摘要 為實(shí)現(xiàn)智能化無人機(jī)群施工，文章介紹了北斗定位技術(shù)，在此基礎(chǔ)上分析了無人攤鋪系統(tǒng)，包括攤鋪機(jī)自動(dòng)駕駛攤鋪技術(shù)、壓路機(jī)自動(dòng)駕駛壓實(shí)技術(shù)、機(jī)群協(xié)同控制施工技術(shù)、數(shù)字化平臺(tái)等技術(shù)。研究表明：基于高精度北斗定位的路面工程無人駕駛技術(shù)避免了由于人為操作水平不一致導(dǎo)致的碾壓質(zhì)量問題的同時(shí)，還能優(yōu)先保證施工的一致性。

關(guān)鍵詞 路面工程；雙機(jī)并列；無人駕駛

中圖分類號(hào) U415 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）21-0118-03

0 引言

北斗定位技術(shù)是在全球范圍內(nèi)以經(jīng)緯度5°×5°的分辨率設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)去評(píng)估每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的衛(wèi)星可見性和GDOP值，彌補(bǔ)了GPS在高緯度地區(qū)衛(wèi)星仰角小且定位精度低的問題。在復(fù)雜觀測(cè)環(huán)境下，即使北斗定位系統(tǒng)平均可見星數(shù)明顯下降，GDOP平均值顯著增大，但其整體定位性能仍然可滿足定位導(dǎo)航的需求[1]。

在路面施工中存在的一大難點(diǎn)是惡劣的環(huán)境條件使人工費(fèi)用高昂、操作手人員短缺、管理不便。無人駕駛智能機(jī)群作業(yè)既可減少惡劣環(huán)境下的人工作業(yè)，又可提高工作效率，做到24 h不間斷施工?；诖?，該文重點(diǎn)研究了瀝青路面無人化攤鋪壓實(shí)集群施工技術(shù)。

1 技術(shù)創(chuàng)新性分析

無人攤鋪系統(tǒng)包括攤鋪機(jī)自動(dòng)駕駛攤鋪技術(shù)、壓路機(jī)自動(dòng)駕駛壓實(shí)技術(shù)、機(jī)群協(xié)同控制施工技術(shù)、數(shù)字化平臺(tái)等技術(shù)。

1.1 自動(dòng)駕駛攤鋪技術(shù)

3D智能攤鋪機(jī)具有高精度定位，可實(shí)時(shí)計(jì)算熨平板三維坐標(biāo)，與三維圖紙實(shí)時(shí)校核，實(shí)現(xiàn)對(duì)熨平板的精準(zhǔn)控制[1]。

1.2 無人駕駛自動(dòng)壓路機(jī)

該技術(shù)配備加速度傳感器，建立壓實(shí)度關(guān)聯(lián)模型，實(shí)時(shí)檢測(cè)壓實(shí)度，配備高精度天線配合高精度定位基站，實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位精度，同時(shí)配備激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)，遇到障礙物自動(dòng)避讓。

1.3 無人駕駛攤壓機(jī)群搭載的數(shù)字化無人施工平臺(tái)

該技術(shù)能夠?qū)⑹┕み^程數(shù)據(jù)化、在線化、可視化，將施工過程數(shù)據(jù)和路面壓實(shí)情況通過圖形化色階圖顯示，方便管理人員對(duì)施工過程質(zhì)量的實(shí)時(shí)掌控。無人駕駛攤壓機(jī)群運(yùn)行各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，如油量、水溫、障礙物、故障等信息也可以通過平臺(tái)進(jìn)行監(jiān)控和管理，施工過程數(shù)據(jù)和施工質(zhì)量報(bào)表一目了然，為施工過程數(shù)據(jù)監(jiān)控及施工質(zhì)量追溯提供數(shù)據(jù)服務(wù)[2-3]。

2 技術(shù)先進(jìn)性分析

2.1 提升質(zhì)量

該技術(shù)可做到不漏壓、不過壓、不超速，有效避免了人為操作過程中常出現(xiàn)的漏壓、過壓、欠壓、超速等問題。

2.2 保證安全

無人化集群結(jié)合北斗高精度定位，在策略中壓路機(jī)集群與攤鋪機(jī)之間設(shè)定了安全距離，壓路機(jī)跟隨攤鋪機(jī)在安全距離之外，梯隊(duì)與梯隊(duì)之間也有設(shè)定的安全距離，各梯隊(duì)車輛不會(huì)進(jìn)入其他區(qū)域內(nèi)，同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)配備有3級(jí)制動(dòng)控制策略，確保設(shè)備在施工過程中的絕對(duì)安全。

