中国科技人才2023年5期

公路工程机械数字化施工系统应用

马舂旺

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摘要：在社会经济和科学技术不断发展的背景下，然而，数字化技术在公路路面施工中的应用有助于制定严格、规范、科学、定量的施工管理模式，实现对路面施工全过程的精准把控。

关键词：公路工程；数字化技术；应用

引言

近年来，城市交通压力的增大使公路路面荷载相应增加，在温度、荷载、施工工艺与施工方法，以及施工材料的综合影响下，公路路面的承载能力超出负荷，易出现不同程度的裂缝，破坏公路的美观性与完整性，影响公路的外观与质量，给通行车辆带来潜在安全隐患。

1数字化技术在公路路面施工中的应用优势

在施工环境勘察方面，通过点位测设用于对公路工程所在的目标区域中各个布点的经纬度与高程进行精准测量，并以此为基础进行点位连接，形成目标区域空间分布图，据此分析目标区域的大小与形状，为公路工程路面施工提供精准的三维空间坐标测绘数据。控制测量主要用于对公路工程所在地的地形地貌特征进行精准测绘与三维刻画，帮助公路工程路面施工人员提前掌握施工场地内复杂的地形地貌条件，以便设计出更为科学、合理的公路工程路面施工图以及施工组织计划方案等。将数字化技术应用到公路工程建设路面施工环节中，以数据的自动采集、大容量数据存取和处理、智能化信息提取、动态互操作、地理信息系统等为技术基础，可以实现全面、及时地采集所需数据并高效组织与管理，以数据为核心，为公路工程建设的业务应用、工艺实施、现场管理、质量管控等提供多样化的功能支持。

2公路数字化施工的主要技术

（1）全球卫星导航系统GNSS。GNSS可在地球表面或近地空间各处提供信息，满足用户对三维坐标、速度及时间信息的全天候需求。GNSS的核心组成包含卫星群、地面控制和用户，基本的运行机制如下：卫星群集多颗卫星于一体，建成相对完善的星座系统，负责将位置、时间信号信息传输至地面；地面控制接收信息后，判断卫星群的运行状态，视实际情况对卫星轨道做矫正处理；用户属于终端，源于卫星发射的信号由接收器接收，在获取信号后加以处理，确定特定位置的具体信息。现阶段，美国全球定位系统（GPS）、我国北斗定位系统等均是颇具代表性的全球卫星导航和定位系统。（2）GIS技术。GIS技术描述地理概念模型、空间分布模式以及空间关系，提供更加直观化的信息，可帮助用户加强对地理空间的认识。GIS技术应用过程中的操作流程包含图形化处理、三维空间分析等，各项流程的有序推进，可以给数字化施工项目的管理提供支持。（3）BIM技术。BIM即建筑信息模型，是现代化公路施工建设中的重要工具，构建工程信息模型后，利用计算机技术解释，提高模型的可视化水平。BIM技术除了在设计阶段取得良好应用效果外，还可为工程的进度管理和质量管理提供辅助。得益于BIM技术信息整合能力强、组织协调效率高等优势，有力推进工程的数字化施工进程。现阶段，BIM技术正逐步从三维向多维迈进，公路工程中更为普遍地应用到“技术应用+数据分析+协作管理”的模式，工程各项施工活动可有效地落实到位。

3公路工程的数字化施工的应用

3.1施工图纸升维

在设计阶段，传统摊铺技术根据控制网和图纸上设计的构筑物、结构层等经过计算将图上点位信息放样到实地中以形成二维图纸，但是读图和计算的数量大可能导致出错概率大大增加。基于BIM的公路数字化全过程施工技术将二维图纸进行专业BIM软件数据升级形成相应三维BIM模型。实现纸质文档电子化转型。施工图纸升维所需材料:平曲线要素表、竖曲线要素表、设计每20m断面图平面图、逐桩坐标表等。施工图纸升维是整个基于BIM的公路全过程施工技术数字化过程中数据管理的核心它负责处理所有二维数据转化、管理三维设计数据处理测量和机械控制任务等。BIM技术的可视化三维信息通过数据库服务器上传至数字化平台终端,与数字地形模拟数据信息相结合,形成一体化三维空间数据模型，以实现参与各方的有效协同,并为施工和检测阶段提供数据

