一种沥青水稳底基层及沥青下面层智能摊铺方法及系统

摘要

本发明公开了一种沥青水稳底基层及沥青下面层智能摊铺方法及系统，涉及路面摊铺技术领域，包括：构建3D智能摊铺控制系统，包括三维位置定位系统、车载控制系统和3D摊铺辅助软件；利用3D摊铺辅助软件对设计图纸进行三维数字模型的建立，并将三维数字模型输入车载控制系统；三维位置定位系统引导3D智能摊铺控制系统在手动状态下开始摊铺作业，并基于设计要求进行校准调试，校准完成后3D智能摊铺控制系统在自动模式下完成摊铺施工；施工完成后对摊铺测量数据进行存档，分析施工过程。本发明可以解决了传统路面摊铺施工中存在的质量控制难、工效指标低、成本投入大等问题，提高施工效率。

说明书

技术领域

本发明涉及路面摊铺技术领域，更具体的说是涉及一种沥青水稳底基层及沥青下面层智能摊铺方法及系统。

背景技术

数字化施工是在“数字地球”这一大背景下提出的，其目前在国内施工领域是一项新兴的技术应用，在公众眼中常常与“高科技”和“造价昂贵”等词汇联系在一起。所谓数字化施工，是指依托建立的三维设计图数据模型、工地现场定位及数据采集系统、数控机械控制系统等基础平台，通过结合双向通讯技术，整合工地信息资源，对单台、多台甚至整个工地的施工机械，实现实时管理、精准控制的施工模式。一套完整的数字化施工系统由基站设备(GPS天线和接收机)、流动站系统、机器控制系统(传感器、CAN总线、控制箱、光棒、电台等)和控制系统软件等部分组成。

举例来说，在传统的施工过程中，土建工程的标高、坡度、平整度等一系列外形参数，均是机械操作手通过目测桩位，以手工操作土方机械来控制。由于土方机械性能各异，机械操作手水平参差不齐等原因，进而降低了项目的一次验收合格率。为保证质量合格，通常还要返工和重复作业，这样不但提高了成本，浪费了资源，也影响了施工进度。而数字化施工则是机械引导人工，不仅不用打桩，对操作手的要求也降低了很多，进而还可以达到降低油耗、避免返工、减少原材料和配件的损耗、减少现场人员的效果，数字化施工可以广泛的应用于市政工程、道路工程、机场、大型广场和商业用地等土建基础工程项目中。

本申请提出的一种沥青水稳底基层及沥青下面层智能摊铺方法及系统就属于数字化施工的一种应用。传统沥青路面摊铺施工依靠人工控制因素更多，施工中需投入较多的人力物力，施工控制误差相对较高，成品路面还可能出现一定的质量问题。智能化施工技术在国内已广泛应用于各个施工项目，而在项目施工线路长、工程工期紧、质量要求高的情况下，如何利用数字化技术全方位动态监控管理路面施工，减少现场人员投入，提高现场管控水平和施工质量是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种沥青水稳底基层及沥青下面层智能摊铺方法及系统，引入智能化技术进行路面的底基层、面层施工，可以实现摊铺高度、坡度和摊铺方向的自动同步控制，减少了作业人员数量，解决了传统路面摊铺施工中存在的质量控制难、工效指标低、成本投入大等问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种沥青水稳底基层及沥青下面层智能摊铺方法，包括以下步骤：

构建3D智能摊铺控制系统，所述3D智能摊铺控制系统包括三维位置定位系统、车载控制系统和3D摊铺辅助软件；

利用所述3D摊铺辅助软件对设计图纸进行三维数字模型的建立，并将所述三维数字模型输入车载控制系统；

三维位置定位系统引导所述3D智能摊铺控制系统在手动状态下开始摊铺作业，并基于设计要求进行校准调试，校准完成后所述3D智能摊铺控制系统在自动模式下完成摊铺施工；

施工完成后，对摊铺测量数据进行存档，分析施工过程。

可选的，在摊铺施工之前，所述智能摊铺方法还包括施工准备步骤，具体过程包括：

在路面摊铺施工前，建立施工控制网，根据设计要求对摊铺的精度进行控制，并将摊铺的精度控制在标准范围内；

选择控制点位对摊铺区域的周边布设情况进行模拟，在线路的两侧方位保持一定间距且连续地进行控制点位的布设；

采用GPS静态观测，通过平差软件获得施工控制网的有效数据，进行水准测量外部作业，计算各个控制点位之间的高差。

可选的，所述三维数字模型的建立，具体为：

利用3D智能摊铺控制系统配套的Leica iCON Office Software软件将原有的工程二维设计蓝图转化为3D智能摊铺控制系统能够自动识别的三维电子设计图。

