利用3D数字化设计数据进行公路建设-案例研究-06过程分析
2018-05-10   

【摘要】尽管在南方高速公路项目上收集了竣工数据,并为所有使用AMG的项目创建了丰富的3D数据集,但错过了获取并存储具有可访问位置和组织的这些3D数据集的机会。重新创建这些记录的成本,特别是对于掩埋的特征而言,是令人望而却步的。人们越来越希望机构收集可消耗竣工记录,尤其是3D地下公用设施位置。(33)当检查组能够访问这些工具并熟悉该机构的数据收集标准时,将 . . .

预防质量控制

第一次使用3D数字设计数据的机会是用于施工前的质量控制。这包括在施工前使用3D数据来识别和纠正问题。如果在施工完成三分之一之前发现并纠正问题,那么计划不会受到不利影响。(25)在研究的项目中,原始施工前调查数据与地面条件相匹配的程度被确定为决定3D数据是否可以直接用于施工的主要因素。

所有在施工前收集到原始地面数据的项目都与原始地面数据如何与实际现场条件相匹配存在问题。这些问题对3D设计数据的效用有负面影响。如表21所示,检测和适应问题的及时性影响了项目运营的广泛影响程度。

表21:原始地面调查问题检测时间和影响。
 

 

项目 问题 定时 碰撞
南部高速公路 原始地面数据不足以形成土方支付的基础。 清理和gr After后,在土方开工前。 清理和gr after后,检查员收集了新的原始地面调查。没有延迟。
路线60重建 原始地面数据具有系统性,不一致的问题,导致路缘和排水沟设计不符合现场条件。 在路缘和排水沟安装过程中。 三周停工,一些路边返工。设计修改以适应现场条件。100万美元的更改订单,以涵盖调查,重新设计和修改手段和方法。
I-80Reconstruction 对AMG操作和准确的CTAB数量的控制不够精确,需要将物料运到很远的地方,可能导入或破坏场地。 在CTAB建设之初。 没有停工。配置文件重新设计以平衡CTAB数量。设置新控件的成本。
美国17桥和安全改进 原始地面不足以支持AMG运营。斜坡轮廓与现场条件不匹配。 在施工开始时。 承包商恢复了传统方法。

 

使用的过程
这些项目结合了正式和非正式流程,以检测并解决导致可施工性和数量问题的原始地面数据问题。随着加速建设的意愿不断增强,为了避免延误,对调查数据进行更加健全的施工前质量控制和质量保证检查的正式化非常重要。

正式流程受政策制约
UDOT的规范(第01721部分第1.5节C)包括承包商验证和认证项目控制的正式流程。许多其他州也有类似的控制验证流程。然而,UDOT的施工前质量控制流程尽管在这个特殊项目上进行了严格的测试,但在测试阶段移动激光雷达数据用于施工前试用,并未包含与承包商施工所需的控制位置和精度相同的参数。事实上,本项目使用的正式质量控制清单包括检查合适的控制精度,但不包括位置。因此,大多数控制点都是从道路上看不到的右侧标记,因为它们位于峡谷墙壁的高处。(27)UDOT随后与工业界合作,更新其建筑控制前的施工前检验要求。(17)修订后的标准为居民工程师提供AMG施工控制要求的指导:

“控制应该在高速公路的任何一边交错,以提供良好的身材。通常MCG设定的控制点之间的距离不应超过650英尺,实际距离可能因承包商使用的设备类型而异。仪器设置必须在现有控制的±0.02英尺范围内获得垂直精度。“(17)

施工单位的施工手册在施工过程中作为承包商和工程师的指导,但它们不是合同文件。因此,这些手册中概述的过程虽然已经正式化,但不受政策的约束。很可能这些正式流程是通过以往项目的经验教训和经验以及试点项目开发的流程(如南高速公路项目,该试点项目试行NYSDOT规范的修订版以适应AMG)而得到的。

NYSDOT标准规范的第625部分参考NYSDOT的“土地测量标准和程序手册”,以建立或重建初级和次级控制。VDOT和NYSDOT都允许在施工期间更新原始地面测量数据,明确用于确定准确数量。(28)(15)从第625节开始:

