《交通运输科学技术新成果推广目录》(2021)第三部分 基础设施篇《基于无人驾驶和3D机械控制的路基智能施工技术应用研究》

发布时间:2023-01-31 来源:国铁路网 浏览量:7627 发布者:

获奖项目名称:基于无人驾驶和3D机械控制的路基智能施工技术应用研究

完成单位:江苏东交智控科技集团股份有限公司、江苏省交通运输厅公路事业发展中心、徐工道路机械事业部、自动化作业技术交通运输行业研发中心

主要完成人:王  捷、叶  炜、李强明、王  彤、陈  科、马  凌、沙晓东、王  鹏、陈小宁、韩  波、潘  芳、毛益佳、赵  喆、张  静、薛力戈

 

项目简介

  (一)项目背景

  根据《“十四五”现代综合交通运输体系发展规划》预计2025年我国将新增公路里程约30.2万公里,其中高速公路新增里程约3万公里,要求工程质量进一步提高,交通设施耐久可靠。表明未来我国公路建设市场仍然存在巨大潜力。但是,随着我国人口老龄化、出生率下降、高素质人才不愿意深入一线施工现场等社会现象的出现,对工程建设领域产生了巨大冲击。导致当前机械化减人、智能化换人、自动化无人的需求日趋迫切。

  (二)技术概况

  1.推土机、平地机3D机械控制施工技术

  在施工前将CAD二维图纸转化成系统控制箱可以读取的三维模型。利用安装在铲刀两端的GNSS接收设备,实时采集铲刀的三维位置坐标,通过3D机械控制系统计算同一位置的设计高程和实测高程差值,并驱动铲刀归零,做到路基施工的自动精准找平控制。

  2.压路机无人驾驶施工技术

  利用高精度北斗定位技术、惯性导航技术、障碍物识别技术,为压路机提供行驶路径引导与控制信号,控制压路机各工作系统动作,完成既定的行驶、转向、工作装置作业等任务。同时,利用RFID、5G、WIFI、局域组网等技术手段,实现施工数据回传服务平台,利用大数据分析,结合作业业务,提供实时监控、数据展现、远程控制、压实管理、统计报表等功能。

  (三)适用范围

  本技术的适用于路基施工的清表、填筑、整平、压实等环节,解决路基纵坡、横坡、厚度、高程控制不均匀,碾压过程易存在过压、欠压、漏压、振频振幅不达标等施工质量核心。

  (四)获奖情况

  1.中国交通运输协会科技进步奖一等奖

  2.江苏机械工业科技进步奖

  3.江苏省土木建筑学会土木建筑科技奖

  4.江苏省人工智能学会科学技术奖

  5.第29届智能交通世界大会创新大赛二等奖

  6.江苏省智能交通创新⼤赛三等奖

  7.江苏省公路水运施工工艺大赛优秀作品奖

 

项目创新点

  (一)开发路基无人智能施工算法

  开发了施工场景下工程机械的无人施工算法、路径规划算法与机械自动控制算法。

  (二)研发路基无人智能施工设备

  基于北斗导航技术,在路基施工机械标准化、无人化、智能化控制条件下,开发了推土机、平地机、压路机无人驾驶集群装备。

  (三)形成路基无人智能施工工艺

  实现路基填筑、整平与碾压施工全过程的厚度、坡度、高程、平整度、碾压质量的自动精准控制,形成成套施工工艺。

 

应用案例

  本项目研究的推土机、平地机、压路机智能施工设备,于2019年首次在S420金湖段路基建设工程中进行了示范应用,并取得了良好的应用效果。随后,项目组为了使项目成果实现多场景、多元化的应用,通过进一步深化研究,推出了路面无人集群施工设备,包含无人驾驶摊铺机、钢轮压路机、胶轮压路机,并在S506泰州段、京雄高速、广西柳南高速、攀大高速、京德高速、阿乌高速(沙漠高速)、宁沪高速等公路建设项目中成功应用,引起国内外广泛的关注,开启了无人施工的新时代,具体工程应用情况如下。

  (1)路基无人施工项目

  在S420金湖段,首次实现路基碾压的无人化施工,开启道路无人施工的先河,取得了良好的实施效果,为无人机械集群化施工提供了研究基础与实施经验,向外界展示了交通建设行业的科技发展。

 

 

  图3S420金湖段无人施工现场

  (2)水稳基层无人施工项目

  京雄高速和新柳南高速在全球率先开展无人集群的应用,实现水稳基层摊铺压实的自动化作业。

  图4京雄高速无人施工现场

  图5新柳南高速无人施工现场

  (3)新建沥青路面无人施工项目

  攀大高速无人驾驶压路机机群联动沥青路面施工作业在四川攀枝花至云南大理在建的高速公路项目中测试成功,标志着无人驾驶压路机已经能够满足沥青路面碾压施工规范,这在全球尚属首次。在施工现场,实现4台压路机在一台摊铺机引导下进行沥青路面的碾压施工。

  图6攀大高速无人施工现场

  京德高速沥青中面层施工中使用"无人驾驶集群智能化施工"技术,该技术首次在雄安新区对外骨干路网沥青面层施工中得到应用。

  图7京德高速无人施工现场

  阿乌高速采用的无人施工机械组合为RP1253T和RP903S摊铺机、XD133S双钢轮压路机XP303S胶轮压路机。阿乌高速地处古尔班通古特沙漠腹地,干旱、少雨、大风、沙尘暴,冬期严寒漫长,夏季短而炎热,昼夜温差大,无人化施工很好的克服了恶劣的作业环境,实现高质量、高效率、少人员施工。这是全球首例无人集群沙漠高速施工项目。

  图8阿乌高速无人施工现场

  (4)养护沥青路面无人施工项目

  沪宁高速苏州段养护工程,首次采用由10台无人双钢轮压路机与2台无人大宽度摊铺机组成的无人施工机群,这是全球规模最大的无人集群养护施工,是全国最高等级沥青路面养护无人化施工应用的突破,具有重大意义。

  图9沪宁高速无人施工现场

 

  (5)水利无人施工项目

  雄安新区批量采购了36台套无人化压路机,在示范应用中取得良好效果。在此基础上,定兴县水利局、河北水利工程局、内蒙古辽河水利工程局、安徽水利开发有限公司、河北水利工程局等8家施工单位,相继采购了无人化压路机。

  图10雄安新区南拒马河防洪治理工程无人施工现场

社会效益与经济效益

  (一)施工效率提升

  智能施工技术与传统技术相比可提高施工效率约20%,特别是在夜间也可实现高质量的连续作业。

  (二)工程质量提升

  3D机械控制推土机、平地机可将路基高程误差控制在±2cm以内,可有效提高路基平整度。无人驾驶压路机使碾压速度、碾压轨迹、碾压遍数、振频振幅均做到真正意义上的无人化、标准化施工。

  (三)安全管理提升

  智能无人施工技术可减少施工的参与人员,且将部分现场作业转为室内作业,可降低人员安全事故发生的概率,特别是夜间施工可极大的保证施工区域的安全。

  (四)直接经济效益

  智能施工技术与传统技术相比可节约人力资源40%,总油耗可降低15.3%,高质量的路基工程也可以延长工程使用寿命,减少养护成本。

  (五)社会效益提升

  压路机无人驾驶技术不仅把施工人员从繁重、枯燥、恶劣的振动和噪声环境中解放出来,同时提高了施工效率、实现了碾压的标准化施工,为智能化施工提供了必要条件。

 

注:相关内容摘录自中国交通运输协会编写、中国市场出版社出版的《交通运输科学技术新成果推广目录(2021)》,图片由项目完成单位提供,版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。