成都天府國際機場（Chengdu Tianfu International Airport）位于成都高新東區(qū)（簡陽市）蘆葭鎮(zhèn)。機場毗鄰新區(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)劃中計劃將要建設的我國*大的民用運輸樞紐機場項目，定位為國家級國際航空樞紐  、絲綢之路經(jīng)濟帶中等級*高的航空港，將負責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、綠色機場。

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

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項目基本情況

本標段總體建設內(nèi)容為成都天府國際機場飛行區(qū)場道工程10標段內(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15514.4米、調(diào)蓄水池一個及其他相關附屬配套工程。

機場項目規(guī)劃：成都天府國際機場的功能定位為國jiaji國際航空樞紐，終端規(guī)劃建設6條跑道，總用地面積約為52平方公里，預計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，設計旅客吞吐量為4000萬人次。

02

傳統(tǒng)的攤鋪施工方式

通常采用2D自動控制調(diào)平系統(tǒng)，實現(xiàn)方式為架設平衡梁或者滑靴，以金屬梁，鋼絲繩，或者原地面為參考基準。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的金屬梁或者基準線進行現(xiàn)場施工，來實現(xiàn)對攤鋪厚度和平順性的控制。

施工時需要很多現(xiàn)場人員進行基準的架設以及道面的前期、后期測量工作，過程中無法實時監(jiān)測，只能事后進行彌補，經(jīng)常出現(xiàn)由于基準設定錯誤而導致的返工，現(xiàn)場協(xié)調(diào)十分費時費力，大大浪費了施工單位的人力、物力、財力。由于傳統(tǒng)設計和施工理念及應用技術的限制，在機場攤鋪施工中仍有大量攤鋪理念和技術需要改進。

03

3D 毫米GPS攤鋪控制系統(tǒng)

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

其技術核心為：利用GNSS RTK技術對攤鋪機熨平板平面位置進行厘米級實時定位，同時利用激光對熨平板高度進行毫米級定位。通過將獲取的實時高程數(shù)據(jù)與設計數(shù)據(jù)中相應位置的高程信息進行對比，計算差值，將差值轉換為強弱不同的電信號，驅(qū)動液壓閥進行快慢不同的運動，終控制攤鋪機熨平板提升或降低液壓缸，實現(xiàn)毫米級平整作業(yè)。

GNSS RTK技術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，能夠在一定范圍內(nèi)能將方向誤差控制在毫米級精度，結合自動整平功能則可以很好地實現(xiàn)在垂直方向上對高程的控制。傳統(tǒng)的激光控制技術只能在一個很窄的垂直范圍內(nèi)發(fā)射一道激光，從而提供一個高程參考，此種情況下對接收機提出一定要求，當激光超出接收機接收范圍，在無法實時準確的提供參考數(shù)值，只能提供一個運動的參考方向。

TOPCON利用多年來在光學領域的技術積累，成功的研發(fā)出LaserZone域激光zhuan利技術，該技術能夠在自動整平的基礎上向外發(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機載系統(tǒng)的構成：2個域激光接收器、1個控制器1個GNSS接收機及連接用的線纜總成。

檢測設備包括一個一體化的GNSS流動站（本項目采用的型號：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顯示了本項目使用的檢測設備及其典型手簿軟件界面。

工作原理

3D 毫米GPS自動攤鋪控制技術是基于GNSS技術與激光技術的數(shù)字化施工解決方案。該方案的實現(xiàn)共包含：數(shù)據(jù)準備、數(shù)據(jù)設計、攤鋪作業(yè)、數(shù)據(jù)檢核等四個作業(yè)環(huán)節(jié)，通過各個環(huán)節(jié)相互銜接，實現(xiàn)攤鋪作業(yè)高質(zhì)量、率、自動化的施工。

04

毫米GPS技術在天府機場

項目中成功應用

本次項目的施工內(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，在設計中增加進來。

一、道面攤鋪

1. 數(shù)據(jù)準備

工程準備階段，首先在機場施工范圍內(nèi)選擇合適位置埋設控制點。控制點用于對施工設計數(shù)據(jù)的平面位置和高程信息進行控制，提供激光控制的起算和檢查基準。控制點布設完成之后，進行原表面的數(shù)據(jù)采集，通過內(nèi)業(yè)設計，形成施工的參考依據(jù)。

2、 數(shù)據(jù)設計

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

通過3D-Office軟件，可以對原始地面和設計數(shù)據(jù)進行對比，從中查看標高相差情況。在3D-Office中可以根據(jù)實際情況通過設置等高線間隔，顯示道面的起伏情況。

二、攤鋪作業(yè)

1. 作業(yè)計劃

攤鋪作業(yè)是整個項目的核心內(nèi)容，攤鋪的出料量需要每天在進場前提前做計劃，提早準備，供應量超過實際使用量會造成成本浪費，供應量少于實際使用量則需要補料，因此如何確保攤鋪供應量是一個非常關鍵的問題。

