CN111593625A - 一种基于路基填筑智能指挥系统的作业方法及其系统 - Google Patents

Abstract

一种基于路基填筑智能指挥系统的作业方法及其系统，该方法包括如下流程：施工准备、施工计划、填料作业、摊铺平整作业、压路机无人碾压作业、边坡修整作业和质量验收。该方法以路基智能填筑指挥系统为核心，综合BIM、大数据、北斗定位、自动化控制、信息化检测、物联网等理论和技术，实现在指挥系统统一调度下的填料运输动态管理、自动摊铺引导、自动精平控制、无人驾驶碾压和边坡修整自动引导，实现路基压实质量连续检测、填料级配与含水率的自动检测，形成了数字化、智能化的高速铁路路基填筑新技术；有效保证路基填筑质量，提高了作业效率，改变了路基施工传统作业方式。

Description

一种基于路基填筑智能指挥系统的作业方法及其系统

技术领域

本发明路基路面工程技术领域，具体涉及一种基于路基填筑智能指挥系统的作业方法及指挥系统。

背景技术

现有技术中，填方路基的施工工序与步骤按照三阶段、四区段、八流程的施工工艺组织施工，如图1所示。

其中，三阶段包括准备阶段、施工阶段和整形验收阶段；四区段包括填土区段、平整区段、碾压区段和检测区段；八流程包括施工准备、基底处理、分层填筑、摊铺平整、洒水晾晒、碾压夯实、检测和路基整修。这是目前比较常用的传统填方路基的施工程序。

然而，在上述传统路基施工中，多采用人工测量放线辅助手段来控制路基摊铺、平整、边坡整形。虽经过多年的实践，但在路基施工过程中精度、机械利用率、施工成本及效率等方面均有待提高。

本发明基于上述问题，提出了一种基于路基填筑智能指挥系统的作业方法及系统。

发明内容

一种基于路基填筑智能指挥系统的作业方法及其系统，该方法包括如下流程：施工准备、施工计划、填料作业、摊铺平整作业、压路机无人碾压作业、边坡修整作业和质量验收。该方法以路基智能填筑指挥系统为核心，综合BIM、大数据、北斗定位、自动化控制、信息化检测、物联网等理论和技术，实现在指挥系统统一调度下的填料运输动态管理、自动摊铺引导、自动精平控制、无人驾驶碾压和边坡修整自动引导，实现路基压实质量连续检测、填料级配与含水率的自动检测，形成了数字化、智能化的高速铁路路基填筑新技术；有效保证路基填筑质量，提高了作业效率，改变了路基施工传统作业方式。

本发明的第一方面提供了一种基于路基填筑智能指挥系统的作业方法，包括如下步骤：

施工准备：包括建立施工BIM模型、建立覆盖工地的统一北斗基站系统、资料库初始化、路基指挥系统初始化、数字化施工机械接口调试和/或连续压实相关性试验；

施工计划：在路基指挥系统中BIM模型的辅助下，快速进行作业面划分，确定施工任务，并利用指挥系统积累的大数据推衍所需填料方量、机械台班和人工工时；形成施工任务并下发给各子系统，施工任务包含施工场地的设计断面、施工范围坐标、人机料需求、施工工艺要求的信息；

填料作业：根据指挥系统下发的任务，采用填料作业管理子系统进行填料作业的系统管理，对填料进行信息化管理，实现填料溯源、车辆调度及管理和方量精细化控制，作业数据返回给指挥系统；

摊铺平整作业：根据指挥系统下发的任务，在自动摊铺引导子系统和自动精平控制子系统辅助下，实现填料的摊铺和平整，作业数据返回给指挥系统；

压路机无人碾压作业：根据施工要求自动规划路径，将作业任务下发至压路机无人碾压子系统，实现自动碾压，碾压过程中进行压实质量连续检测，数据返回给指挥系统；指挥系统对压实检测数据进行分析，针对不合格区域重新规划路径，下发补压任务；无人碾压子系统接收补压任务并执行后返回数据，指挥系统再次判断压实质量是否合格，以此循环直至检测合格；

边坡修整作业：在挖掘机三维引导子系统辅助下，实时观测当前边坡线与设计边坡线的修整距离，实现边坡整形的精细化作业，作业数据返回给指挥系统；

质量验收：通过压实质量连续检测，选取薄弱点进行常规检测验证,以保证路基智能填筑施工质量。

进一步的，所述施工准备的步骤包括：

（1）建立北斗地面增强基站系统；

（2）完成路基智能压实指挥系统初始化工作：建立BIM模型，结合施组实现模型划分；完成模型属性导入工作；完成机械、车辆、人员信息录入；完成电子档案库数据的建立与报表格式核对；

