毫米级精度自动化摊铺控制系统高速公路施工

毫米级精度自动化摊铺控制系统高速公路施工

拓普康mmGPS 3D摊铺控制系统是世界上较早基于3D设计数据的GPS摊铺控制系统，结合Laser Zone（域激光）技术，系统高程控制精度可达±2mm，摆脱了传统施工工艺的束缚，在高精度的道面工程施工中拥有亮眼的表现。

Topcon mmGPS 3D摊铺系统是基于GNSS技术且达到毫米级高程精度的沥青及水稳、滑膜摊铺控制系统。 Topcon mmGPS 3D摊铺系统将GNSS技术与域激光定位技术和多个传感器融于一体。系统兼容性好，即插即用型设 计，无需改动液压或借助第三方传感器即可实现对摊铺作业的自动化控制。配套多功能GX-60控制箱作为操作人员与  mmGPS 摊铺系统的人机交互界面，支持触控和中文，易于操作。用户可以灵活地将GX-60安装到摊铺机上的不同位置，以方便作业过程中实时监控施工状态，系统内置的3D-MC软件为操作人员实时提供摊铺机的精准位置、传感器状态、 摊铺机熨平板与设计数据偏差等信息。

免去钢丝线

mmGPS技术融合了GNSS卫星定位和的Laser Zone域激光技术，使摊铺作业摆脱传统钢丝绳的束缚，摊铺施工 变得更加轻松自如。Topcon PZS-MC域激光接收器同时集成GNSS天线安装在摊铺机的左右大臂两侧，两套域激光 接收器实时接收并解算域激光信号，将高程精度控制在毫米级。系统配套的Topcon MC-R3 GNSS接收机，采用更好的 GNSS信号跟踪技术，结合液压控制交互单元、内置电台和网络模块，用于系统高精度实时定位、定向及对熨平板液压油缸 的自动化控制。

Laser Zone域激光技术

不同于普通的激光发射器扫描一个平面，LZ-T5域激光发射器可以提供一个高度为10米、半径达300米的有效覆盖工作区 域，支持1+N的作业模式，配套的域激光接收器可以在该区域内为摊铺作业实时提供毫米级精度的高程参考基准。对于高 差或作业范围较大及带状的施工区域，可以使用2台或多4台的LZ-T5域激光发射器协同交替不间断作业，通过连续架设 可覆盖高差达40米和平面距离无限向前（随摊铺机械）扩充的不间断工作区域。

工作原理

Topcon mmGPS 3D摊铺控制系统由GNSS基准站、域激光发射器、mmGPS流动站和P63摊铺机自动控制系统四部分组 成。系统工作时，GNSS基准站通过无线通讯技术实时向流动站发送RTK差分信号，同时域激光发射器实时向流动站发送高 程信息；mmGPS流动站分别将接收到的GNSS卫星信号、GNSS基站的RTK差分信号和域激光发射器的高程信息，实时进 行联合处理解算，即时获取实时厘米级的GNSS平面定位精度和毫米级的高程控制精度。 P63摊铺机自动控制系统利用配套的PZS-MC域激光接收器和MC-R3 GNSS接收机同时进行厘米级的RTK平面定位和毫米级 的高程定位，实时定位的三维坐标数据传输到GX-60控制箱，系统将获得的当前3D坐标信息与事先导入的道路面层BIM模 型设计数据进行对比，并实时生成对应点位的高程修正信息，这些高程修正信息通过一系列的算法生成对应比例的驱动 信号，通过电磁阀驱动摊铺机牵引臂的液压油缸，进而使熨平板在相应方向上进行调整，弥补路面波动，实现按设计要求 的平整度、坡度和厚度等自动化铺筑路面。在整个摊铺过程中，摊铺机会自动按照路面数字化设计实时调整熨平板工作状 态。技术人员使用mmGPS流动站可实时检测路面的铺筑质量，按需做对应微调，实现了施工的全过程控制，实现动 态质量管理，满足摊铺施工的要求。

应用案例

▪邯郸机场跑道翻修项目

下图为 2019 年在河北邯郸机场实施的跑道翻修项目。跑道是机场的重要基础设施，跑道质量的优劣直接关乎着飞行安全。因此对跑道沥青铺筑的厚度、平顺性要求非常严格。3D 摊铺控制系统相较于传统的施工方式，基于道面的 3D 数字化设计实现摊铺作业的自动控制施工，减少人工误差，毫米级控制精度，确保施工质量，整个施工现场除必须的操作人员外， 仅有的少量的检测人员，施工现场更加安全。

▪秦皇岛首钢车谷卡丁车赛道

下图为 2019 年在秦皇岛首钢车谷卡丁车跑道建设项目进行的mmGPS 3D 摊铺施工现场图。国内的车跑道通常采用传统的施工工艺，但由于车道有大量弧形弯道需要铺筑，且对路面的平顺性要求远高于普通路面。利用传统施工工艺进行施工需要大量人力投入，进行测量、放样、打桩、挂线、检核等工作，不仅工作繁杂且耗费巨大，且实际架设标桩非常困难，极易在施工的过程中因缺少有效手段保证施工质量和精度要求而进行返工，造成原料浪费及工期延误等。本次施工中采用拓普康 mmGPS 3D 摊铺系统，参与的施工人员减少到原来的一半，工期缩减了 1/5，且避免了返工现象的出现，完成了赛道的铺筑工作。

▪滑膜摊铺

该系统不仅能够在沥青摊铺机上使用，还可以根据不同的工况和施工设备应用到滑膜摊铺机上，达到毫米级的作业精度。Topcon mmGPS 3D 系统可以应用在不同品牌的滑膜摊铺机上，为不同摊铺机厂商提供了相匹配的接口线缆，只需要在订购时选择相应的摊铺机配件即可。如果拥有多台不同类型的摊铺设备，只需要预定不同规格的线缆，即可实现在不同设备之间的交替使用，节约大量的系统购置成本。

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