可选的，在摊铺施工之前，所述智能摊铺方法还包括将3D智能摊铺控制系统进行正确连接，并设置施工表面相对于设计表面的正确偏移量；其中，所述3D智能摊铺控制系统的具体结构设置为：

所述三维位置定位系统配置三台全站仪，引导3D智能摊铺控制系统现场施工；

所述车载控制系统安装于摊铺机上，包括一台主控制器、两台控制手柄、两个360°棱镜、一个横坡传感器、两台车载电台、两个接线盒以及连接线缆，所述控制手柄、横坡传感器、车载电台分别通过接线盒以及连接线缆与所述主控制器连接；

所述3D摊铺辅助软件为iCON Site Software软件，将设计图纸的相关参数导入车载控制系统。

可选的，在手动状态和自动模式下进行摊铺施工的具体步骤包括：

在控制点位上布设全站仪；

当作为引导基准的全站仪追踪到360°棱镜后，摊铺机开始在手动状态下进行摊铺作业；

当摊铺机在填筑表面左右高程满足设计要求并稳定后，对3D智能摊铺控制系统的高程和横坡传感器进行校准，校准完成后，3D智能摊铺控制系统在自动模式的状态下进行摊铺工作，且在摊铺过程中通过微调控制手柄左右两侧上升下降按钮的偏移量来满足摊铺表面左右高程要求。

可选的，3D智能摊铺控制系统在自动模式下进行摊铺施工的具体步骤包括：

通过架设在控制点位上的全站仪捕获安装在摊铺机桅杆上的360°棱镜的三维坐标数据，再通过所述车载电台实时将三维坐标数据传送到主控制器中；

所述主控制器将获得的三维坐标数据与设计卡中的三维数据进行对比，生成相应的高程修正信息并传递到摊铺机左右两侧的控制手柄；

由所述控制手柄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，获得设计要求的路面平整度和摊铺厚度。

可选的，所述方法还包括：

在摊铺施工阶段，对摊铺机的行进方向进行确定，同时基于摊铺区域的松铺系数，在全站仪架设的位置对周围的环境进行检查，使所述3D智能摊铺控制系统具有正确的配置。

可选的，所述方法还包括：

在摊铺机的起步阶段，垫好枕木后将仰角标尺调整到标准位置；

正常起步后，对起步阶段摊铺的区域进行复测工作，基于复测结果调整设备参数修正误差；

完成起步后，根据需要间隔一定时间对摊铺厚度进行检测，当摊铺厚度超过摊铺机作业厚度后，关闭自动控制功能；

当仰角标尺超过一定的变化范围时，及时停机并检查全站仪是否正常。

本发明还公开了一种沥青水稳底基层及沥青下面层3D智能摊铺控制系统，包括：三维位置定位系统、车载控制系统和3D摊铺辅助软件；

所述三维位置定位系统配置三台全站仪，用于引导所述3D智能摊铺控制系统现场施工；

所述车载控制系统安装于摊铺机上，在全站仪的引导下，用于实现所述3D智能摊铺控制系统进行摊铺施工的自动控制；

所述3D摊铺辅助软件包括Leica iCON Office Software软件和iCON SiteSoftware软件，用于对设计图纸进行三维模型的建立以及将设计参数导入车载控制系统。

可选的，所述车载控制系统包括：一台主控制器、两台控制手柄、两个360°棱镜、一个横坡传感器、两台车载电台、两个接线盒以及连接线缆；所述控制手柄、横坡传感器、车载电台分别通过接线盒以及连接线缆与所述主控制器连接；

所述主控制器包括：背光触摸按键、多任务处理操作系统、LCD显示屏、标准数据卡以及引导机手操作的蜂鸣器；

所述控制手柄内储存有不同机器的液压设定模式，用于显示施工表面的横向坡度；

所述360°棱镜设计两种安装方式，包括螺丝安装方式和螺丝孔安装方式；

所述横坡传感器，在摊铺施工时用于控制熨烫板进行随动，保证施工面的坡度数值。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种沥青水稳底基层及沥青下面层智能摊铺方法及系统，具有以下有益效果：

(1)本发明引进3D智能摊铺控制系统进行路面的底基层、面层施工，可以实现摊铺高度、坡度和摊铺方向的自动同步控制，减少了作业人员数量，解决了传统路面摊铺施工中存在的质量控制难、工效指标低、成本投入大等问题；

(2)本发明采用数字化摊铺施工，无需人工架设引导基准线，采用全站仪引导进行精准智能施工作业，在确保摊铺标高的同时兼顾了摊铺面的平顺性和平整度；在施工全过程中对摊铺面实时的三维坐标数据检测和施工质量进行反馈，能够做好全过程的精准控制；

