【数字化转型优秀案例】巡展⑪：基于3D机械控制的公路路面智能实施工程技术研究、应用

来源：华体会登入页面    发布时间：2024-07-15 10:31:31

  为加快推进我市数字化的经济高水平质量的发展，打造以“新基建、新技术、新制造、新业态、新治理”为重要特征的无锡数字化的经济，现将2021年无锡市数字化的经济“五新”优秀案例予以展示，充分的发挥优秀案例的示范作用，供借鉴和参考。

  无锡智汇交通科技有限公司是无锡交通产业集团旗下全资子公司，注册资本5000万元，是地区领先的智慧交通服务提供商，主要经营智慧公交、智慧客运、智慧停车、交通大数据云平台、交通支付以及智慧工地等业务。2021年年初，公司成为无锡市唯一经政府授权的国家级城市车联网先导区建设主体企业，并经国家工信部批准成为《国 家2019年产业技术基础公共服务平台项目应用先导性综合服务平台》的核心参与单位。

  无锡交通建设工程集团有限公司前身为1989年1月成立的无锡市交通工程总公司；2004年经混合所有制改革成立国有控股的无锡市交通工程有限公司；2018年为响应无锡市委市政府做强做优做大国有企业的号召，在原工程公司的基础上通过收购兼并行业内优质企业组建成立无锡交通建设工程集团有限公司，经营事物的规模涵盖交通工程、市政设施建设工程、房建工程、航道工程、设施安装、环境整改治理等多元领域。

  2020年度营业收入29.2亿元。2019年初成立科学技术研发中心，科学技术研发人员70名。共获得知识产权57项，其中发明专利4项，实用新型53项。是全市唯一具备建筑工程项目施工总承包特级、国家公路工程项目施工总承包一级、市政公用工程项目施工总承包一级、机电工程项目施工总承包一级等全资质的国有企业，承建项目获鲁班奖、詹天佑奖、金杯奖、国家优质工程奖等国家奖项，足迹遍布江苏省全境及十五个省（直辖市），形成了根植太湖之滨辐射全国的业务版图。

  2020年12月，经江苏省交通运输厅推荐：江苏东交智控科技集团股份有限公司作为认定单位、无锡交通建设工程集团有限公司等作为参加单位的“交通运输自动化作业技术研发中心”被交通运输部正式认定。

  中心成立以来，致力于“3D机械控制的公路路面智能实施工程技术应用研究”：应用信息化、数字化、智能化等技术方法，建立路面智能化施工3D数字建模技术，开发基于3D机械控制技术的摊铺机操控方法及水稳、沥青路面施工管控系统，形成3D摊铺标准化施工工艺。

  2021年，在高淳至宣城高速公路江苏段路面施工项目GX-21标段水稳施工中得到全面应用。基本解决了人的因素、工程机械对基准的影响；保证了路面设计标高和平整度；大幅度减少了路面材料的浪费。取得较好经济和社会效益。

  高速公路路面施工采用摊铺机进行道路摊铺。在进行水稳层摊铺施工时采用的高程、厚度、坡度、宽度及控制主要按照测量人员架设的钢丝基准线或铝梁进行现场控制。

  施工前进行的测量放样工作包括：中线偏位、高程、宽度等。根据设计图纸宽度，放出两条边线，按摊铺机宽度与传感器间距做出标记，打好导向控制线支架，根据松铺厚度确定导向控制线高度，挂好导向控制线（钢丝绳）。

  摊铺机在摊铺过程中，两侧通过“走钢丝”的方式来控制摊铺高程及厚度，中间位置通过“走活动、可调铝合金板”的方式来控制摊铺高程及厚度。

  传统引导基准采用水准仪读取水准尺高程读数计算确定的。由于路基基础达不到标准，基准线在架设过程中其准确度依赖人员的责任心和疲劳度，在很大程度上影响基准引导线架设的精度。②工程机械对基准的影响。由于摊铺过程中摊铺机撞击基准桩或料车碾压基准线概率较大，导致架设基准的偏差进而出现摊铺施工的错误。

  通过平衡梁或滑靴进行摊铺施工可以较好的控制摊铺的平顺性和平整度，却不能确保平顺性和平整度的同时控制摊铺标高。

  ④测量工作量大，需要大量的辅助人员。通过滑靴进行摊铺施工需要大量的测量工作作为辅助，需要大量施工前期准备工作。

  ⑤施工存在安全风险隐患。传统摊铺施工受外因影响大。为了赶工期有必要进行24小时连续施工作业，由于实施工程人员的疲劳，不可避免的会增加出现错误和事故的几率，存在工程质量和安全隐患。

