WTC2024 预告|公路沥青路面变量铣刨技术解决方案

01前言

2024年6月16日，在中国工程院组织的“中国工程院工程科技学术研讨会——第十二届国际桥梁与隧道技术大会（IBTC 2024）”上，李清泉院士作了《道路精密测量与路面智能铣刨》的报告，从技术原理、国产传感器研制及工程应用等方面对公路沥青路面变量铣刨技术进行了全面的介绍，获得了业内专家学者的一致认可。
路面智能铣刨解决方案是公司首席科学家毛庆洲教授在李清泉院士“动态精密工程测量”理论的指导下，将移动三维激光测量技术应用于交通基础设施全生命周期管理的又一次创新性探索。

 

02背景

2019-2023年年末全国公路里程及公路密度
截止2023年末，我国公路里程已达543.68万公里，随着我国公路使用年限延长和道路交通流量的增加，道路病害及破损情况日益严重，逐步进入养护的“高峰期”，养护与管理的任务日益艰巨。结构性补强是为了提高路面整体承载能力而采取的养护方案，其中铣刨加铺补强是重要的养护手段。传统铣刨作业较依赖现场人为作业控制，人工参与程度较高，数字化作业程度低，存在以下难点：

（1）现场作业前期施工准备繁琐、人员投入数量大、效率低；

（2）传统等厚铣刨施工效果受人员熟练程度与现场环境影响大，铣刨厚度精度控制难度大，回铺沥青面层受铣刨面平顺性影响，往往平整度提升效果有限，尤其是路面沉降严重路段；

（3）传统等厚铣刨施工的铣刨深度一般较大，不仅容易产生废料，而且需要提供大量的回铺材料；

（4）传统作业方式较依赖熟练施工人员，按照当前的社会人口发展趋势，如无法有效利用数字化施工作业技术，未来该作业工序较难维持。

 

 

铣刨施工作业

面对这些难点及挑战，如何对现有路面实际病害情况及微地形起伏状况进行“望闻问切”，从而达到“对症下药”的效果。如何基于路面具体形态形成可调铣刨厚度的施工技术流程，提高道路养护施工的精准度，改善整体作业施工效率，有效确保路面平整性、舒适性、安全性及耐久性，成为了道路养护工作中的关键问题。

 

03解决方案

武汉夕睿光电技术有限公司（下文简称“夕睿光电”）自主研发的三维激光道路检测与养护设计系统（XR-3D），是业内首款道路检测与养护应用一体化产品。该系统能够快速获取路面海量高密度、高精度三维点云数据，每个点均具有三维空间绝对坐标信息，以毫米级间距真实还原路面病害情况及微地形起伏状况，可有效获取道路线形数据。同时，该系统将高清路面相机与三维扫描设备集成于一体，能够实时获取路面高清彩色图像与全息三维数据，将多源数据有效融合，实现路面各类二维及变形类病害的精准提取，为路面病害详细调查提供可靠的技术手段。除此之外，该系统还配备全套路面技术状况检测功能，可实现路面病害、平整度、车辙、跳车、构造深度、磨耗等指标的检测。

三维激光道路检测与养护设计系统（XR-3D）

 

路面高清彩色图像（1）

 

路面高清彩色图像（2）

 

路面海量高密度三维点云数据

 

毫米级道路全场景三维数据

 

以路面全息三维数据为基准，夕睿光电基于路面精准铣刨的应用需求，联合深圳大学、武汉大学、浙江交工集团及徐工集团共同研发了“公路沥青路面变量铣刨技术方案”，该方案能够以路面精细化三维数据为底座，结合路面铣刨施工的技术需求及平整度要求，自动化输出毫米级精度的路面变量铣刨参数，能够消除路面沉降、微地形变化等因素对铣刨作业的影响，将高精度控制技术与路面精准铣刨数据相结合，有效修复路面平整度状况，形成全自动化、变量化、数字化、智能化的路面精准铣刨施工作业方案。

 

三维激光道路检测与养护设计系统（XR-3D）

路面智能铣刨原理及优点

路面变量铣刨流程

路面高精度三维点云采集

铣刨设计参数提取

 

点云铣刨设计图

 

变量铣刨实际项目应用

 

为了验证变量铣刨的精度，使用30m卷尺、水平尺和钢尺对铣刨面两侧边线进行现场铣刨深度校验。校验时，根据现场桩号，每50cm取一校验点，分别沿铣刨轨迹左右两侧边线连续测量实际铣刨深度并逐一记录，记录完毕后，将实测铣刨深度数据与设计铣刨深度对比并进行数据分析。设计铣刨深度与实际铣刨深度的对比图如下：

 

铣刨精度验证

该方案采用全数字化技术，实现了从数据获取、设计处理、施工控制全流程应用，有效解决了路面平整度精确修复问题，提高路面铣刨作业施工效率，并通过精准控制铣刨量，可大大减少路面铣刨废料的产生，有效控制回铺材料的投入量，为路面养护管理提供了安全、可控、精准、数智的作业方案。