數(shù)字化施工在柳南高速公路改擴(kuò)建工程中的應(yīng)用

韋景光，李健明，吳宇杰，何 君，何振炬，隗彥宏

(1. 廣西路橋工程集團(tuán)有限公司道橋分公司，廣西 南寧 530029； 2. 徠卡測(cè)量系統(tǒng)貿(mào)易(北京)有限公司，北京100020)

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徠卡測(cè)量新技術(shù)應(yīng)用專欄

數(shù)字化施工在柳南高速公路改擴(kuò)建工程中的應(yīng)用

韋景光1，李健明1，吳宇杰1，何 君1，何振炬1，隗彥宏2

(1. 廣西路橋工程集團(tuán)有限公司道橋分公司，廣西 南寧 530029； 2. 徠卡測(cè)量系統(tǒng)貿(mào)易(北京)有限公司，北京100020)

數(shù)字化施工是大型建設(shè)工程的現(xiàn)代化施工需求。本文通過現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用，對(duì)比了應(yīng)用徠卡3D攤鋪控制系統(tǒng)的數(shù)字化施工與應(yīng)用平衡梁系統(tǒng)的傳統(tǒng)施工在作業(yè)中的精度，并進(jìn)行了能效分析。

數(shù)字化施工；公路施工；攤鋪；3D攤鋪控制

1 數(shù)字化施工

工程建設(shè)是一個(gè)高度動(dòng)態(tài)的過程，施工過程和施工管理極為復(fù)雜，如何應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)手段提高施工質(zhì)量、效率及施工管理現(xiàn)代化水平是所有建設(shè)者共同追求的目標(biāo)。

數(shù)字化施工的概念就是運(yùn)用計(jì)算機(jī)、定位、自動(dòng)控制及可視化等技術(shù)將工程建設(shè)整個(gè)過程進(jìn)行數(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)字化施工產(chǎn)品能夠?yàn)榭蛻魩?大價(jià)值：

(1) 提高效率，縮短工期，避免返工，而且可以實(shí)現(xiàn)24 h全天候不間斷的施工作業(yè)。

(2) 節(jié)約建設(shè)成本。無需打樁放樣，無需人工測(cè)量；把數(shù)字化模型放到機(jī)械控制中，可以確保第一次施工就達(dá)到要求。

(3) 實(shí)現(xiàn)施工過程透明化，掌控施工質(zhì)量。

(4) 確保人員、設(shè)備和施工的安全，減少施工事故。

數(shù)字化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(shì)。數(shù)字化施工以其所倡導(dǎo)的安全施工、綠色施工和高科技施工的觀念，受到越來越多國(guó)內(nèi)外施工單位的青睞。

2 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

柳州至南寧高速公路是國(guó)家“7918”高速公路網(wǎng)中泉州至南寧(G72)的重要組成部分，是廣西“6縱7橫8支線”高速公路網(wǎng)的主骨架，在路網(wǎng)中具有十分顯要的地位。

柳南高速公路改擴(kuò)建工程№8合同段路面墊層施工路段全長(zhǎng)15.6 km，其中新線5.6 km，舊線加寬10 km，本合同段路基寬度42 m，雙向8車道。如圖1、圖2所示。

圖2 施工平面圖

項(xiàng)目施工分為兩個(gè)部分：一是舊路的拓寬改造，共10 km；二是新建線路，共5.6 km，在施工中均面臨著各種問題。

首先，在新線建設(shè)中，單側(cè)攤鋪寬度約為20 m，為保證路面質(zhì)量，水穩(wěn)層與瀝青層在攤鋪過程中需要保證同一路段單側(cè)一次攤鋪完成，這樣就需要使用3臺(tái)攤鋪機(jī)進(jìn)行聯(lián)鋪?zhàn)鳂I(yè)。在實(shí)際作業(yè)中，位于兩側(cè)的攤鋪機(jī)攤鋪寬度7.5 m，使用路沿側(cè)掛導(dǎo)線，路面?zhèn)燃軐?dǎo)梁方式作業(yè)。位于中間的攤鋪機(jī)攤鋪寬度6 m，使用滑靴沿兩側(cè)攤鋪機(jī)鋪好路面進(jìn)行作業(yè)。

在該過程中，鋼線及導(dǎo)梁架設(shè)復(fù)雜，容易造成人為誤差，同時(shí)在施工中，導(dǎo)梁不能架設(shè)過長(zhǎng)，需要相關(guān)工作人員在來往車輛中不斷架設(shè)，并且監(jiān)控是否有外界因素導(dǎo)致的導(dǎo)線或鋼梁位置及高程的變化。