（3）根据施工任务、管理目标制定数字化施工机械需求种类及数量，落实机械及配套系统来源；完成设备进场、安装，调试并标定机械上安装的各种设备、传感器和控制系统，确保各设备、传感器和控制系统能够协调统一运行；完成设备与指挥系统的接口调试，实现数据互通；完成相关的人员操作培训；

（4）根据试验场地情况、当地气候条件、填料情况、项目部机械设备配置情况，对填料含水量、摊铺厚度与晾晒时间、碾压遍数、含水量与压实质量进行试验；通过试验段确定最佳工艺参数，包括数字化施工机械组合方式、松铺厚度、压实遍数、填料最佳含水率及压实质量连续检测控制值等，报监理工程师批准后作为控制指标，全面指导施工；

(5)在试验段应启用路基智能施工指挥系统及全套数字化施工机械，完成全流程测试，并完成压实质量连续检测相关性试验。

进一步的，所述填料作业的步骤包括：

管理员在指挥系统施工计划模块，将当天的分层填筑作业任务下发给填料管理子系统，填料管理子系统根据作业块面积、填方高度、松铺系数估算所需土方量，填料调度员通过填料运输管理APP将运送任务下发给车辆队，车辆队长在上接单后，根据导航将填料运送到指定作业块，由收料员现场在APP上点击验收，核实填料种类、方量，完成验收；

填料验收完成后，相关作业信息自动返回给指挥系统，该作业块进入下一工序施工。

进一步的，所述摊铺平整作业的步骤包括：

采用推土机摊铺初平，平地机终平；

管理员在指挥系统施工计划模块将准备进行摊铺平整的作业任务下发给推土机作业引导子系统，推土机操作员接收任务后根据引导驾驶推土机到指定作业块，按照任务中给定的区域、松铺厚度、坡度信息，在作业系统引导下作业；

初平完成后推土机操作员将任务传递给平地机，平地机操作员同样在控制子系统引导下完成终平，作业完成后操作员将作业数据上传返回给指挥系统，该作业块进入下一工序施工。

进一步的，在压路机无人碾压作业前还包括洒水晾晒的步骤：

根据施工计划，管理员在指挥系统施工计划模块将含水率待检作业任务下发给填料含水率自动检测子系统，操作员在监测系统上接收任务后按引导前往作业块，将压路机调至静压档位，启动系统对作业块进行全面检测；

指挥系统自动分析含水率检测数据，当填料含水率低于工艺要求，将洒水任务下发给洒水机子系统，下发任务包括洒水区域和洒水量，操作员在导航引导下驾驶洒水机进行精准作业；当填料含水量较高时，指挥系统下发命令推迟压路机进场，同时下发翻晒任务包括晾晒区域和晾晒时间，作业队伍根据下发任务进行翻晒；

洒水或翻晒结束后，指挥系统调度操作员驾驶压路机进行含水率复核；

含水率检测结果通过后，操作员在子系统将相关信息上传返回给指挥系统，该作业块可进入下一工序施工。

进一步的，所述压路机无人碾压作业的步骤包括：

完成洒水晾晒工序的作业块进入指挥系统，根据施工计划，将当天要碾压的作业任务发送给压路机无人驾驶子系统，任务中包含规划好的碾压路径、碾压参数、碾压遍数和作业区域坐标等信息；

压路机无人驾驶子系统在接到任务后，按照规划路径自行碾压，并在这一过程中进行压实质量连续检测，检测数据上传至指挥系统；指挥系统对检测数据进行分析、判断，如合格则结束碾压，不合格则规划补压路径对不合格区域进行针对性补压，压路机无人驾驶子系统接收、执行补压任务后再次返回作业数据；指挥系统对补压数据进行再次评判，如不合格则再次规划补压任务直至检测合格，同时提交异常项，请求操作员分析本次补压不合格的原因。

进一步的，在作业过程中，可在指挥系统上查看压路机的作业区域、作业面积、动态碾压路径、碾压遍数、压实质量连续检测值（VCV）和高程信息，并根据作业数据重新规划碾压路径等工艺参数。

