成都天府機場成功應用拓普康3D毫米GPS攤鋪控製係統

成都天府國際機場（Chengdu Tianfu International Airport）位於成都高新東區（簡陽市）蘆葭鎮。機場毗鄰國家級新區--四川天府新區 ，距成都市中心--天府廣場51.5km，是“國家十三五”規劃中計劃將要建設的我國最大的民用運輸樞紐機場項目，定位為國家級國際航空樞紐 、絲綢之路經濟帶中等級最高的航空港，將負責成都出港的全部國際航線，將建成“國際一流、國內領先”的人文、智慧、綠色機場。

天府國際機場效果圖

在跑道施工過程中，第十標段西北民航機場建設集團天府機場項目部采用了TOPCON的3D 毫米GPS自動化攤鋪控製係統，作為一種新的數字化施工工藝在實際攤鋪中取得了優良成績。

傳統攤鋪施工方式——平衡梁與滑靴

01
項目基本情況

本標段總體建設內容為成都天府國際機場飛行區場道工程10標段內場道工程水泥混泥土道麵174135.5m³、水泥穩定土基層170512.5m³、排水工程總計15514.4米、調蓄水池一個及其他相關附屬配套工程。

所鋪跑道和滑行道現場圖

機場項目規劃：成都天府國際機場的功能定位為國家級國際航空樞紐，終端規劃建設6條跑道，總用地麵積約為52平方公裏，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
傳統的攤鋪施工方式

通常采用2D自動控製調平係統，實現方式為架設平衡梁或者滑靴，以金屬梁，鋼絲繩，或者原地麵為參考基準。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場施工，來實現對攤鋪厚度和平順性的控製。

施工時需要很多現場人員進行基準的架設以及道麵的前期、後期測量工作，過程中無法實時監測，隻能事後進行彌補，經常出現由於基準設定錯誤而導致的返工，現場協調十分費時費力，大大浪費了施工單位的人力、物力、財力。由於傳統設計和施工理念及應用技術的限製，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攤鋪控製係統

TOPCON 3D 毫米GPS自動化攤鋪控製係統是數字化施工在攤鋪領域的創新之舉，是將GPS RTK技術和激光技術，以及機械控製技術相結合的、專門用於對施工作業麵高程進行高精度控製的光機電液一體化3D自動控製係統，是專門與相關施工機械配套並提高其自動化水平的重要手段，也是當今世界上最先進的攤鋪整平作業技術之一。

其技術核心為：利用GNSS RTK技術對攤鋪機熨平板平麵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據與設計數據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，驅動液壓閥進行快慢不同的運動，最終控製攤鋪機熨平板提升或降低液壓缸，實現毫米級平整作業。

GNSS RTK技術在高程控製方麵精度為厘米級，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，能夠在一定範圍內能將方向誤差控製在毫米級精度，結合自動整平功能則可以很好地實現在垂直方向上對高程的控製。傳統的激光控製技術隻能在一個很窄的垂直範圍內發射一道激光，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範圍，在無法實時準確的提供參考數值，隻能提供一個運動的參考方向。

係統組成結構圖

TOPCON利用多年來在光學領域的技術積累，成功的研發出LaserZone域激光技術，該技術能夠在自動整平的基礎上向外發射三道與水平方向成10°夾角的激光束形成一堵垂直範圍達10米“激光牆”（如圖6所示）。從而保證在此“激光牆”的範圍內都能夠有效接收激光信息，保證得到毫米級的高程精度。

Lazerzone域激光高程控製技術

LZ-T5激光發射器的架設

毫米GPS機載係統的構成：2個域激光接收器、1個控製器1個GNSS接收機及連接用的線纜總成。

2個域激光接收器

MC-R3 GNSS接收機

GX-60控製器

拓普康技術人員培訓現場

現場安裝域激光
接收器

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）、控製手簿（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麵。

毫米GPS檢測設備及軟件操作界麵

工作原理
3D 毫米GPS自動攤鋪控製技術是基於GNSS技術與激光技術的數字化施工解決方案。該方案的實現共包含：數據準備、數據設計、攤鋪作業、數據檢核等四個作業環節，通過各個環節相互銜接，實現攤鋪作業高質量、高效率、自動化的施工。

04
毫米GPS技術在天府機場
項目中成功應用

本次項目的施工內容包括：跑道的水穩層和麵層，滑行道的水穩層和麵層，滑口的水穩層。對於原地麵的平整性，考慮虛鋪厚度，在設計中增加進來。

一、道麵攤鋪
1. 數據準備
工程準備階段，首先在機場施工範圍內選擇合適位置埋設控製點。控製點用於對施工設計數據的平麵位置和高程信息進行控製，提供激光控製的起算和檢查基準。控製點布設完成之後，進行原表麵的數據采集，通過內業設計，形成施工的參考依據。

天府機場部分數據

2、 數據設計
由於原地麵攤鋪層厚度不均勻，起伏較大，變量銑刨難以實現，如果按照要求等厚銑刨，然後進行等厚攤鋪，壓實之後的地麵數據會依然比較差，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，以此來彌補地麵坑窪，避免積水和飛機滑行顛簸。

通過3D-Office軟件，可以對原始地麵和設計數據進行對比，從中查看標高相差情況。在3D-Office中可以根據實際情況通過設置等高線間隔，顯示道麵的起伏情況。