2.3 降低成本

省人、省料、省時(shí)，具體如下：

（1）省人：利用自動(dòng)駕駛算法，采用無人駕駛攤壓機(jī)群施工可以減少施工操作人員80%以上。

（2）省料：利用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位，施工過程嚴(yán)格按照設(shè)定工藝要求執(zhí)行，提高施工過程效率，節(jié)省燃油消耗。同時(shí)采用3D激光找平技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)材料的精準(zhǔn)控制，減少材料浪費(fèi)。

（3）省時(shí)：利用攤鋪管理系統(tǒng)與全電液控制器聯(lián)合實(shí)現(xiàn)攤鋪?zhàn)鳂I(yè)自動(dòng)化控制，無人駕駛攤壓機(jī)群最多可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)無人路機(jī)協(xié)同施工，連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間施工作業(yè)，可提高施工效率30%以上，縮短施工周期。

2.4 施工過程中可視化

（1）無人攤鋪系統(tǒng)通過施工過程實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)溫度、壓實(shí)度、軌跡信息、施工進(jìn)度的實(shí)時(shí)掌控。

（2）其施工進(jìn)度采用直觀、全面、美觀的可視化表達(dá)方式，可實(shí)現(xiàn)施工過程透明化、施工質(zhì)量可追溯也可提供施工過程報(bào)告。

3 路面工程實(shí)例

山西省某路面工程是全省首次進(jìn)行膠粉-SBS復(fù)合改性瀝青混凝土路面施工，此種材料對(duì)碾壓工藝要求極高，因此采用無人攤壓協(xié)同施工機(jī)群進(jìn)行施工。壓路機(jī)進(jìn)行碾壓等一系列工序避免了人工操作可能導(dǎo)致的漏壓、過壓、欠壓及超速等問題，且通過基于北斗高精度定位無人駕駛技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)施工碾壓軌跡的精準(zhǔn)控制。采用的無人攤壓協(xié)同施工機(jī)群包含以下設(shè)備：

（1）2臺(tái)無人駕駛輪胎機(jī)；

（2）2臺(tái)無人駕駛攤鋪機(jī)；

（3）1臺(tái)無人駕駛雙鋼輪；

（4）1間無人駕駛監(jiān)控室。

3.1 設(shè)備型號(hào)及配置

每一工作面配置不少于下述設(shè)備且需要驗(yàn)證其具有良好的速度調(diào)節(jié)功能方可使用：

（1）DD-130（或相當(dāng)功率雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)）2臺(tái)；

（2）DD-110（或相當(dāng)功率雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)）1臺(tái)；

（3）30T以上輪胎壓路機(jī)4臺(tái)。

3.2 碾壓順序及遍數(shù)

由于施工項(xiàng)目所屬地區(qū)風(fēng)速大、時(shí)間長(zhǎng)、早晚溫差大，所以采用3臺(tái)鋼輪4臺(tái)膠輪壓實(shí)機(jī)械配置，項(xiàng)目所用膠粉-SBS復(fù)合改性瀝青軟化點(diǎn)和黏度都比較高，為能及時(shí)壓實(shí)、確保路面不滲水，上面層采用了緊跟同進(jìn)同退碾壓技術(shù)，可在最短時(shí)間內(nèi)趁熱完成碾壓：7臺(tái)壓路機(jī)聯(lián)合作業(yè)，一臺(tái)雙鋼輪壓路機(jī)在后負(fù)責(zé)終壓，2組6臺(tái)壓路機(jī)階梯在前緊跟攤鋪機(jī)前進(jìn)，每組1臺(tái)雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)和2臺(tái)膠輪壓路機(jī)，相距15 m左右，每組壓路機(jī)各負(fù)責(zé)半幅，同步前進(jìn)、同步后退，不再區(qū)分初壓與復(fù)壓，每一壓實(shí)遍數(shù)完成后約整體前進(jìn)緊跟攤鋪機(jī)。