进一步的，所述质量验收的步骤包括：

在填筑过程中，采用连续压实控制；每层填土压实后，使用土方测量放样子系统按照指挥系统下发的坐标对中线、标高、宽度、压实厚度进行复核，在指挥系统选择的薄弱区域位置进行常规压实质量检测，压实质量连续检测、常规检测均合格才可填筑上一层。

进一步的，所述边坡修整作业的步骤包括：

路基填筑施工完成后，管理员在指挥系统施工计划模块将作业任务下发给挖掘机作业引导系统，系统根据BIM设计为操作员提供三维空间引导，实现精准施工。

本发明的第二方面提供了一种基于路基填筑智能指挥系统，包括：路基施工指挥系统、填料作业管理子系统、摊铺平整作业子系统、压路机无人碾压子系统、边坡修整作业子系统和质量验收子系统；

所述路基施工指挥系统用于建立BIM模型，结合施组实现模型划分；完成模型属性导入工作；完成机械、车辆、人员信息录入；完成电子档案库数据的建立与报表格式核对；

所述填料作业管理子系统进行填料作业的系统管理，对填料进行信息化管理，实现填料溯源、车辆调度及管理和方量精细化控制；

所述摊铺平整作业子系统包括自动摊铺引导子系统和自动精平控制子系统，以实现填料的摊铺和平整；

所述压路机无人碾压作业子系统根据施工要求自动规划路径实现分层填筑自动碾压；

所述边坡修整作业包括挖掘机三维引导子系统，实时观测当前边坡线与设计边坡线的修整距离，实现边坡整形的精细化作业；

所述质量验收子系统通过压实质量连续检测，选取薄弱点进行常规检测验证，以保证路基智能填筑施工质量。

进一步的，所述指挥系统根据填料、摊铺平整、无人碾压、边坡修整各工序返回的作业数据，并收集天气、环境等影响因素，补充、完善形成路基智能填筑作业大数据库，以指导后续的施工计划制定。

综上所述，本发明提供了一种基于路基填筑智能指挥系统的作业方法及其系统，该方法包括如下流程：施工准备、施工计划、填料作业、摊铺平整作业、压路机无人碾压作业、边坡修整作业和质量验收。该方法以路基智能填筑指挥系统为核心，综合BIM、大数据、北斗定位、自动化控制、信息化检测、物联网等理论和技术，实现在指挥系统统一调度下的填料运输动态管理、自动摊铺引导、自动精平控制、无人驾驶碾压和边坡修整自动引导，实现路基压实质量连续检测、填料级配与含水率的自动检测，形成了数字化、智能化的高速铁路路基填筑新技术；有效保证路基填筑质量，提高了作业效率，改变了路基施工传统作业方式。

本发明提出的路基施工方法相比于现有方法具有以下优点：

1.全新的施工方式、施工更容易、更高效，使作业标准化，管理信息化、施工作业数字化。

2.指挥系统根据填料、摊铺平整、无人碾压、边坡修整各工序返回的作业数据，并收集天气、环境等影响因素，不断补充、完善形成路基智能填筑作业大数据库，在后续的施工计划制定中，根据施工环境、机械、人工的变化对施工计划进行更加准确的推衍

3.高精度作业，无需测量放样，避免施工返工，同时减少测量人员和辅助施工人员数量，减少燃料使用。

4.可以24小时全天候施工，缩短工期和提高施工质量。

5.降低劳动强度和安全风险。

6.保障施工全过程质量。

附图说明

图1为现有技术中路基施工方法的流程示意图；

图2为本发明实施例的路基智能填筑施工方法的流程示意图；

图3为本发明实施例的填料作业管理的流程示意图；

图4为本发明实施例的摊铺平整作业的流程示意图；图5为本发明实施例的推土机作业引导示意图；

图6为本发明实施例的平地机作业引导示意图；

图7为本发明实施例的挖掘机作业引导示意图；

图8为本发明实施例的路基智能填筑施工系统的结构框图；

图9为本发明实施例的填料作业管理子系统的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

下面结合实施例对本发明的制备方法作进一步的详细说明。

本发明提供了一种路基智能填筑施工方法，路基智能填筑施工方法按照施工准备、施工计划、填料作业、摊铺精平、无人碾压、边坡修整、质量检验等工序进行，具体工艺流程如图2所示，包括如下步骤：