二、攤鋪作業
1. 作業計劃
攤鋪作業是整個項目的核心內容，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，供應量少於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控製係統中，可以通過對設計數據（即當天攤鋪麵層）和實測的麵層數據進行對比，從而計算出當天所需攤鋪的方量。

2、 實施聯鋪
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，采用多台攤鋪機聯合攤鋪的作業方式。

本項目中，具體實施方法為：三台攤鋪機加裝毫米GPS攤鋪控製係統，依次開始攤鋪；與前一台攤鋪機搭接的一邊，使用傳統的滑靴作業方式；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。激光架設在第一台起步側後方30米的地方，攤鋪作業開始後，各攤鋪機保持一定的間距和隊形，三機聯鋪僅使用一台激光發射器。

3、全程監控作業質量
傳統的施工方式，測量人員會按照設計數據，每隔一定距離測量地麵數據，計算出架梁高度之後，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，尤其夜間作業時，現場環境複雜，極易出現錯誤，需要相關人員高度的責任心和注意力。如果中間環節出現錯誤，很難發現，容易造成施工不合格的情況。

TOPCON 3D控製係統中測量人員和架梁工人可以解脫出來，隻需要一個測量人員跟在攤鋪機後麵，實時的檢測攤鋪出來道麵的虛鋪厚度即可實時的掌控攤鋪作業質量。

天府機場部分數據（高程精度可達到毫米級）

05
係統效能分析

攤鋪機在進行路麵結構層的攤鋪作業時，傳統的滑靴法分別放樣設計的中樁和邊樁，然後在對應的樁位進行找平。一般情況下，每10米設置一個斷麵，計算出需鋪厚度，然後架設鋼樁，掛鋼絲繩。攤鋪機在作業時通過滑靴沿著鋼絲繩行進，並對熨平板進行相應的升降控製。

采用TOPCON 3D 毫米GPS自動化攤鋪控製係統後，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的可能性和易受外界條件幹擾的不利因素，明顯感到工作效率得到提高，勞動強度降低，同時攤鋪質量也明顯改善。尤其在進行大麵積作業時，作業周期明顯加快，施工質量大幅提升，還減少了施工中所需的人工數量。

毫米GPS攤鋪係統作業情況

人員工作量對比（不停航按8機連鋪計算）：
人員
傳統攤鋪
停航
3D攤鋪
停航
傳統攤鋪
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量，3D攤鋪技術停航施工人工量比傳統架梁攤鋪節省65%左右。不停航施工人工量比傳統架梁攤鋪節省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，人員安全得到保障。

準備時間對比：
原道麵測量數據完成後，水穩施工傳統架梁攤鋪準備時間約70分鍾（包括測量放點時間，架梁時間），水穩施工3D攤鋪準備時間約30分鍾（包括架設激光發射器，GPS基準站，架設起步梁）。

料量控製對比：
在攤鋪過程中料量的把控上，3D攤鋪技術較傳統架梁攤鋪上更接近理論攤鋪用量。

TOPCON 3D控製係統與傳統施工方式對比：
項目
傳統施工方式
TOPCON 3D 毫米
GPS攤鋪機係統
質量控製
事後控製
造成返工
浪費資源
實時過程檢測
確保作業精度
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節，從而減少人為因素誤差，減少攤鋪預先準備的時間，提高控製精度和工作效率。
坡度控製
無法實時的進行坡度控製，彎道作業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
通過麵層設計數據和實測數據的對比，輕鬆計算出每天攤鋪料用量，精度高。
設計呈現
隻能以方格網形式顯示CAD設計數據，無法真實呈現每個格網中任意一點真實坐標。
嚴格按照設計院 CAD 設計的項目數據，能有效地按 1:1 的比例在現場進行施工，真實呈現施工現場每一點坐標，將施工數據與設計數據完美結合。
人員
需要輔助人員較多
需要兩到三名測量人員即可

06
係統優勢

利用項目部提供的設計方電子版設計數據，通過軟件將路麵設計參數和數據轉換為係統軟件默認的設計數據格式；這樣設計方提供的數據就會在係統施工過程中自動實現。

（1）過程化施工控製
實時顯示圖形和數據信息，攤鋪過程的實時連續控製。
（2）無樁化攤鋪
無需測量放樁和架設參考基準線，並且能根據現場施工要求靈活調整。
（3）精準施工作業
係統根據施工要求，準確地按照設計進行施工，保證道麵的平整度和厚度。
（4）全天候施工作業
係統施工不受晝夜的影響，可以 24 小時全天候連續作業。
（5）操作流程化
係統操作係統化、流程化，設備簡單易用。
（6）設計數據內業檢查
通過內業數據的設計就可以輕鬆查找出可能存在的問題。
（7）工程量計算
通過設計數據與實測數據對比可以準確計算出工程量。
（8）多機聯鋪
一台基站和域激光發射器理論上可以控製所覆蓋範圍內的所有攤鋪機。

本次機場項目共安裝了三套拓普康3D 毫米GPS攤鋪控製係統，進行了底基層水穩和上麵層水穩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；我們對部分攤鋪麵的結果進行了數據采集，對比傳統作業方式，虛鋪精度和壓實後平整度大大優於傳統攤鋪方式。

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