雄安新区建设中无人驾驶振动碾的应用与操作

赵满江

（河北省水利工程局第一工程处，河北 保定071000）

振动碾无人驾驶是一种碾压机自动驾驶技术。在常规振动碾的基础上， 增加监控装置与机载自动控制装置，实现碾压智能化作业。 具有节约成本、加快进度、保证质量、保障安全的优点。

振动碾自动驾驶技术与人工驾驶方式兼容，且自动驾驶、远程遥控与人工驾驶可随时随意切换，既保证了振动碾压机在特殊、紧急作业情况下方便、安全施工， 又避免了相邻作业面间漏碾、 交叉重复碾压，以及超速碾压等问题。 具有多级安全防范措施，如通讯故障检测、前方障碍检测、作业区域检测、碾压机机械故障检测等功能。

图1 主控系统

目前振动碾基本依靠人工驾驶， 压实质量取决于驾驶员本身的技术与经验水平，容易出现过压、欠压甚至漏压的问题。 此外人工作业还存在无法连续作业、夜间作业困难、人身安全等问题，作业效率和质量都受到很大限制， 无人驾驶振动碾的出现将改善甚至彻底解决这些问题。

1 工程概况

雄安新区南拒马河防洪治理工程（定兴段）施工第一标段位于河北定兴县，桩号范围右堤（Y9+700～Y15+200）5.5km右堤加固（含杨村险工、杨村桥等）、ZC9+800～ZC14+000卡口段疏浚，水土保持、环境保护措施等。主要工作内容包括建筑工程、机电设备及安装工程、临时工程、环境保护措施、水土保持工程等。

主要工程量： 土方清表17.54万m3， 土方开挖135.03万m3，堤身填筑（壤土）41.50万m3，种植土填筑11.19万m3，格宾石笼18.89万m3，混凝土4467m3。 堤身填筑工程量总计41.5万m3。

2 工艺原理

远程监控装置依据作业工程的数字模型人机交互规划作业区域、导航线路；通过无线通讯方式接收碾压机的位置、速度、转向等数据及作业环境信息，同时向机载自动控制装置发送自动导航数据与指令； 还可以根据接收紧急处理请求情况人机交互远程操纵碾压机。捷联惯性导航系统，在车辆起步状态下对车辆进行初始对准， 精准和快速确定振动碾设备位置和姿态，以及振动碾车上的激光雷达、毫米波雷达等传感器实时监测作业路况信息， 将这些信息通过微波传输到基站，再通过后台实现连接并控制，工人在后台电脑便能进行多台振动碾群的作业，人员只需要在作业区域外监管即可。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 现场采集数据

现场测量人员利用GPS流动站测量待碾压区域点坐标， 沿着需要碾压的区域边缘根据需求采集若干个点（预留些安全距离），用APP生成区域.txt文档（如果是走直线只需要采集两个点）。 车无人化碾压方向是从P1至P2，P3，P4然后返回， 错距之后继续沿P1至P2，P3，P4方向碾压，如图2。 所以需要将车放于P1点附近，并且车头朝向P2点。

图2 无人碾操作平台车辆行走数据观测

3.2 设置施工参数（参数设置面板）

先进入电脑端控制软件， 然后将车停在P1点附近，并且车头朝向P2点方向，启动发动机，将取消制动，确认碾压机各设备指示灯（GPS/前后雷达）都是正常状态，确认碾压机旁边、碾压区域，无造成危险的人员及车辆。然后确认控制软件中3个灯常亮及碾压机编号灯闪烁， 此时才算是软件与碾压机正常通讯。然后选择相应的碾压区域（左上角），发到监控室的是哪个文件，就选哪个区域，比如发区域3.txt，就选区域3。

碾压机编号选择当前施工车号， 在可用车号里输入碾压机编号设置成区域1，碾压机1。点击左侧参数设置即可出现下方设置界面。 默认可用车1，先点击载入坐标，此时，刚才发送上来的区域1文件，就被读进系统，并且在其中产生相应个数的白色点坐标。

图3 无人碾压机设置界面

然后设置错距（0～90%），摊铺宽度即碾压宽度的两倍（如果需要碾压5m，就设置成10m），控制位是指的碾压方向（从左往右就是从P1点开始往P4点碾压，然后向右边错距，一直碾压完毕。如果从右往左，则是在从左往右碾压的终点开始碾压至P1点停止）次序设置（若采得点的左侧是悬崖，右边才是碾压区域，那就选择碾压右侧。 切记如果图中P1和P4互换，P2和P3互换了，情况也会不同了）之后设置施总碾压遍数（如果2遍以上的话，振动碾会整个区域压完一遍之后再碾压第二遍，以此类推）、静碾遍数（一般调成0），最后点击执行按钮。

接着点开碾压机控制界面。 依次点击坐标下发和无人驾驶按钮，指示灯便会显示绿色（如果出现特殊情况指示灯始终不亮， 此时重新将车断电再上电发动起来即可），然后点击行走控制，振动碾就正式自动碾压了。