步骤一 施工前的准备。施工准备工作具体包括：建立施工BIM模型、建立北斗基站系统、施工指挥系统初始化、数字化施工机械接口调试和连续压实相关性试验等内容。

具体的，建立施工BIM模型 (Building Information Modeling, 建筑信息模型，简称BIM)，可以使用计算机通过操作BIM建模软件，能将建筑工程设计和建造中产生的各种模型和相关信息，制作成可用于工程设计、施工和后续应用所需的二维工程图样、三维几何模型和其他有关的图形、模型和文档。建立北斗基站系统，利用北斗差分定位技术可以监测毫米级别位置移动，基于此高精度的监测精度可以用来监测路基填筑的整个施工周期，实现全天候24小时的实时位移监测，以按照预设精度要求控制施工精度。施工指挥系统初始化包括建立北斗地面增强基站系统、建立BIM模型，结合施组实现模型划分；完成模型属性（材料、尺寸、进度等信息）导入工作；完成机械、车辆、人员信息录入；完成电子档案库数据的建立与报表格式核对。

完成设备进场、安装，调试并标定机械上安装的各种设备、传感器和控制系统，确保各设备、传感器和控制系统能够协调统一运行；完成设备与指挥系统的接口调试，实现数据互通；完成相关的人员操作培训。

连续压实相关性试验包括，根据试验场地情况、当地气候条件、填料情况、项目部机械设备配置情况，对填料含水率、摊铺厚度与晾晒时间、碾压遍数、含水率与压实质量等进行试验。通过试验段确定最佳工艺参数，包括机械组合方式、松铺厚度、压实遍数、压实含水量及检验方法等，报监理工程师批准后作为控制指标，全面指导施工。

在试验段应启用路基智能施工指挥系统及全套数字化施工机械，完成全流程测试，并完成连续压实相关性试验。连续压实相关性试验按照《路基连续压实控制技术规程Q/CR 9210-2015》的相关规定执行。

步骤二 施工计划。在路基指挥系统中BIM模型的辅助下，快速进行作业面划分，确定施工任务，并利用指挥系统预估所需填料方量、机械台班和人工工时；形成施工任务并下发给各子系统，施工任务包含施工场地的设计断面、施工范围坐标、人机料需求、施工工艺要求等信息；

步骤三 填料作业。根据指挥系统下发的任务，采用填料作业管理子系统进行填料作业的系统管理，对填料进行信息化管理，实现填料溯源、车辆调度及管理和方量精细化控制；

具体的，如图3所示，填料作业管理包括如下方面：

（1）分层填筑任务：根据作业块位置、作业时间、填筑方量、填筑高度等信息和要求，对填筑任务进行分层分解，设置填筑进度，并按照预先设置进行施工。

（2）填料质量管理：可以包括料源管理、进料管理、质检管理和拌合质量监控等方面。其中的料源管理实现了施工初期的筛选填料厂调查数据管理的功能；其中的进料管理主要实现运输车队到达现场后的接料审核确认工作；其中的质检管理主要实现填料每检验批时的质检情况进行记录，并根据进料方量自动生成检验批和提醒进行质检功能，该质检可以包括填料级配与含水率的自动检测，使其符合施工要求；其中的拌合质量监控实现拌合站配比数据实时监控，对异常配比进行预警提示。该填料质量管理对填料进行信息化管理，实现填料溯源、质量监控等功能。

（3）填料运输管理：根据路基填筑计算所需的填料方量，按照施工进度分解运输任务，并下派任务至运输车队；运输车队根据运输任务自动派单至各个司机；然后各个司机根据手机导航将填料输送至指定地点，在卸料前还包括对填料拍照后进行图像识别以确认具体运输方量、验收确认后再进行卸料；将运输到达的数据上传至填料运输管理子系统，最后完成作业后返回信息给填料作业管理子系统。

管理员在指挥系统施工计划模块，将当天的分层填筑作业任务下发给填料管理系统，填料系统根据作业块面积、填方高度、松铺系数估算所需土方量，填料调度员通过填料运输管理APP将运送任务下发给车辆队，车辆队长在上接单后，根据导航将填料运送到指定作业块，由收料员现场在APP上点击验收，核实填料种类、方量，完成验收。

填料验收完成后，相关作业信息自动返回给指挥系统，该作业块可进入下一工序施工。

步骤四 摊铺平整作业。在自动摊铺引导子系统和自动精平控制子系统辅助下，实现填料的摊铺和平整，摊铺精度±5cm,精平精度±3cm。

具体的，如图4所示，根据指挥系统下发的路基填筑作业范围、横向坡度、纵向坡度以及松铺厚度等任务要求，首先由自动摊铺根据摊铺精度引导子系统对路基进行摊铺，使摊铺结果达到预定的摊铺精度；利用北斗基站的定位功能，依据路基指挥系统下发任务作业范围的三维数据信息，该信息包括路基填筑作业范围、横向坡度、纵向坡度以及松铺厚度等要求，对比当前作业范围的三维数据信息，由自动精平控制子系统根据精平精度控制平地机铲刀进行姿态对比，根据对比结果对平地机铲刀进行姿态调整，使精平结果达到预定的精平精度。