（1）初壓：DD-130雙鋼輪壓路機(jī)碾壓1～2遍。

（2）復(fù)壓：DD-130雙鋼輪壓路機(jī)振動(dòng)碾壓3～4遍，第1遍第1列外側(cè)低處雙鋼輪壓路機(jī)靜壓畫弧后2遍振動(dòng)碾壓。30 t以上輪胎壓路機(jī)碾壓6～8遍（膠輪壓路機(jī)和振動(dòng)壓路機(jī)交替碾壓，采用緊跟同進(jìn)同退碾壓工藝）。

（3）終壓：DD-110雙鋼輪壓路機(jī)靜壓2遍。

3.3 效益

3.3.1 大幅提高施工效率

（1）無人攤鋪系統(tǒng)采用智能化協(xié)同作業(yè)提高了設(shè)備施工效率，正常人工需要停機(jī)休息用餐等，無人化施工可以減少停工等待休息等時(shí)間，按每天8～10 h計(jì)算，縮短了施工周期，要比人工每天節(jié)省1～2 h。

（2）施工過程中消除了人為誤差。人工調(diào)整控制操作時(shí)間可節(jié)省1 h左右。綜合下來效率提升25%以上。

3.3.2 大幅節(jié)約施工成本

無人攤鋪系統(tǒng)通過采用3D找平技術(shù)節(jié)省支模、測(cè)量、放線、吊裝、打鋼釬、叉運(yùn)等人員約8～10人，節(jié)省相關(guān)材料及人員開支約20%。

3.3.3 有效提高路面高程控制精度

（1）無人攤鋪系統(tǒng)通過前場(chǎng)施工大數(shù)據(jù)利用管理平臺(tái)對(duì)路面高程進(jìn)行精確控制。以K34+350～K34+600為例進(jìn)行計(jì)算，高程控制數(shù)據(jù)見表1 。

（2）該系統(tǒng)采用遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控技術(shù)，全面監(jiān)控施工過程，有效保證施工質(zhì)量。

3.3.4 相關(guān)措施

（1）關(guān)鍵環(huán)節(jié)控制

牢固樹立“質(zhì)量強(qiáng)企”的強(qiáng)烈意識(shí)。1）牢固樹立質(zhì)量意識(shí)，深化管理理念落位，拓展質(zhì)量管理思路和舉措，切實(shí)激發(fā)高質(zhì)量發(fā)展的強(qiáng)勁動(dòng)力。2）堅(jiān)持戰(zhàn)略目標(biāo)指引，推動(dòng)工作方案落地，保障質(zhì)量強(qiáng)企取得實(shí)實(shí)在在的成效。3）嚴(yán)抓過程質(zhì)量控制，緊抓關(guān)鍵環(huán)節(jié)管控落細(xì)，實(shí)現(xiàn)全員、全過程、全方位的質(zhì)量管理。

①施工組織設(shè)計(jì)和專項(xiàng)方案編制：在認(rèn)真理解設(shè)計(jì)圖意圖的基礎(chǔ)上，總工辦組織技術(shù)人員，同時(shí)邀請(qǐng)專業(yè)人員參與，及時(shí)編制分部施工組織設(shè)計(jì)，對(duì)涉及的專項(xiàng)工程有側(cè)重地進(jìn)行專項(xiàng)施工方案編制，并對(duì)特殊工程的施工方案組織專家進(jìn)行論證和審查。

②技術(shù)交底：對(duì)施工組織設(shè)計(jì)和后續(xù)開工的每一個(gè)分部分項(xiàng)工程，由工程技術(shù)部組織，嚴(yán)格按照三級(jí)交底制度進(jìn)行施工工藝、工序安排、過程控制、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、驗(yàn)收要求、監(jiān)理程序等方面的交底，確保縱向到底，使每一個(gè)施工操作人員均能夠按照技術(shù)交底要求參與施工。

③設(shè)計(jì)變更：在導(dǎo)線閉合的基礎(chǔ)上，組織測(cè)量人員對(duì)路基原地面以及橋梁、涵洞、隧道進(jìn)出口等構(gòu)造物的位置、高程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核，及時(shí)發(fā)現(xiàn)與設(shè)計(jì)圖紙不符的點(diǎn)位和段落，統(tǒng)計(jì)并上報(bào)總監(jiān)辦和設(shè)計(jì)單位，進(jìn)行圖紙優(yōu)化和設(shè)計(jì)變更。

