成都天府國際機(jī)場（Chengdu Tianfu International Airport）位于成都高新東區(qū)（簡陽市）蘆葭鎮(zhèn)。機(jī)場毗鄰新區(qū)--四川天府新區(qū) ，距成都市中心--天府廣場51.5km，是“國家十三五”規(guī)劃中計(jì)劃將要建設(shè)的我國大的民用運(yùn)輸樞紐機(jī)場項(xiàng)目，定位為國家級國際航空樞紐  、絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶中等級高的航空港，將負(fù)責(zé)成都出港的全部國際航線，將建成“國際1流、國內(nèi)”的人文、智慧、綠色機(jī)場。

在跑道施工過程中，第十標(biāo)段西北min航機(jī)場建設(shè)集團(tuán)天府機(jī)場項(xiàng)目部采用了TOPCON的3D 毫米GPS自動(dòng)化攤鋪控制系統(tǒng)，作為一種新的數(shù)字化施工工藝在實(shí)際攤鋪中取得了優(yōu)良成績。

01

項(xiàng)目基本情況

本標(biāo)段總體建設(shè)內(nèi)容為成都天府國際機(jī)場飛行區(qū)場道工程10標(biāo)段內(nèi)場道工程水泥混泥土道面174135.5m³、水泥穩(wěn)定土基層170512.5m³、排水工程總計(jì)15514.4米、調(diào)蓄水池一個(gè)及其他相關(guān)附屬配套工程。

機(jī)場項(xiàng)目規(guī)劃：成都天府國際機(jī)場的功能定位為國jiaji國際航空樞紐，終端規(guī)劃建設(shè)6條跑道，總用地面積約為52平方公里，預(yù)計(jì)2020年基本建成，2021年投入使用。一期工程將建3條跑道及航站樓，總投資776.99億元，設(shè)計(jì)旅客吞吐量為4000萬人次。

02

傳統(tǒng)的攤鋪施工方式

通常采用2D自動(dòng)控制調(diào)平系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)方式為架設(shè)平衡梁或者滑靴，以金屬梁，鋼絲繩，或者原地面為參考基準(zhǔn)。攤鋪過程中，通常采用滑靴傳感器和聲納傳感器追蹤器測量人員架設(shè)的金屬梁或者基準(zhǔn)線進(jìn)行現(xiàn)場施工，來實(shí)現(xiàn)對攤鋪厚度和平順性的控制。

施工時(shí)需要很多現(xiàn)場人員進(jìn)行基準(zhǔn)的架設(shè)以及道面的前期、后期測量工作，過程中無法實(shí)時(shí)監(jiān)測，只能事后進(jìn)行彌補(bǔ)，經(jīng)常出現(xiàn)由于基準(zhǔn)設(shè)定錯(cuò)誤而導(dǎo)致的返工，現(xiàn)場協(xié)調(diào)十分費(fèi)時(shí)費(fèi)力，大大浪費(fèi)了施工單位的人力、物力、財(cái)力。由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和施工理念及應(yīng)用技術(shù)的限制，在機(jī)場攤鋪施工中仍有大量攤鋪理念和技術(shù)需要改進(jìn)。

03

3D 毫米GPS攤鋪控制系統(tǒng)

TOPCON 3D 毫米GPS自動(dòng)化攤鋪控制系統(tǒng)是數(shù)字化施工在攤鋪領(lǐng)域的創(chuàng)新之舉，是將GPS RTK技術(shù)和激光技術(shù)，以及機(jī)械控制技術(shù)相結(jié)合的、專門用于對施工作業(yè)面高程進(jìn)行高精度控制的光機(jī)電液一體化3D自動(dòng)控制系統(tǒng)，是專門與相關(guān)施工機(jī)械配套并提高其自動(dòng)化水平的重要手段，也是當(dāng)今世jie上攤鋪整平作業(yè)技術(shù)之一。

其技術(shù)核心為：利用GNSS RTK技術(shù)對攤鋪機(jī)熨平板平面位置進(jìn)行厘米級實(shí)時(shí)定位，同時(shí)利用激光對熨平板高度進(jìn)行毫米級定位。通過將獲取的實(shí)時(shí)高程數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中相應(yīng)位置的高程信息進(jìn)行對比，計(jì)算差值，將差值轉(zhuǎn)換為強(qiáng)弱不同的電信號，驅(qū)動(dòng)液壓閥進(jìn)行快慢不同的運(yùn)動(dòng)，終控制攤鋪機(jī)熨平板提升或降低液壓缸，實(shí)現(xiàn)毫米級平整作業(yè)。