具体的，如图5所示，采用推土机摊铺初平，平地机终平；管理员在指挥系统施工计划模块将准备进行摊铺平整的作业任务下发给推土机作业引导系统，推土机操作员接收任务后根据引导驾驶推土机到指定作业块，按照任务中给定的区域、松铺厚度、坡度信息，在作业系统引导下作业；初平完成后推土机操作员将任务传递给平地机，平地机操作员同样在控制系统引导下完成终平，作业完成后操作员将作业数据上传返回给指挥系统，该作业块进入下一工序施工。平地机施工控制系统为操作员提供了一个可视化界面，可实时查看目前作业面与设计面的差值，避免盲平及后续返工，如图6所示。作业时，通过左侧的不同颜色标识能明确了解平整区域及平整区域表面高程与设计高程差值，右侧的各条目实时显示其实时高程、设计高程、速度、左右挖填值等指标，操作员在现场作业即可了解当天的平整情况及平整大致效果，可有效避免平整不到位或过度平整，大大提升作业效率。同时，无需测量人员埋桩放线，节约人力物力，提升作业效率。

摊铺平整完成后，相关作业信息自动返回给指挥系统，该作业块可进入下一工序施工。

步骤五 压路机无人碾压作业。根据工艺要求自动规划路径，将作业任务下发至压路机无人碾压子系统，实现分层填筑自动碾压。碾压过程中，数据实时上传指挥系统。根据压实连续检测结果，对薄弱区域自动补压，进行标准化碾压作业，保证压实质量。

具体的，如图2所示，完成洒水晾晒工序的作业块进入指挥系统，根据施工计划，将当天要碾压的作业任务发送给压路机无人驾驶子系统，任务中包含规划好的碾压路径、碾压参数、碾压遍数和作业区域坐标等信息；

压路机无人驾驶子系统在接到任务后，按照规划路径自行碾压，并在这一过程中进行压实质量连续检测，检测数据上传至指挥系统；指挥系统对检测数据进行分析、判断，如合格则结束碾压，不合格则规划补压路径对不合格区域进行针对性补压，压路机无人驾驶子系统接收、执行补压任务后再次返回作业数据；指挥系统对补压数据进行再次评判，如不合格则再次规划补压任务直至检测合格，同时提交异常项，请求操作员分析本次补压不合格的原因。

进一步的，在压路机无人碾压作业前还包括洒水晾晒的步骤：

根据施工计划，管理员在指挥系统施工计划模块将含水率待检作业任务下发给填料含水率自动检测子系统，操作员在监测系统上接收任务后按引导前往作业块，将压路机调至静压档位，启动系统对作业块进行全面检测；

指挥系统自动分析含水率检测数据，当填料含水率低于工艺要求，将洒水任务下发给洒水机子系统，下发任务包括洒水区域和洒水量，操作员在导航引导下驾驶洒水机进行精准作业；当填料含水量较高时，指挥系统下发命令推迟压路机进场，同时下发翻晒任务包括晾晒区域和晾晒时间，作业队伍根据下发任务进行翻晒；

洒水或翻晒结束后，指挥系统调度操作员驾驶压路机进行含水率复核；

含水率检测结果通过后，操作员在子系统将相关信息上传返回给指挥系统，该作业块可进入下一工序施工。步骤六 边坡修整作业。在挖掘机三维引导子系统辅助下，实时观测当前边坡线与设计边坡线的修整距离，实现边坡整形的精细化作业。

具体的，如图2所示，由路基指挥系统将当天要边坡修整的作业任务发送给挖掘机三维引导子系统。子系统在接到任务后，挖掘机驾驶员可根据驾驶室平板提示进行挖掘机操作。在作业过程中，可在指挥系统上查看压路机的作业区域、高程等信息。挖掘机作业引导系统提供了一个可视化界面，如图7所示，能直观显示当前高程及所处位置，机手在驾驶室即可直观了解当前作业高程，需要挖掘的坡度及整体造型，避免过度开挖或欠挖；挖填值显示精确到厘米级，随挖斗作业情况实时变化，机手直接按显示屏提示开挖即可。机械操作员在驾驶舱即可通过控制箱实时查看目前作业面与设计面的差值及设计坡度，按显示屏提示进行作业，避免盲挖及后续返工。通过左侧的剖面图能了解当前开挖面的设计坡度及挖斗当前位置与设计坡度的差值，右侧的各条目实时显示其实时高程、设计高程、速度、左右挖填值等指标，操作员在现场作业时按提示进行操作即可一次开挖成型，可有效避免过挖、欠挖，大大提升作业效率。