(3)本发明将设计数据导入到3D智能摊铺控制系统，施工过程系统自动进行控制，无需测量放样和找基准线，减少了人为因素对施工质量的影响；系统施工不受光线影响，可以24小时全天候施工作业；

(4)此外，本发明可有效保证摊铺作业效率，并且最大程度保证路面摊铺质量，进而减少沥青废料的产生，一方面节省了资源投入，另一方面避免废料丢弃对环境的污染，环保效果好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为智能摊铺方法的流程图；

图2为3D智能摊铺控制系统的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

数字化施工技术在国内已广泛应用于各个施工项目，在项目施工线路长、工程工期紧、质量要求高的情况下，对高速公路路面数字化关键施工技术开展研究，为利用数字化技术全方位动态监控管理路面施工，本发明实施例公开了一种沥青水稳底基层及沥青下面层智能摊铺方法，如图1所示，包括以下步骤：

构建3D智能摊铺控制系统，其中，3D智能摊铺控制系统包括三维位置定位系统、车载控制系统和3D摊铺辅助软件；

利用3D摊铺辅助软件对设计图纸进行三维数字模型的建立，并将三维数字模型输入车载控制系统；

三维位置定位系统引导3D智能摊铺控制系统在手动状态下开始摊铺作业，并基于设计要求进行校准调试，校准完成后3D智能摊铺控制系统在自动模式下完成摊铺施工；

施工完成后，对摊铺测量数据进行存档，分析施工过程。

进一步地，在摊铺施工之前，该智能摊铺方法还包括施工准备步骤，具体过程包括：

建立施工控制网：在路面摊铺施工前，建立高精度的施工控制网，根据设计要求对摊铺的精度进行控制，将其控制在标准范围内，按照计算的要求和相关的规范，对高程控制网进行全面的管理；

选、埋点位作业：选择控制点位对摊铺区域的周边布设情况进行模拟，在进行控制点位的选择时，可以将其设置在距线路边缘10-30m左右的两侧方位，选择地形地貌比较开阔、稳定、不易被破坏的区域，进行控制点位的建设；同时要对控制点位的通视程度进行严格的控制，点位之间的间距要在200m左右且进行连续设置；

数据信息采集与处理：在选择控制点位和加密点位之后，采用GPS静态观测，根据系统规范的要求进行具体操作，通过专业平差软件获得加密控制网的有效数据，在进行水准测量外部作业结束之后，对所有的数据信息进行综合检查，计算各个控制点位之间的高差。

内业数据准备工作主要是将传统的工程设计院提供的施工设计数据和图纸进行三维数字模型的建立，具体为：利用3D智能摊铺控制系统配套的Leica iCON OfficeSoftware软件将原有的工程二维设计蓝图转化为3D智能摊铺控制系统能够自动识别的三维电子设计图。

前期准备阶段需要进行系统的安装和调试，摊铺机的机械及电气以及液压系统必须要达到出厂的具体要求，在进行系统安装的时候要保障足够场地，同时也要能够配合电焊和电钻来进行施工，在现场测量控制点加密以及控制点的精度校核。

因此，在摊铺施工之前，该智能摊铺方法还包括将3D智能摊铺控制系统进行正确连接，并设置施工表面相对于设计表面的正确偏移量；其中，3D智能摊铺控制系统的具体结构设置为：

三维位置定位系统配置三台全站仪，引导3D智能摊铺控制系统现场施工，第三台全站仪可以用于换站；

车载控制系统安装于摊铺机上，包括一台主控制器、两台控制手柄、两个360°棱镜、一个横坡传感器、两台车载电台、两个接线盒以及连接线缆，其中控制手柄、横坡传感器、车载电台分别通过接线盒以及连接线缆与所述主控制器连接；

3D摊铺辅助软件为iCON Site Software软件，将设计图纸的相关参数导入车载控制系统。

进一步地，在手动状态和自动模式下进行摊铺施工的具体步骤包括：

在控制点位上布设全站仪；如果全站仪的精度调整在中级或者低级的时候，设站是不予通过的，同时设站位置需要能够尽量离大型的机械范围更远一些，不要把架设的位置放在摊铺机的正前方或者是正后方；

当作为引导基准的全站仪追踪到360°棱镜后，摊铺机开始在手动状态下进行摊铺作业；

由于系统采用高程+坡度控制，所以当摊铺机在填筑表面左右高程满足设计要求并稳定后，对3D智能摊铺控制系统的高程和横坡传感器进行校准，校准完成后，3D智能摊铺控制系统在自动模式的状态下进行摊铺工作，且在摊铺过程中通过微调控制手柄左右两侧上升下降按钮的偏移量来满足摊铺表面左右高程要求。