在舊線改造中，項(xiàng)目施工是在原有公路基礎(chǔ)上進(jìn)行道路擴(kuò)建，原公路未封路，仍有大量車輛高速通行。若使用傳統(tǒng)方式進(jìn)行攤鋪控制作業(yè)，需要將一側(cè)導(dǎo)線架設(shè)在正在通行車輛的路面上，現(xiàn)場(chǎng)安全不易控制，而且施工質(zhì)量受到較多的外部因素影響。如圖3所示。

圖3 施工開始前現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)導(dǎo)線和導(dǎo)梁

同時(shí)，在施工路線中有大量的彎道和變坡路線，傳統(tǒng)作業(yè)中的施工不能完全按照設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行彎道和變坡路段的攤鋪?zhàn)鳂I(yè)。而且在使用傳統(tǒng)方法進(jìn)行施工時(shí),設(shè)備僅對(duì)攤鋪厚度進(jìn)行了控制，即可以較好地控制攤鋪的平順性和平整度，但是卻不能在確保平順性和平整度的同時(shí)控制攤鋪標(biāo)高。

由于廣西地區(qū)雨水豐沛，施工過程受天氣影響較大，為按照工期完成項(xiàng)目，需要在合適的天氣情況下進(jìn)行24 h作業(yè)，而這種情況下使用傳統(tǒng)作業(yè)就會(huì)造成大量的現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械與人員混合作業(yè)，增加人員的危險(xiǎn)性。圖4為傳統(tǒng)作業(yè)夜間施工中，工作人員在密集的車輛中架設(shè)導(dǎo)線和導(dǎo)梁。

圖4 夜間施工

3 解決方案

為了解決相關(guān)問題，項(xiàng)目部多方尋找方案并進(jìn)行了測(cè)試及考察，最終確認(rèn)使用徠卡3D攤鋪控制系統(tǒng)進(jìn)行工程施工，同時(shí)對(duì)施工過程進(jìn)行數(shù)字化控制。

使用徠卡3D攤鋪控制系統(tǒng)只需將工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)導(dǎo)入機(jī)載電腦，由全自動(dòng)全站儀跟蹤攤鋪機(jī)運(yùn)行軌跡，實(shí)時(shí)控制攤鋪機(jī)按照設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行攤鋪施工，將現(xiàn)場(chǎng)施工人員從繁復(fù)的體力勞動(dòng)中解脫出來，大大加快了施工速度，并且由于無需放樣、打樁、掛線，因此避免了人為誤差，以及施工時(shí)掛線懸垂、抖動(dòng)誤差，保證了施工質(zhì)量。

以設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，使攤鋪的曲線更加流暢，也實(shí)現(xiàn)了完全按照設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行彎道和變坡段的攤鋪?zhàn)鳂I(yè)。將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)作為參照，則施工過程中是根據(jù)標(biāo)高進(jìn)行控制的，可以非常平順地進(jìn)行道路的攤鋪，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了對(duì)物料的控制。

4 現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)

(1) 對(duì)全站儀進(jìn)行設(shè)站，將全站儀切換到機(jī)械控制模式。

(2) 將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)導(dǎo)入機(jī)載電腦，連接全站儀，將機(jī)載電腦切換到自動(dòng)模式。

(3) 施工。如圖5所示。

圖5 施工現(xiàn)場(chǎng)

5 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

表1為現(xiàn)場(chǎng)攤鋪500 m后松鋪實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，左側(cè)為徠卡3D攤鋪控制系統(tǒng)施工結(jié)果，右側(cè)為傳統(tǒng)方式施工獲取的數(shù)據(jù)(現(xiàn)場(chǎng)取樣數(shù)據(jù)為每10 m一個(gè)點(diǎn)，表格數(shù)據(jù)為每30 m一個(gè)點(diǎn))。

表1 現(xiàn)場(chǎng)攤鋪施工數(shù)據(jù) m

注：差值=松鋪-設(shè)計(jì)(”+“為高，”-“為低)。

6 效能分析

通過現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際測(cè)試及應(yīng)用，對(duì)徠卡3D攤鋪機(jī)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)施工效能進(jìn)行了分析，見表2。

表2 3D攤鋪機(jī)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)施工效能分析

續(xù)表

7 結(jié) 語

徠卡3D攤鋪控制系統(tǒng)的引入，完全改變了傳統(tǒng)的攤鋪工作方式，在精度控制、效率提高、綜合效益提高方面比傳統(tǒng)施工方式有著不同程度的提高，是未來攤鋪機(jī)控制系統(tǒng)的主要技術(shù)發(fā)展方向，真正實(shí)現(xiàn)了由傳統(tǒng)施工方式向現(xiàn)代數(shù)字化施工方式的轉(zhuǎn)變。隨著現(xiàn)代化施工的要求逐漸走向精細(xì)化、數(shù)字化，挖掘機(jī)、推土機(jī)、平地機(jī)、壓實(shí)監(jiān)控等方面的控制系統(tǒng)會(huì)越來越多地使用在中國(guó)的施工工地。