步骤七 质量验收。通过压实质量连续检测，选取薄弱点进行常规检测验证,有效保证路基智能填筑施工质量。

具体的，如图2所示，通过路基指挥系统下达检验任务，按照常规压实质量检测，检测不合格查找原因进行整改。并将检验资料上传至指挥系统，检测合格进行下一工序。

具体的，在填筑过程中，采用连续压实控制每层填土压实，相关质量控制标准参见《铁路路基填筑工程连续压实控制技术规程Q/CR 9210-2015》。每层填土压实后，测量队采用打点器对中线、标高、宽度、压实厚度进行复核，进行常规压实质量检测，检测合格报监理工程师审批后才可填筑上一层。压实质量的检测指标有地基系数K30、动态变形模量Evd、压实系数K、孔隙率n等，根据《高速铁路路基工程施工质量验收标准 TB10751-2018》的相关规定执行。

本发明的第二方面提供了一种基于路基填筑智能指挥系统的作业方法及其系统及系统，如图8所示，包括：施工准备、填料作业管理子系统、摊铺平整作业子系统、压路机无人碾压子系统、边坡修整作业子系统和质量验收子系统；

所述施工准备用于建立施工BIM模型、建立北斗基站系统、施工指挥系统初始化、数字化施工机械接口调试和/或进行连续压实相关性试验；所述填料作业管理子系统进行填料作业的系统管理，对填料进行信息化管理，实现填料溯源、车辆调度及管理和方量精细化控制；

所述摊铺平整作业子系统包括自动摊铺引导子系统和自动精平控制子系统，以实现填料的摊铺和平整；

所述压路机无人碾压作业子系统根据施工要求自动规划路径实现分层填筑自动碾压；

所述边坡修整作业包括挖掘机三维引导子系统，实时观测当前边坡线与设计边坡线的修整距离，实现边坡整形的精细化作业；

所述质量验收子系统通过压实质量连续检测，选取薄弱点进行常规检测验证，以保证路基智能填筑施工质量。

进一步的，所述填料作业管理子系统包括，如图9所示：

分层填筑单元：根据作业块位置、作业时间、填筑方量、填筑高度等信息和要求，对填筑任务进行分层分解，设置填筑进度，并按照预先设置进行施工；

填料质量管理单元，对填料质量进行管理，包括料源管理、进料管理、质检管理和填料拌合质量监控；

填料运输管理单元，对填料运输进行管理：对车辆进行调度和对方量进行精细化控制；完成作业后返回填料运输信息给填料作业管理子系统。

进一步的，所述指挥系统根据填料、摊铺平整、无人碾压、边坡修整各工序返回的作业数据，并收集天气、环境等影响因素，不断补充、完善形成路基智能填筑作业大数据库，后续的施工计划制定中，根据施工环境、机械、人工的变化对施工计划进行更加准确的推衍。

综上所述，本发明提供了一种基于路基填筑智能指挥系统的作业方法及其系统及其设备，该方法包括如下流程：施工准备、施工计划、填料作业、摊铺平整作业、压路机无人碾压作业、边坡修整作业和质量验收。该方法综合土动力学、BIM、北斗定位、自动化控制、物联网、图像识别等理论和技术，实现填料运输动态管理、自动摊铺引导、自动精平控制、无人驾驶碾压和边坡修整自动引导，实现路基压实质量连续检测、填料级配与含水率的自动检测，形成了数字化、智能化的高速铁路路基填筑新技术；改变了路基施工传统施工工艺。

本发明提出的路基施工方法相比于现有方法是全新的施工方式、施工更容易、更高效，使作业标准化，管理信息化、施工作业数字化；高精度作业，无需测量放样，避免施工返工，同时减少测量人员和辅助施工人员数量，减少燃料使用；可以24小时全天候施工，缩短工期和提高施工质量；降低劳动强度和安全风险以及保障施工全过程质量。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (11)