图4 无人碾压机控制界面

车辆进入无人驾驶状态后，观察元素e1的数值，在-3～+3之间属于正常，否则请检查坐标是否正确或者车辆是否在碾压区域附近。

3.3 碾压试验

按照设计要求， 在施工前进行采用无人驾驶振动碾进行土方填筑的碾压试验。

3.3.1 试验目的

填筑施工前，根据所使用土料进行碾压试验，通过试验确定压实机械是否满足施工要求， 确定满足设计指标要求的铺料厚度、碾压遍数。

3.3.2 机械器具

（1）试验机械：装载机1台，推土机1台，光面压路机，XS203S型无人振动碾1台，洒水车1辆。

（2）试验器具：核子密度仪1套，水准仪1套，GPS1套，铁锤2把，环刀12组，50cm钢尺2个。

3.3.3 参数选择及场地布置

（1）参数选择：在土料场采集土料，由试验检测机构做击实试验， 以获得土料的最大干密度和最优含水率，以此为基数控制压实度达到设计标准。

（2）根据施工规范及设计图纸要求，参考类似工程的实践经验并结合工程实际情况进行试验。

（3）场地布置：试验场地选在平整、开阔的地点进行试验。 将试验区分为4个试验区块。 每条碾压带宽度10m， 长度15m，A1条带铺料厚度30cm，A2条带铺料厚度35cm，B1条带铺料厚度40cm，B2条带铺料厚度45cm，试验区外坡坡比为1∶1.5，同一试验条带不同碾压厚度之间过渡区宽度为1m， 并在试验区外边线2m处，布设控制桩作为测量依据。

3.3.4 试验方法和步骤

（1）用推土机将试验场地进行清表，清至原状土面，水准仪控制地基平整度（误差值士2cm），经振动碾碾压其地基面压实度符合要求之后， 试验人员用白灰粉，按照碾压区域布置的结构形状，标划出试验区域灰道线， 并将每个试验区域内的每一个试验区块标划成10m×5m方格， 在方格内标点出检测点，测量人员按标出的检测点， 使用水准仪测量地基面的起始高程。

（2）装载机用退占法在各个区域铺料，推土机平整，试验区外铺料边坡控制在1∶1.5，不同铺料厚度过渡区宽设置为1m， 用水准仪准确控制铺料厚度与平整度。 铺料平整后试验人员用GPS进行边界定位，并撒白灰粉，以地基面灰道线的位置，标划出试验区域灰道线， 将每个试验区域内的每一个试验区块标划成10m×5m方格，在方格内标点出检测点，测量人员按标出的检测点，使用水准仪测量铺料层面高程，以确定其铺料厚度。

（3）铺料完成后，检测含水率，土料含水率高于最优含水率允许误差范围时晾晒土， 含水率低于最优含水率允许误差范围时使用洒水车洒水湿润 （施工土粒含水率允许误差范围士3%）。 振动碾碾压轮迹搭接宽度不小于50cm，碾压速度不大于2km/h，A、B条带采用压路机静压1遍，已平整表面凹凸点，然后采用进退错距碾压法分别按A1，A2，B1，B2区进行振动碾碾压2，3，4遍。

3.3.5 质量检测

（1） 土料铺设完成后，水准测定高程。

（2） 振动碾碾压2遍后（第2遍）做干密度试验。用水准仪测量压实高程， 干密度试验采用核子密度仪取样， 取环刀与核子密度仪检测结果做对比进行误差分析。然后继续碾压，碾压一遍后（第3遍），做干密度试验，用水准仪测量压实高程。 然后继续碾压，碾压一遍后（第4遍），做干密度试验，用水准仪测量压实高程。 做好每次测定原始记录。

3.3.6 试验成果分析

根据碾压后得到的实验数据及时进行整理分析，选择最佳的碾压参数。

3.4 建基面平整压实

第1层土方填筑前，对基面进行清表、整平，并经联合验收合格后方可进行土料摊铺。

3.5 土料铺筑

（1） 严格按照碾压试验确定的碾压参数进行填筑，每层土料铺填宽度超出设计边线1m。

（2）填筑土料中不允许夹带杂草、树木、各类垃圾等有害物质，不得使用不合格土料

（3）作业面分层统一铺土、统一碾压，并配备平土机具参与整平作业，严禁出现界沟；土料的铺料与压实工序连续进行，以防止土料被晒干；对表面已风干的土层，做洒水湿润处理。

3.6 压实

压实前，使用平地机对填筑面进行统一平整，平整完成后使用GPS对碾压边界进行定位，在电脑端输入碾压试验确定的碾压参数。启动振动碾，进行碾压作业。

4 操作注意事项

①进行路径规划，以提高碾压路径的精度；②对碾压行程和有效碾压面积进行监管，不断提高施工效率；③进行碾压试验选择合适的施工参数，通过适宜的参数设定和智能化监控，避免常规施工中漏碾、过碾、超速、遍数不够的现象，确保一次碾压合格率；④通过实现远程的过程监控，有针对性的对存在缺陷的部位加强检测，确保施工质量。

5 结语

本项目通过使用无人驾驶振动碾土方筑堤技术，解决了夜间施工效率慢的问题，大大提高了堤身填筑的工作强度，填筑质量完全满足设计要求。无人振动碾系统稳定，工作强度大，保证了施工强度和施工质量，且经济实用，技术和经济效益比较明显，系统性能优越，有广阔的应用前景。