在TOPCON 3D控制系統(tǒng)中，可以通過對設計數(shù)據(jù)（即當天攤鋪面層）和實測的面層數(shù)據(jù)進行對比，從而計算出當天所需攤鋪的方量。

2、 實施聯(lián)鋪

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

本項目中，具體實施方法為：三臺攤鋪機加裝毫米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，攤鋪機退回起點攤鋪新的一幅（例如1號攤鋪147幅），天府機場跑道共8幅。激光架設在第一臺起步側后方30米的地方，攤鋪作業(yè)開始后，各攤鋪機保持一定的間距和隊形，三機聯(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，測量人員會按照設計數(shù)據(jù)，每隔一定距離測量地面數(shù)據(jù)，計算出架梁高度之后，架設金屬梁。此種方式較為簡單，但工作量會比較大，需要多個測量人員和工人共同合作才能夠完成，尤其夜間作業(yè)時，現(xiàn)場環(huán)境復雜，極易出現(xiàn)錯誤，需要相關人員高度的責任心和注意力。如果中間環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯誤，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，只需要一個測量人員跟在攤鋪機后面，實時的檢測攤鋪出來道面的虛鋪厚度即可實時的掌控攤鋪作業(yè)質(zhì)量。

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系統(tǒng)效能分析

攤鋪機在進行路面結構層的攤鋪作業(yè)時，傳統(tǒng)的滑靴法分別放樣設計的中樁和邊樁，然后在對應的樁位進行找平。一般情況下，每10米設置一個斷面，計算出需鋪厚度，然后架設鋼樁，掛鋼絲繩。攤鋪機在作業(yè)時通過滑靴沿著鋼絲繩行進，并對熨平板進行相應的升降控制。

采用TOPCON 3D 毫米GPS自動化攤鋪控制系統(tǒng)后，能夠消除放樣、設樁、掛繩等繁瑣的人工操作，降低了人為錯誤出現(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，勞動強度降低，同時攤鋪質(zhì)量也明顯改善。尤其在進行大面積作業(yè)時，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機連鋪計算）：

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。減少人工量的同時就減少了人員與機械車輛交叉作業(yè)，人員安全得到保障。

準備時間對比：

原道面測量數(shù)據(jù)完成后，水穩(wěn)施工傳統(tǒng)架梁攤鋪準備時間約70分鐘（包括測量放點時間，架梁時間），水穩(wěn)施工3D攤鋪準備時間約30分鐘（包括架設激光發(fā)射器，GPS基準站，架設起步梁）。

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：

項目

傳統(tǒng)施工方式

TOPCON 3D 毫米

GPS攤鋪機系統(tǒng)

質(zhì)量控制

事后控制

造成返工

浪費資源

實時過程檢測

確保作業(yè)精度

基準設置

事先要測量放樣、打樁、放樣基準線等大量工作。

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

坡度控制

無法實時的進行坡度控制，彎道作業(yè)無法嚴格達到設計要求。

能很好的應對過渡段，超高曲線，以及橫坡頻繁變坡的情況。

工作量計算

體積計算，誤差較大，需要多次補料，容易造成浪費

通過面層設計數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)的對比，輕松計算出每天攤鋪料用量，精度高。

設計呈現(xiàn)

只能以方格網(wǎng)形式顯示CAD設計數(shù)據(jù)，無法真實呈現(xiàn)每個格網(wǎng)中任意一點真實坐標。

嚴格按照設計院 CAD 設計的項目數(shù)據(jù)，能有效地按 1:1 的比例在現(xiàn)場進行施工，真實呈現(xiàn)施工現(xiàn)場每一點坐標，將施工數(shù)據(jù)與設計數(shù)據(jù)wan美結合。

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

利用項目部提供的設計方電子版設計數(shù)據(jù)，通過軟件將路面設計參數(shù)和數(shù)據(jù)轉換為系統(tǒng)軟件默認的設計數(shù)據(jù)格式；這樣設計方提供的數(shù)據(jù)就會在系統(tǒng)施工過程中自動實現(xiàn)。

（1）過程化施工控制

實時顯示圖形和數(shù)據(jù)信息，攤鋪過程的實時連續(xù)控制。

（2）無樁化攤鋪

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

（3）精準施工作業(yè)

系統(tǒng)根據(jù)施工要求，準確地按照設計進行施工，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，設備簡單易用。

（6）設計數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)檢查

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

（7）工程量計算

通過設計數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)對比可以準確計算出工程量。

（8）多機聯(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。

本次機場項目共安裝了三套拓普康3D 毫米GPS攤鋪控制系統(tǒng)，進行了底基層水穩(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；我們對部分攤鋪面的結果進行了數(shù)據(jù)采集，對比傳統(tǒng)作業(yè)方式，虛鋪精度和壓實后平整度大大優(yōu)于傳統(tǒng)攤鋪方式。