3.2数字化场地建设应用

公路工程数字化场地的建设，需建立在妥善应用场地信息传递方法的前提下，公路施工中，摊铺机、压路机等各类机械设备运行过程中产生丰富的数据，数据的参考价值高，在保证安全、提高质量、加快进度等方面均有突出作用。如何精准采集数据尤为关键，在本工程中，于现场设置无线网络基站，在施工场地全范围内采取如下4项通信技术：基站定位差分信号利用电台网络传输给测量系统和现场机械。施工期间的数据利用移动GSM网络传输给远程服务器。通过Wi-Fi网络的建立，实现施工现场生产机械的互联，并有效发挥生产报表的应用价值。接入光纤专线，针对施工现场做全方位、实时远程监控。

3.3运输车辆智能管控系统应用

运输车辆智能管控系统利用射频识别设备与北斗定位设备，能准确识别填料运输车车辆信息、驾驶员信息、装料时间、装料地点、运输路线、运输时间、卸料仓面等多重信息，实时反映运输车辆的实时位置，具备填料溯源和运输监控作用,将施工现场和料场衔接，保证运输车在有效时间内及时到场和卸料该位置信息可通过网络或覆盖运输路程的自组无线局域网实时传回全过程施工平台。此外，运输车辆智能管控系统可设置电子围栏对运输车辆进行管控。

3.4分层填筑模型的应用

以BIM模型为基础，结合公路工程施工状况建立分层填筑模型，用于控制施工期间的数据并完成存储。结合平地机、推土机等机械的运行数据，动态呈现机械的走位轨迹，向管理人员准确反映施工分层状况。若存在超厚分层，其可及时发现并处理。分层填筑过程中的各项数据均被完整存档，后续在沉降评估或其他环节施工中可根据需求及时查询。最佳密实度和分层厚度是公路填筑的重要指标。在施工规程中，要根据填料的性质、现场施工条件等，合理控制各层的厚度。填筑参考厚度一般不超过0.3m，但现场施工的干扰因素多，实际分层厚度难以与BIM模型的分层厚度保持一致。为减小分层厚度的偏差，立足于工程施工现状，对施工分层模型做动态调整。逐层调节的方式下易引发各分层厚度不均问题，工程人员应给予高度的重视。

3.5复合地基施工模型的深化应用

在BIM模型的基础上联合应用数字化、信息化技术，全方位监控复合地基的施工过程，确保任何一处隐蔽工程的施工信息均完整化和透明化。复合地基施工模型的组成以预制方桩和水泥搅拌桩为主，涵盖的数据包含两部分：一是处理范围数据，即地基处理范围内的侧面及上、下顶面的坐标数据，可根据数据界定处理的具体区域。二是桩位数据，即桩底和桩顶坐标，其常用于反馈桩的建设情况。项目研究中，探讨桩基设计模型对施工的指导作用，促进各项工作有条不紊地开展，保证各道工序无缝对接。分析桩基质量参数，确定参数的类型并采取量化控制措施，其涵盖的成桩位置、成桩时间、成桩深度、反插次数、反插深度、充盈系数、填料量、混凝土喷射速度及流量等，必须科学合理。

结语

综上所述，随着我国当前社会经济飞速发展，施工管理技术越来越多地趋向工业智能化，其中道路数字化施工是行业发展的一大重要趋势。本文以公路工程数字化施工为研究对象，就数字化施工的主要应用技术进行了分析，以保证公路项目的建设质量，有效降低人力、机械设备以及材料的成本，实现公路建设企业社会效益与经济效益的共同提升。

参考文献

[1]赵秀娟.3D数字化智能控制技术在沥青路面下面层摊铺施工中的应用研究[J].工程建设与设计,2021(4):21-22.

[2]吴磊.公路测绘工程中新技术的应用分析[J].工程建设与设计,2022(2):322-323.