GNSS RTK技術(shù)在高程控制方面精度為厘米級，不能很好的滿足正常施工要求，而激光因其方向性好的特點(diǎn)，能夠在一定范圍內(nèi)能將方向誤差控制在毫米級精度，結(jié)合自動(dòng)整平功能則可以很好地實(shí)現(xiàn)在垂直方向上對高程的控制。傳統(tǒng)的激光控制技術(shù)只能在一個(gè)很窄的垂直范圍內(nèi)發(fā)射一道激光，從而提供一個(gè)高程參考，此種情況下對接收機(jī)提出一定要求，當(dāng)激光超出接收機(jī)接收范圍，在無法實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的提供參考數(shù)值，只能提供一個(gè)運(yùn)動(dòng)的參考方向。

TOPCON利用多年來在光學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)積累，成功的研發(fā)出LaserZone域激光zhuan利技術(shù)，該技術(shù)能夠在自動(dòng)整平的基礎(chǔ)上向外發(fā)射三道與水平方向成10°夾角的激光束形成一堵垂直范圍達(dá)10米“激光墻”（如圖6所示）。從而保證在此“激光墻”的范圍內(nèi)都能夠有效接收激光信息，保證得到毫米級的高程精度。

毫米GPS機(jī)載系統(tǒng)的構(gòu)成：2個(gè)域激光接收器、1個(gè)控制器1個(gè)GNSS接收機(jī)及連接用的線纜總成。

檢測設(shè)備包括一個(gè)一體化的GNSS流動(dòng)站（本項(xiàng)目采用的型號：Hiper V與Hiper VR）、激光接收器（型號：PZS-1）、控制手簿（型號：FC5000）和Pocket-3D軟件。圖12顯示了本項(xiàng)目使用的檢測設(shè)備及其典型手簿軟件界面。

工作原理

3D 毫米GPS自動(dòng)攤鋪控制技術(shù)是基于GNSS技術(shù)與激光技術(shù)的數(shù)字化施工解決方案。該方案的實(shí)現(xiàn)共包含：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、攤鋪?zhàn)鳂I(yè)、數(shù)據(jù)檢核等四個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)，通過各個(gè)環(huán)節(jié)相互銜接，實(shí)現(xiàn)攤鋪?zhàn)鳂I(yè)高質(zhì)量、率、自動(dòng)化的施工。

04

毫米GPS技術(shù)在天府機(jī)場

項(xiàng)目中成功應(yīng)用

本次項(xiàng)目的施工內(nèi)容包括：跑道的水穩(wěn)層和面層，滑行道的水穩(wěn)層和面層，滑口的水穩(wěn)層。對于原地面的平整性，考慮虛鋪厚度，在設(shè)計(jì)中增加進(jìn)來。

一、道面攤鋪

1. 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

工程準(zhǔn)備階段，首先在機(jī)場施工范圍內(nèi)選擇合適位置埋設(shè)控制點(diǎn)?？刂泣c(diǎn)用于對施工設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的平面位置和高程信息進(jìn)行控制，提供激光控制的起算和檢查基準(zhǔn)。控制點(diǎn)布設(shè)完成之后，進(jìn)行原表面的數(shù)據(jù)采集，通過內(nèi)業(yè)設(shè)計(jì)，形成施工的參考依據(jù)。

2、 數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)

由于原地面攤鋪層厚度不均勻，起伏較大，變量銑刨難以實(shí)現(xiàn)，如果按照要求等厚銑刨，然后進(jìn)行等厚攤鋪，壓實(shí)之后的地面數(shù)據(jù)會(huì)依然比較差，因此在進(jìn)行攤鋪前需要層層考慮，對標(biāo)高與設(shè)計(jì)相差較大的地方增加一個(gè)額外的虛鋪厚度，以此來彌補(bǔ)地面坑洼，避免積水和飛機(jī)滑行顛簸。

通過3D-Office軟件，可以對原始地面和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從中查看標(biāo)高相差情況。在3D-Office中可以根據(jù)實(shí)際情況通過設(shè)置等高線間隔，顯示道面的起伏情況。

二、攤鋪?zhàn)鳂I(yè)

1. 作業(yè)計(jì)劃

攤鋪?zhàn)鳂I(yè)是整個(gè)項(xiàng)目的核心內(nèi)容，攤鋪的出料量需要每天在進(jìn)場前提前做計(jì)劃，提早準(zhǔn)備，供應(yīng)量超過實(shí)際使用量會(huì)造成成本浪費(fèi)，供應(yīng)量少于實(shí)際使用量則需要補(bǔ)料，因此如何確保攤鋪供應(yīng)量是一個(gè)非常關(guān)鍵的問題。