（2）健全監(jiān)督體系

切實(shí)以“知責(zé)明責(zé)”推動(dòng)履責(zé)盡責(zé)。1）強(qiáng)化全員質(zhì)量管理責(zé)任，樹立全生命周期建設(shè)發(fā)展理念。2）嚴(yán)格督導(dǎo)檢查和質(zhì)量追溯，強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)督導(dǎo)考核，把各項(xiàng)工作落實(shí)到細(xì)節(jié)。3）創(chuàng)新監(jiān)理單位管理模式，嚴(yán)格監(jiān)理單位履約管理。4）深化協(xié)作單位管理機(jī)制，增強(qiáng)協(xié)作隊(duì)伍的歸屬感和項(xiàng)目整體凝聚力，推動(dòng)項(xiàng)目建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展。

（3）嚴(yán)格規(guī)范管理

持續(xù)以“科技創(chuàng)新”加快培育新質(zhì)生產(chǎn)力。1）堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)，狠抓工藝控制，著力強(qiáng)化質(zhì)量事前、事中、事后監(jiān)管長(zhǎng)效機(jī)制，確保各項(xiàng)任務(wù)措施落到實(shí)處。2）強(qiáng)化創(chuàng)新主導(dǎo)，賦能智能監(jiān)管，推動(dòng)工藝標(biāo)準(zhǔn)化和科技創(chuàng)新協(xié)調(diào)互動(dòng)，加快形成具有路橋特色的新質(zhì)生產(chǎn)力，培育高質(zhì)量發(fā)展新優(yōu)勢(shì)。3）聚焦專項(xiàng)突破，持續(xù)推進(jìn)品質(zhì)工程創(chuàng)建，切實(shí)打造一批質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化的“樣板工程”。

（4）控制項(xiàng)目成本

成本控制部門嚴(yán)格把控各個(gè)環(huán)節(jié)的成本支出，確保項(xiàng)目效益最大化。1）持續(xù)加大項(xiàng)目策劃與成本測(cè)算，充分做到事前科學(xué)策劃、事中嚴(yán)格控制、事后準(zhǔn)確核算，嚴(yán)格控制監(jiān)督，確保項(xiàng)目成本目標(biāo)順利實(shí)現(xiàn)。2）推進(jìn)成本管理創(chuàng)新，提高成本管理的科學(xué)性和效率，利用信息化手段建立招標(biāo)限價(jià)審核模型，通過區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用提高招標(biāo)限價(jià)的審核效率、準(zhǔn)確性及數(shù)據(jù)可溯源性，提升招標(biāo)限價(jià)管理水平。3）建立動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制，合理控制成本，特別是加強(qiáng)對(duì)完工項(xiàng)目成本的考核與分析，提升全員的成本意識(shí)與成本管理能力。4）深化工法改革，指導(dǎo)工法實(shí)施組織依法合規(guī)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。五是增強(qiáng)成果轉(zhuǎn)化，圍繞生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中心任務(wù)，持續(xù)組織開展好“五小”創(chuàng)新和創(chuàng)新工作室建設(shè)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，無人駕駛智能施工技術(shù)基于遠(yuǎn)程視頻與操控技術(shù)，搭載的多機(jī)聯(lián)合3D數(shù)字找平技術(shù)與攤鋪溫度檢測(cè)技術(shù)實(shí)時(shí)反饋施工工況與攤鋪溫度，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)施工設(shè)備保證無人施工順利進(jìn)行。施工時(shí)管理人員實(shí)時(shí)查看施工進(jìn)度、關(guān)鍵質(zhì)量數(shù)據(jù)、工程日?qǐng)?bào)、壓實(shí)質(zhì)量與攤鋪質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]曹翔，史譽(yù)州，劉雅奇，等.北斗三號(hào)/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)全球定位性能分析[J].珠江水運(yùn)，2024（4）：24-29.

[2]陳成勇，梁明，孔軍，等.一種自組裝法應(yīng)變監(jiān)測(cè)傳感器及制作方法[P].山東省：CN114543655A，2022-05-27.

[3]張立峰，吳清杰，李希崗，等.一種公路工程施工用安全防護(hù)架[P].山東?。篊N219010960U，2023-05-12.

[4]高昇，陶莉莉，許傳敏，等.一種地鐵聯(lián)絡(luò)通道施工用的圓形預(yù)應(yīng)力支架及體系[P].山東?。篊N214366113U，2021-10-08.