1.一种基于路基填筑智能指挥系统的作业方法，其特征在于，包括如下步骤：

施工准备：包括建立施工BIM模型、建立覆盖工地的统一北斗基站系统、资料库初始化、路基指挥系统初始化、数字化施工机械接口调试和/或连续压实相关性试验；

施工计划：在路基指挥系统中BIM模型的辅助下，快速进行作业面划分，确定施工任务，并利用指挥系统积累的大数据推衍所需填料方量、机械台班和人工工时；形成施工任务并下发给各子系统，施工任务包含施工场地的设计断面、施工范围坐标、人机料需求、施工工艺要求的信息；

填料作业：根据指挥系统下发的任务，采用填料作业管理子系统进行填料作业的系统管理，对填料进行信息化管理，实现填料溯源、车辆调度及管理和方量精细化控制，作业数据返回给指挥系统；

摊铺平整作业：根据指挥系统下发的任务，在自动摊铺引导子系统和自动精平控制子系统辅助下，实现填料的摊铺和平整，作业数据返回给指挥系统；

压路机无人碾压作业：根据施工要求自动规划路径，将作业任务下发至压路机无人碾压子系统，实现自动碾压，碾压过程中进行压实质量连续检测，数据返回给指挥系统；指挥系统对压实检测数据进行分析，针对不合格区域重新规划路径，下发补压任务；无人碾压子系统接收补压任务并执行后返回数据，指挥系统再次判断压实质量是否合格，以此循环直至检测合格；

边坡修整作业：在挖掘机三维引导子系统辅助下，实时观测当前边坡线与设计边坡线的修整距离，实现边坡整形的精细化作业，作业数据返回给指挥系统；

质量验收：通过压实质量连续检测，选取薄弱点进行常规检测验证,以保证路基智能填筑施工质量。

2.根据权利要求1所述的一种基于路基填筑智能指挥系统的作业方法，其特征在于，所述施工准备的步骤包括：

（1）建立北斗地面增强基站系统；

（2）完成路基智能压实指挥系统初始化工作：建立BIM模型，结合施组实现模型划分；完成模型属性导入工作；完成机械、车辆、人员信息录入；完成电子档案库数据的建立与报表格式核对；

（3）根据施工任务、管理目标制定数字化施工机械需求种类及数量，落实机械及配套系统来源；完成设备进场、安装，调试并标定机械上安装的各种设备、传感器和控制系统，确保各设备、传感器和控制系统能够协调统一运行；完成设备与指挥系统的接口调试，实现数据互通；完成相关的人员操作培训；

（4）根据试验场地情况、当地气候条件、填料情况、项目部机械设备配置情况，对填料含水量、摊铺厚度与晾晒时间、碾压遍数、含水量与压实质量进行试验；通过试验段确定最佳工艺参数，包括数字化施工机械组合方式、松铺厚度、压实遍数、填料最佳含水率及压实质量连续检测控制值等，报监理工程师批准后作为控制指标，全面指导施工；

(5)在试验段应启用路基智能施工指挥系统及全套数字化施工机械，完成全流程测试，并完成压实质量连续检测相关性试验。

3.根据权利要求1所述的一种基于路基填筑智能指挥系统的作业方法，其特征在于，所述填料作业的步骤包括：

管理员在指挥系统施工计划模块，将当天的分层填筑作业任务下发给填料管理子系统，填料管理子系统根据指挥系统下发的作业块面积、填方高度、松铺系数估算所需土方量，填料调度员通过填料运输管理APP将运送任务下发给车辆队，车辆队长在上接单后，指派相应司机根据导航将填料运送到指定作业块，由收料员现场在APP上点击验收，核实填料种类、方量，完成验收；

填料验收完成后，相关作业信息自动返回给指挥系统，该作业块进入下一工序施工。

4.根据权利要求1所述的一种基于路基填筑智能指挥系统的作业方法，其特征在于，所述摊铺平整作业的步骤包括：

采用推土机摊铺初平，平地机终平；

管理员在指挥系统施工计划模块将准备进行摊铺平整的作业任务下发给推土机作业引导子系统，推土机操作员接收任务后根据引导驾驶推土机到指定作业块，按照任务中给定的区域、松铺厚度、坡度信息，在作业系统引导下作业；