在TOPCON 3D控制系統(tǒng)中，可以通過對設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)（即當(dāng)天攤鋪面層）和實(shí)測的面層數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而計(jì)算出當(dāng)天所需攤鋪的方量。

2、 實(shí)施聯(lián)鋪

天府機(jī)場跑道寬45米，為保障攤鋪施工時(shí)各幅之間攤鋪熱接縫的完整和平順，采用多臺攤鋪機(jī)聯(lián)合攤鋪的作業(yè)方式。

本項(xiàng)目中，具體實(shí)施方法為：三臺攤鋪機(jī)加裝毫米GPS攤鋪控制系統(tǒng)，依次開始攤鋪；與前一臺攤鋪機(jī)搭接的一邊，使用傳統(tǒng)的滑靴作業(yè)方式；每100米或150米處，攤鋪機(jī)退回起點(diǎn)攤鋪新的一幅（例如1號攤鋪147幅），天府機(jī)場跑道共8幅。激光架設(shè)在第一臺起步側(cè)后方30米的地方，攤鋪?zhàn)鳂I(yè)開始后，各攤鋪機(jī)保持一定的間距和隊(duì)形，三機(jī)聯(lián)鋪僅使用一臺激光發(fā)射器。

3、全程監(jiān)控作業(yè)質(zhì)量

傳統(tǒng)的施工方式，測量人員會(huì)按照設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，每隔一定距離測量地面數(shù)據(jù)，計(jì)算出架梁高度之后，架設(shè)金屬梁。此種方式較為簡單，但工作量會(huì)比較大，需要多個(gè)測量人員和工人共同合作才能夠完成，尤其夜間作業(yè)時(shí)，現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，極易出現(xiàn)錯(cuò)誤，需要相關(guān)人員高度的責(zé)任心和注意力。如果中間環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯(cuò)誤，很難發(fā)現(xiàn)，容易造成施工不合格的情況。

TOPCON 3D控制系統(tǒng)中測量人員和架梁工人可以解脫出來，只需要一個(gè)測量人員跟在攤鋪機(jī)后面，實(shí)時(shí)的檢測攤鋪出來道面的虛鋪厚度即可實(shí)時(shí)的掌控?cái)備佔(zhàn)鳂I(yè)質(zhì)量。

05

系統(tǒng)效能分析

攤鋪機(jī)在進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)層的攤鋪?zhàn)鳂I(yè)時(shí)，傳統(tǒng)的滑靴法分別放樣設(shè)計(jì)的中樁和邊樁，然后在對應(yīng)的樁位進(jìn)行找平。一般情況下，每10米設(shè)置一個(gè)斷面，計(jì)算出需鋪厚度，然后架設(shè)鋼樁，掛鋼絲繩。攤鋪機(jī)在作業(yè)時(shí)通過滑靴沿著鋼絲繩行進(jìn)，并對熨平板進(jìn)行相應(yīng)的升降控制。

采用TOPCON 3D 毫米GPS自動(dòng)化攤鋪控制系統(tǒng)后，能夠消除放樣、設(shè)樁、掛繩等繁瑣的人工操作，降低了人為錯(cuò)誤出現(xiàn)的可能性和易受外界條件干擾的不利因素，明顯感到工作得到提高，勞動(dòng)強(qiáng)度降低，同時(shí)攤鋪質(zhì)量也明顯改善。尤其在進(jìn)行大面積作業(yè)時(shí)，作業(yè)周期明顯加快，施工質(zhì)量大幅提升，還減少了施工中所需的人工數(shù)量。

人員工作量對比（不停航按8機(jī)連鋪計(jì)算）：

人員

傳統(tǒng)攤鋪

停航

3D攤鋪

停航

傳統(tǒng)攤鋪

不停航

3D攤鋪

不停航

測量人員

2

2

3-4

3-4

架梁人員

6

0

8-10

2

其他人員

0

1

0

1

由上表可見，人員工作量及人員配備數(shù)量，3D攤鋪技術(shù)停航施工人工量比傳統(tǒng)架梁攤鋪節(jié)省65%左右。不停航施工人工量比傳統(tǒng)架梁攤鋪節(jié)省50%左右。減少人工量的同時(shí)就減少了人員與機(jī)械車輛交叉作業(yè)，人員安全得到保障。

