浅析公路工程机械数字化施工系统应用

浅析公路工程机械数字化施工系统应用

邓海峰

中国路桥工程有限责任公司北京100011

摘要：本文介绍了公路工程数字化施工概念，分析了公路工程机械数字化施工关键技术，重点介绍数字化施工系统应用及工序，最后对数字化施工与传统施工经济效益进行了对比，证明其在公路建设领域具有多种优势，有广阔的使用空间和推广价值。

关键词：公路工程；机械自动控制；数字化施工；系统应用

一、公路工程数字化施工概念

公路工程数字化施工运用计算机、定位、自动控制以及可视化等技术将公路工程前期筹划、机械施工、工期控制、质量控制等整个过程数字化、信息化、智能化，更加准确高效地配置各生产要素和预测工程进展。以数字化为基础，利用可视化技术将施工过程由文字和图表转换为立体图形，更直观地辅助决策。利用数字化施工手段，工程作业人员更便于操控机械，安质人员更有效实时开展质监工作。

二、数字化施工关键技术

（一）三维数字建模技术

通过SiteVisionOffice软件，可将设计单位的二维图纸进行三维转化。

（二）工地测量管理技术

工地测量管理技术，是在GPS和全站仪定位的基础上，以方格网的形式快速进行施工表面测量，在软件中创建分层施工表面数字三维模型，与原始地表比对计算当前已经完成工程量，与设计表面值对比就得出剩余工程量，使施工管理人员实时掌握施工进度。

（三）机械自动控制技术

在公路工程建设中，机械自动控制由GPS系统和UTS系统组成，涵盖推土机、平地机、压路机、挖掘机、摊铺机等多种施工机械。

（四）无线传输及服务器技术

公路工程数字化施工系统支持无线传输，设备可以通过4G或WiFi网络与服务器进行实时施工数据的上传和下载。通过职权划分，项目现场及国内外总部的各级管理者可通过浏览器登录服务器，下载施工数据。

三、工程机械数字化施工系统应用及施工过程

施工准备工作过程中，施工单位进场后需和设计单位共同对标段范围内测量控制网进行复测、加密工作。工地测量管理系统能够进行施工控制网复测及加密，可以快速复测原地表，为核实土方量以及制订施工计划提供真实有效的数据。

工地测量管理系统采用高精度GPS静态测量对原有控制网复测加密，可以快速复测原地表，为核实土方量以及制订施工计划提供真实有效的数据。施工人员可以很直观的看到未测量区域，可以现场生成等高线、计算土方量，核实土方量以及制订施工计划提供真实有效的数据，避免了复测、重测现象，提高了工效。

（一）线路放样

在机械开始施工前，需在施工区域放样出线路中线、边线等。

1、分层填筑

推土机主要用于填筑各种级配土石方材料。在传统施工中，填筑材料厚度的控制需要操作手在现场施工员的指挥下进行，施工过程受人为和客观因素影响较大，经常出现厚度超限的现象，严重影响施工质量。

2、推土机控制系统

通过高精度GPS定位及自动控制技术，实时显示和记录工作面的施工数据，同时自动控制设备按照设计文件坐标进行施工。系统可以精准的保证填筑厚度及平整度，从而降低了施工方作业人员的工作强度和施工成本，也减轻了工程监理方的工作强度。

3、施工效果

采用推土机控制系统进行施工，保证施工质量一致性，可将施工的高程和水平精度分别控制在±3cm及±2cm以内。

（二）摊铺平整

1、底层摊铺

平地机主要用于土方工程底基层、基层的主要精平工作。传统施工完全凭借机械操作员经验与大量测量和辅助人员配合，只能通过事后测量控制的方式返工弥补施工中出现的问题。施工成本高、周期长、机械操作员水平要求高、施工质量不稳定。

平地机控制系统通过高精度GPS定位技术与丰富的设计控制软件相结合，实时对铲刀位置姿态进行三维自动控制。即使设计表面复杂，驾驶员水平较低，也可以昼夜施工，快速精确地实现设计目标，避免返工，提高平地机工作效率，显著增加工程收益。

采用平地机控制系统进行施工，保证施工质量一致性，施工效果可将施工的高程和水平精度分别控制在±3cm及±2cm以内。

2、面层摊铺

沥青混凝土摊铺机用于铺筑沥青混凝土路面，目前国内摊铺找平系统使用的接触式传感器控制摊铺机左右两侧高程，施工时需要人为架设参考基准（基准线、铝梁），需要大量人员辅助施工，无法实时监测施工精度，只能依靠后期检测进行修补，常出现基准设定错误而导致的返工。

摊铺机控制系统完全可以解决传统施工中存在的问题。架设在控制点上的全站仪将捕获的坐标实时传送到摊铺机控制系统的控制箱中，控制箱通过指令控制牵引大臂发生位移，引导熨平板运动，使填筑产生坡度和高程变化，实现所要求的路面平整度，满足摊铺设计要求。

在进行面层摊铺工作，摊铺机控制系统采用先进的无桩化施工方法，由全站仪精确引导摊铺机施工状态，以实现精度控制要求。

（三）分层碾压

传统碾压施工中，操作手仅借助各种人为的方式记忆、落实施工规范要求的碾压次数、碾压厚度、行驶速度等参数以实现预期的压实度指标，很难找出压实度薄弱区域。

压路机控制系统的应用可以有效地指导操作手进行施工，通过控制箱的屏幕显示、现场的打印报告以及事后的压实数据分析，可以大大减少施工中欠压过压的施工问题出现，找出作业面压实的薄弱区域，指导检测人员有针对性做传统检测，保证整个作业面压实的均匀性。

四、施工成果及效益分析

传统施工提交成果无法提供施工过程数据，都是文字性的日志叙述，无法通过成果掌握施工过程的真实情况并直观了解施工进展。数字化施工系统可以保存施工过程数据，使施工过程有据可循。

五、结语

综上所述，公路工程数字化施工相较于传统公路工程机械施工具有以下优势：

1、提高效率、缩短工期

（1）减少推平次数，避免返工

（2）24小时不间断施工，可夜间施工

（3）实时过程控制，无需人工放样，可以在最短的时间内以最好的质量完成项目。

2、提高施工质量

（1）精确控制，一次成型

（2）精度达到2-3cm

（3）实时的质量控制

3、节约成本，提高利润

（1）无需打桩、放样，无需人工进行过程检查，降低测量成本

（2）即使是没有经验的机手也可以实现精准控制

（3）提高机械使用效率，减少租机台数

（4）减少重复推平，降低油料和材料消耗

4、实时过程控制

（1）精确控制一次成型

（2）遇设计变更可随时更改

（3）实时显示施工报告，现场随时掌控施工效果，避免事后控制可能带来的返工

（4）提高工地安全性、人员安全得到保证

5、在工程建中打造企业高端竞争力，提升公司展示形象。