摊铺区域，为确保摊铺效果与实际施工要求相符，应在模型构建时，对设计图纸内数据进行分类处理，筛选出具有价值的参考数据。并且，模型设计与构建要充分考虑纵缝设置需求，为后续自动化摊铺作业打好扎实基础。

2.3全站仪设站

全站仪全称为全站型电子测距仪是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，自身具备自动搜索/锁定摊铺机、引导等功能，是3D智能摊铺中的重要环节。针对全站仪设站，应合理架设在摊铺区域的侧前方，若与MT900棱镜同侧，可以与其相对加设在70m左右。若在MT900对侧，出于料车起斗后遮挡问题的考虑，需要在起步区域的前10～15m处进行架设。为实现移动棱镜位置的自动跟踪，便于摊铺区域的复核测量，需要在摊铺表面侧后方进行架设，以此减少压路机造成的遮挡与破坏。全站仪设置距离应控制在100～120m，做好仪器精度控制。根据路面摊铺作业需求，将全站仪一台用于表面检查，另一台用于机械引导，当摊铺机到达U1号全站仪后，将G1全站仪挪至U2处进行架设，此时机械引导全站仪要从G1及时转变为U2状态，U1全站仪切换至表面检查状态，摊铺过程则需依次类推，进而确保现场摊铺机的持续作业。

结合已知高程数据、平面数据等后视点，建立起三维坐标系，在两个后视点距离相等位置设置全站仪架设，将全站仪作为定点，与其他后视点角度保持在30~150°，若现场存在限制条件，则适当扩大角度，但不得将三者同时放在同一水平线中。在全站仪瞄准后视后，优先测高等级基准点，从上至下测低等级基准点，并在完成测量后分析数据结果，查看水平角、水平偏差、垂直偏差是否存在超限情况，必要时可安排重新测量，测量偏差应在±3mm左右。值得注意的是，在全站仪（表面检查测量机器人）成功连接后，要立即与基准点进行校核处理，与水准点的误差不得超出±3mm【4】。

2.4优化3D智能摊铺流程

第一，基准站架设置。坚持以摊铺区域为核心，基准站架应设置在其半径5000m之内，保证通视条件良好；第二，CNSS发射器假设。GNSS是3D摊铺中的重要组成，应考虑到其实际发射特点与需求，考虑半径设置要点，必要时可在控制网点中设置，与摊铺现场距离保持得当，一般在10m最为适应，切记不得超出150m。在具体建设期间，要做好水准点位参数的校核工作，保证所得数据与实际需求相符；第三，流动站。启动流动站，及时校核控制点信息，保证各项数据的精准度；第四，启动摊铺系统。按照本次工程施工要求，要求操作手规范作业，做好摊铺巡检、控制箱等功能检查，两边摊铺流程安排重新梳理；第五，现场高程监测。利用3D智能摊铺技术开展施工作业，要求检测人员、操作手准确掌握技术要领，做好高程数据监测、汇总与分析，及时反馈至系统中，以便摊铺作业错误问题的及时发现与调整。

2.5摊铺施工作业

在摊铺机就位后进行预热处理，时间为30～60min，在预热结束并确认达到基本标准后，合理安排后续作业；摊铺机具体尺寸设置应保证合理，调整控制箱，为摊铺作业指明方向；在借料斗中涂抹植物油防黏液，以便3D智能摊铺技术得以高效利用，进而为路面施工创造便利条件；适当调整摊铺机运行速度、拌料设备效率，保证二者得以相互适应，并将摊铺速度控制在2～3m/min，此时沥青拌合效率应为278t/h。若施工现场发生供料紧张情况，应采取摊铺速度降低方式来改善，切记不得随意调节。

摊铺机垫板高度应保持大体一致，与基准面高度偏差不得超出±5mm，各板间偏差应控制在3mm左右。当摊铺机起步时，应操作机械引导测量机器人，对三维坐标展开实时测量并完成复核处理。在此期间，摊铺机应保持低速，做好表面检查，每间隔5～10cm进行一次基准点测量，若两台测量机器人基准点的测量偏差高于±5mm时，应及时叫停摊铺机作业，在完成基准校正处理后，立即安排跟进测量，同样每5～10cm进行一次基准点测量，此时若行进过程中波动情况在±3mm，则需每3～5m完成一次测量即可。一般情况下，摊铺机起步1～2m时，将会进入平稳行驶状态，此时需要借助数字技术与全站仪，实现对3D智能摊铺全过程监管。

3、结束语

综上所述，在社会经济快速发展的今天，传统的人工摊铺方式很难满足当下公路路面施工要求，这就需要充分发挥3D智能摊铺施工技术作用，深刻贯穿在路面摊铺施工作业全程，促进人工摊铺向智能化、自动化摊铺方向的转变，进一步缩减作业程序，减少人力成本投入，促进整个工程项目的有序建设。

【参考文献】

[1]高海波,刘欣超,王彤.基于3D机械控制沥青路面智能摊铺施工技术应用研究[J].江苏建筑,2022(S1):52-55.

[2]马建军.徕卡智能3D摊铺系统在广东省龙怀高速公路中的应用[J].工程技术研究,2021,6(07):46-47.

[3]顾江鸣,邹文军,白伟华,王芮文.3D智能数字化摊铺技术在溧高高速公路路面施工中的应用[J].工程质量,2021,39(02):65-68.

[4]赵秀娟.3D数字化智能控制技术在沥青路面下面层摊铺施工中的应用研究[J].工程建设与设计,2021(02):139-140.