準(zhǔn)備時(shí)間對比：

原道面測量數(shù)據(jù)完成后，水穩(wěn)施工傳統(tǒng)架梁攤鋪準(zhǔn)備時(shí)間約70分鐘（包括測量放點(diǎn)時(shí)間，架梁時(shí)間），水穩(wěn)施工3D攤鋪準(zhǔn)備時(shí)間約30分鐘（包括架設(shè)激光發(fā)射器，GPS基準(zhǔn)站，架設(shè)起步梁）。

料量控制對比：

在攤鋪過程中料量的把控上，3D攤鋪技術(shù)較傳統(tǒng)架梁攤鋪上更接近理論攤鋪用量。

TOPCON 3D控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)施工方式對比：

項(xiàng)目

傳統(tǒng)施工方式

TOPCON 3D 毫米

GPS攤鋪機(jī)系統(tǒng)

質(zhì)量控制

事后控制

造成返工

浪費(fèi)資源

實(shí)時(shí)過程檢測

確保作業(yè)精度

基準(zhǔn)設(shè)置

事先要測量放樣、打樁、放樣基準(zhǔn)線等大量工作。

省去了打樁放樣和拉鋼絲線等設(shè)置基準(zhǔn)的環(huán)節(jié)，從而減少人為因素誤差，減少攤鋪預(yù)先準(zhǔn)備的時(shí)間，提高控制精度和工作。

坡度控制

無法實(shí)時(shí)的進(jìn)行坡度控制，彎道作業(yè)無法嚴(yán)格達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

能很好的應(yīng)對過渡段，超高曲線，以及橫坡頻繁變坡的情況。

工作量計(jì)算

體積計(jì)算，誤差較大，需要多次補(bǔ)料，容易造成浪費(fèi)

通過面層設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和實(shí)測數(shù)據(jù)的對比，輕松計(jì)算出每天攤鋪料用量，精度高。

設(shè)計(jì)呈現(xiàn)

只能以方格網(wǎng)形式顯示CAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，無法真實(shí)呈現(xiàn)每個(gè)格網(wǎng)中任意一點(diǎn)真實(shí)坐標(biāo)。

嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)院 CAD 設(shè)計(jì)的項(xiàng)目數(shù)據(jù)，能有效地按 1:1 的比例在現(xiàn)場進(jìn)行施工，真實(shí)呈現(xiàn)施工現(xiàn)場每一點(diǎn)坐標(biāo)，將施工數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)wan美結(jié)合。

人員

需要輔助人員較多

需要兩到三名測量人員即可

06

系統(tǒng)優(yōu)勢

利用項(xiàng)目部提供的設(shè)計(jì)方電子版設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，通過軟件將路面設(shè)計(jì)參數(shù)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)軟件默認(rèn)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)格式；這樣設(shè)計(jì)方提供的數(shù)據(jù)就會(huì)在系統(tǒng)施工過程中自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。

（1）過程化施工控制

實(shí)時(shí)顯示圖形和數(shù)據(jù)信息，攤鋪過程的實(shí)時(shí)連續(xù)控制。

（2）無樁化攤鋪

無需測量放樁和架設(shè)參考基準(zhǔn)線，并且能根據(jù)現(xiàn)場施工要求靈活調(diào)整。

（3）精準(zhǔn)施工作業(yè)

系統(tǒng)根據(jù)施工要求，準(zhǔn)確地按照設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，保證道面的平整度和厚度。

（4）全天候施工作業(yè)

系統(tǒng)施工不受晝夜的影響，可以 24 小時(shí)全天候連續(xù)作業(yè)。

（5）操作流程化

系統(tǒng)操作系統(tǒng)化、流程化，設(shè)備簡單易用。

（6）設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)檢查

通過內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)就可以輕松查找出可能存在的問題。

（7）工程量計(jì)算

通過設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)對比可以準(zhǔn)確計(jì)算出工程量。

（8）多機(jī)聯(lián)鋪

一臺基站和域激光發(fā)射器理論上可以控制所覆蓋范圍內(nèi)的所有攤鋪機(jī)。

本次機(jī)場項(xiàng)目共安裝了三套拓普康3D 毫米GPS攤鋪控制系統(tǒng)，進(jìn)行了底基層水穩(wěn)和上面層水穩(wěn)的跑道及滑行道的攤鋪，僅用了10天便順利的完成了97000㎡的工作量；我們對部分?jǐn)備伱娴慕Y(jié)果進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集，對比傳統(tǒng)作業(yè)方式，虛鋪精度和壓實(shí)后平整度大大優(yōu)于傳統(tǒng)攤鋪方式。