  ⑥优质路面材料的浪费。由于控制精度和基层处理质量不高，会造成摊铺中对优质路面材料的浪费。

  １、3D摊铺系统工作原理：3D数字化摊铺自动控制系统主要由测量机器人（全自动全站仪基准站）和摊铺自动控制系统组成。系统工作时，用于机械控制全站仪将捕获和测量安装在摊铺机桅杆上的360°棱镜的三维坐标数据，通过摊铺机系统上的超级蓝牙电台将采集的棱镜坐标数据实时传送到摊铺自动控制系统的控制箱中，控制箱将获得的当前坐标信息与设计卡中的三维数据来进行对比，生成相应的坐标高程修正信息并传递摊铺机左右两侧边控箱，这时再由边控箱对应生成相应的比例驱动信号，通过液压阀驱动摊铺机牵引臂液压油缸使熨平板进行相应方向的调整和修正，从而使摊铺道面产生坡度和高程变化，弥补路面波动，实现所要求的路面平整度，在具体施工全套工艺流程中为实现道面摊铺的精确控制要求，另一台测量全站仪长期处在监测道面摊铺状况，真正的完成过程监控施工，满足摊铺设计要求。

  2、3D摊铺自动控制管理系统组成：3D摊铺自动控制系统主要有三维位置定位系统、车载控制系统和3D摊铺辅助软件等三部分组成。

  “3D机械控制的公路路面智能实施工程技术”可大范围的应用与公路工程路面底基层、基层和沥青面层的施工作业。

  1、数字化摊铺施工。无需人工假设引导基准，采取全站仪引导进行精准数字化施工作业。在确保摊铺标高的同时兼顾了摊铺面的平顺性和平整度。

  2、施工过程化控制。对摊铺面进行实时的三维坐标数据检测及实施工程质量反馈，精准控制施工全过程，实现了优质路面材料的节约。

  3、施工现场安全整洁。系统工作时不需要过多的实施工程人员和施工辅助人员，大幅度的降低了人员的使用和劳动强度；施工现场整洁有序，保障人员和机械设备的安全。

  4、智能化施工作业。把设计数据导入到3D摊铺自动控制系统，施工全套工艺流程系统自动的进行控制，无需测量放样和找基准线，减少了人的因素对实施工程质量的影响。

  5、标准化施工作业。系统根据现场摊铺施工规范和要求，标准匹配施工作业进度。

  １、项目情况：高淳至宣城高速公路是江苏省“五纵九横五联”高速公路网规划中南京至高淳高速公路（五联）的重要组成部分。高淳至宣城高速公路江苏段路面施工项目GX-21标段2020年12月由无锡交通建设工程集团有限公司中标承建，合同工期18个月。

  路线km。项目采用双向四车道高速公路设计。主线中面层+8cmSup-25下面层+36cm水泥稳定碎石基层+18cm低剂量水泥稳定碎石底基层，总厚度72cm。水稳总面积约135万m2。2、高宣高速 GX-21 标水稳3D现场摊铺应用情况：

  1、经济效益。经济效益主要考虑两方面因素：一是节约了人力成本；二是节约了水稳施工成本。

  人力成本节省：摊铺工作技术人员能够大大减少10人左右。传统施工工艺每一套摊铺点（2台摊铺机）需要安排4个工人挂钢丝配合控制高程，需要2名测量人员提前放样。3D摊铺不需要配备上述人员。高宣高速项目按2套摊铺点各15个月计算，节约人员费用=10人×0.7万/人/月×15月×2=210万元。水稳实施工程的成本节省：精确控制每层厚度，减少混合料用量；油料节省：无需像滑靴方式摊铺机需要来回倒车，整个工期油料数量节省可观。

  综合上述分析，成本可节约：210万元+108万元+23万元=341万元。

  3D摊铺实现了工程数据的可追溯性，避免了认为的偷工减料，保证了工程实体质量。

  经检测，3D摊铺主要相关指标：高程、厚度、横坡、平整度等合格率提升明显，提高了工程实体质量和施工稳定性。通过提高路面平整度大幅改善路面行车舒适性。

  1、2021年，3D摊铺技术将继续应用于高淳至宣城高速公路江苏段路面施工项目 GX-21 标段沥青中、下面层的施工，京沪高速改扩建工程新沂至江都段路面工程JHK-YZ21标段（无锡交建承建）路面施工作业，计划于年底形成《高速公路沥青3D摊铺施工指南》、编制江苏省区域标准《普通国省干线公路工程智慧工地建设技术方面的要求》。

  2、加强和徐工集团工程机械股份有限公司道路机械分公司合作，对路面施工机械设备做智慧化改造。

  1、研发中心通过3D摊铺研发技术将自动化作业算法的研究、智能感知技术的研究、工艺的优化、工法的编制、标准与指南的编制等进行整合。

  2、在自动化实施工程技术应用过程中，可监测到各材料用量，并进行偏差预警，综合节约用材1%。

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