初平完成后推土机操作员将任务传递给平地机，平地机操作员同样在控制子系统引导下完成终平，作业完成后操作员将作业数据上传返回给指挥系统，该作业块进入下一工序施工。

5.根据权利要求1所述的一种基于路基填筑智能指挥系统的作业方法，其特征在于，在压路机无人碾压作业前还包括洒水晾晒的步骤：

根据施工计划，管理员在指挥系统施工计划模块将含水率待检作业任务下发给填料含水率自动检测子系统，操作员在监测系统上接收任务后按引导前往作业块，将压路机调至静压档位，启动系统对作业块进行全面检测；

指挥系统自动分析含水率检测数据，当填料含水率低于工艺要求，将洒水任务下发给洒水机子系统，下发任务包括洒水区域和洒水量，操作员在导航引导下驾驶洒水机进行精准作业；当填料含水量较高时，指挥系统下发命令推迟压路机进场，同时下发翻晒任务包括晾晒区域和晾晒时间，作业队伍根据下发任务进行翻晒；

洒水或翻晒结束后，指挥系统调度操作员驾驶压路机进行含水率复核；

含水率检测结果通过后，操作员在子系统将相关信息上传返回给指挥系统，该作业块可进入下一工序施工。

6.根据权利要求5所述的一种基于路基填筑智能指挥系统的作业方法，其特征在于，所述压路机无人碾压作业的步骤包括：

完成洒水晾晒工序的作业块，指挥系统根据施工计划，将当天要碾压的作业任务发送给压路机无人驾驶子系统，任务中包含规划好的碾压路径、碾压参数、碾压遍数和作业区域坐标等信息；

压路机无人驾驶子系统在接到任务后，按照规划路径自行碾压，并在这一过程中进行压实质量连续检测，检测数据上传至指挥系统；指挥系统对检测数据进行分析、判断，如合格则结束碾压，不合格则规划补压路径对不合格区域进行针对性补压，压路机无人驾驶子系统接收、执行补压任务后再次返回作业数据；指挥系统对补压数据进行再次评判，如不合格则再次规划补压任务直至检测合格，同时提交异常项，请求操作员分析本次补压不合格的原因。

7.根据权利要求6所述的一种基于路基填筑智能指挥系统的作业方法，其特征在于，在作业过程中，可在指挥系统上查看压路机的作业区域、作业面积、动态碾压路径、碾压遍数、压实质量连续检测值（VCV）和高程信息，并根据作业数据重新规划碾压路径等工艺参数。

8.根据权利要求1所述的一种基于路基填筑智能指挥系统的作业方法，其特征在于，所述质量验收的步骤包括：

在填筑过程中，采用连续压实控制；每层填土压实后，使用土方测量放样子系统按照指挥系统下发的坐标对中线、标高、宽度、压实厚度进行复核，在指挥系统选择的薄弱区域位置进行常规压实质量检测，压实质量连续检测、常规检测均合格才可填筑上一层。

9.根据权利要求1所述的一种基于路基填筑智能指挥系统的作业方法，其特征在于，所述边坡修整作业的步骤包括：

路基填筑施工完成后，管理员在指挥系统施工计划模块将作业任务下发给挖掘机作业引导系统，系统根据BIM设计为操作员提供三维空间引导，实现精准施工。

10.一种基于路基填筑智能指挥系统，其特征在于，包括：路基施工指挥系统、填料作业管理子系统、摊铺平整作业子系统、压路机无人碾压子系统、边坡修整作业子系统和质量验收子系统；

所述路基施工指挥系统用于建立BIM模型，结合施组实现模型划分；完成模型属性导入工作；完成机械、车辆、人员信息录入；完成电子档案库数据的建立与报表格式核对；

所述填料作业管理子系统进行填料作业的系统管理，对填料进行信息化管理，实现填料溯源、车辆调度及管理和方量精细化控制；

所述摊铺平整作业子系统包括自动摊铺引导子系统和自动精平控制子系统，以实现填料的摊铺和平整；

所述压路机无人碾压作业子系统根据施工要求自动规划路径实现分层填筑自动碾压；

所述边坡修整作业包括挖掘机三维引导子系统，实时观测当前边坡线与设计边坡线的修整距离，实现边坡整形的精细化作业；

所述质量验收子系统通过压实质量连续检测，选取薄弱点进行常规检测验证，以保证路基智能填筑施工质量。

11.根据权利要求10所述的一种基于路基填筑智能指挥系统，其特征在于，所述指挥系统根据填料、摊铺平整、无人碾压、边坡修整各工序返回的作业数据，并收集天气、环境等影响因素，补充、完善形成路基智能填筑作业大数据库，以指导后续的施工计划制定。

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