进一步地，3D智能摊铺控制系统在自动模式下进行摊铺施工的具体步骤包括：

系统工作时，通过架设在控制点位上的全站仪捕获安装在摊铺机桅杆上的360°棱镜的三维坐标数据，再通过所述车载电台实时将三维坐标数据传送到主控制器中；

所述主控制器将获得的三维坐标数据与设计卡中的三维数据进行对比，生成相应的高程修正信息并传递到摊铺机左右两侧的控制手柄；

由所述控制手柄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，从而使摊铺路面产生坡度和高程变化，获得设计要求的路面平整度和摊铺厚度。

除此之外，在摊铺施工阶段，要对摊铺机的具体行进方向进行确定，同时要了解摊铺区域的松铺系数，在全站仪架设的位置对周围的环境进行检查，同时要能够管理现场的车辆，对施工人员的具体工作情况及时调度和辅助，避免产生遮挡仪器的情况，3D智能摊铺控制系统必须具有正确的配置及施工，被摊铺的表面要能够及时检查。

具体的摊铺工作可简述如下：完成全站仪设站，将摊铺数据导入控制面板并进行相关设置；在摊铺机的起步阶段，垫好枕木后需将仰角标尺调整到标准位置(摊铺厚度与仰角标尺刻度一致)；正常起步后，对起步阶段初始摊铺的40m段落进行复测工作，基于复测结果及时调整设备参数修正误差；完成起步后，根据需要间隔一定时间对摊铺厚度进行检测，通过数据对比决定是否修正偏振数据，当摊铺厚度超过摊铺机作业厚度后，关闭自动控制功能；当仰角标尺超过一定的变化范围时，及时停机并检查全站仪及设备是否正常(在大弯道时全站仪可能跟踪错误的棱镜)；正常后实时检查摊铺表面的施工质量。

实施例2

本发明实施例公开了一种沥青水稳底基层及沥青下面层3D智能摊铺控制系统，如图2所示，包括：三维位置定位系统、车载控制系统和3D摊铺辅助软件；

三维位置定位系统配置三台全站仪，用于引导3D智能摊铺控制系统现场施工，第三台全站仪可以用于进行换站；

所述车载控制系统安装于摊铺机上，在全站仪的引导下，用于实现3D智能摊铺控制系统进行摊铺施工的自动控制；

3D摊铺辅助软件包括Leica iCON Office Software软件和iCON Site Software软件，用于对设计图纸进行三维模型的建立以及将设计参数导入车载控制系统。

具体地，车载控制系统包括：一台主控制器、两台控制手柄、两个360°棱镜、一个横坡传感器、两台车载电台、两个接线盒以及连接线缆；控制手柄、横坡传感器、车载电台分别通过接线盒以及连接线缆与所述主控制器连接；

所述主控制器为MPC1310主控制箱，包括：使用方便的背光触摸按键，实时的多任务处理操作系统，具有亮度调节和多视角查看功能的LCD显示屏，使数据传输变得非常简单的标准数据卡以及引导机手操作的蜂鸣器；除此之外，外壳设计采用100％压铸铝材质，内部零件连接紧凑；

所述控制手柄为MOBA-Matic控制器，可以储存40种不同机器的液压设定模式，通过液压模式可以为不同的机器选择相应的液压模式，可精确显示施工表面的横向坡度；控制盒上有两个明亮的按钮提示，可帮助用户在烈日或夜晚轻松监测使用。控制手柄的操作极为简便，运行时只需按下按钮即可；控制盒上的图形显示简单易懂，操作员在进行简单培训后可快速理解并掌握使用。

360°棱镜设计两种安装方式，包括螺丝安装方式和螺丝孔安装方式，便于各种方式的安装，确保正确追踪任意水平方向；

横坡传感器，在摊铺施工时用于控制熨烫板进行随动，保证施工面的坡度数值，确保摊铺施工过程更平稳。

传统沥青路面摊铺施工依靠人工控制因素更多，施工中需投入较多的人力物力，施工控制误差相对较高，成品路面还可能出现一定质量问题。本发明总结形成一套沥青路面智能摊铺工艺，该技术较传统施工方法来说，无需放样、打桩、挂线等复杂繁重的操作，可以实现完全自动的摊铺高度、坡度和摊铺方向的同步控制，通过以上技术方案进行智能摊铺系统的应用，提高了工作效率，节省了因传统方式来回倒车造成的油料增加，同时厚度、平整度更加精确地控制减少了沥青混合料浪费，降低出现质量问题的可能性返工投入，整体经济效益显著，环保效果好。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。