“当现有的数字地形模型设计时的开发和提供用于建设的目的,还可能建设的补充调查期间更新,部门和承包商应利用这些信息为基础,用以制定合同的付款项目的数量。”(15)

第625节要求承包商提供已由注册土地测量师签署并加盖的合同控制计划。合同控制计划是承包商与驻地工程师沟通的手段和方法将包括AMG。(15)

第625-3.01 B节管理承包商和驻地工程师应使用的数据。它要求承包商确保3D数据反映设计意图,检查可施工性问题,书面通知驻地工程师,并且需要驻地工程师批准补救3D数据:

“承包商应首先检查其与所有其他合同信息的一致性,并在任何施工目的使用现场数据之前,检查是否有可察觉的物理冲突或信息不一致。所提供数据的所有例外情况或差异应以书面形式提请工程师注意,地形数据,路线或图形修改应在开始施工作业之前由工程师批准。所有批准的变更应与部门和承包商电子共享,并且双方应在开始工作之前承认接受此类变更。“(15)

马里兰州国家公路管理局制定了一份施工放样检查表,为承包商履行合同责任提供指导,例如设置和标记桩号以确定道路通行权和地役权线路,或提供和参考对准点的控制点和等级。(29)如表22所示,许多这些过程和指导方针可以用于实时验证方法。

表22:针对实时验证修改的传统流程示例。(29)
 

 

传统指导 实时验证过程
在施工前,承包商应该检查项目长度的中心线或基线放样,并检查控制点是否没有丢失。 将控制点和中心线或基线对齐加载到数据收集器上。走中心线,用GNSS流动站检查每个控制点。
50英尺的平均坡度桩距应该足够了,但在崎岖的地形中可能需要更近的间隔。 将代表构造限制的线串加载到数据收集器上,并逐步限制,以验证扰动限制的任何标志位置是否正确。
可以在清理和碾压操作之前设置坡度桩,并且可以用作指导限制这项工作。 干扰标志的限制可以在清理和磨碎操作之前设置,并且可以用作指导这项工作的限制。
承包商应在粗糙分级基本完成后在中心线,路面边缘或道路肩部设置坡度桩。这个步骤使检查员和承包商能够在分级或封盖操作开始之前检查分级。 可以在明显更高的间隔(通常为10倍的间隔)上设置赌注,或者当检查员具有代表中心线,路面边缘或装载在数据收集器上的肩部的3D线串时,可以设置赌注。线串可垂直偏移以反映低于最终等级的高程。
检查员应在安装前检查桩子的位置,对齐,长度和坡度,以确保排水条件与设计相符。 将表示涵洞流线的线串加载到数据收集器上。检查员可以在管道沿线的任何位置检查施工过程中的涵洞位置,路线,长度和坡度。

 

项目组开发的非正式流程
对于南方高速公路项目,没有实时验证或测量工作流程的正式流程。办公室工程师负责管理3D数据和检查员进行的测量质量。作为检查员培训过程的一部分,并建立对新工具的信任,办公室工程师制定了图81所示的工作流程。该工作流程的副产品不仅是一个视察团队接受过使用新调查设备的培训,还有信心工具和新的原始地面,办公室工程师和承包商都认为这是土方测量的准确比较表面。
 

该图显示了一个流程图,描述了由办公室工程师开发的用于培训和建立检查员对使用3D数据的信心的工作流程。 在将原始地面数据加载到数据采集器之前??,检查员接收到3D数据,检查并修复了3D数据,接收了调查设备并接受了如何使用该设备的培训。 一旦他们加载了原始的地面数据,他们就可以在数据采集器上使用该数据实践实时验证方法。 如果存在问题,他们可以练习地形测量方法来收集新的原始地面数据,然后重复实施实时验证方法的步骤,重复此循环步骤直到最终地面可以接受。
图81:流程图。督察培训,导致准确的原始基础。

原始调查可能符合预先设计的规范,但未必足以满足三维建设的要求。过去,建筑测量师事先解决了设计与原始地面相关的任何问题,并通过变更单管理数量差异。这种方法的错误在60号公路重建项目中得到证明,在路基施工进行之前,没有发现与现有道路相连的路缘问题。采用AMG结构时,布局实时发生,因为机器不需要物理标记,也不需要适当配备检查员。虽然这创造了一个机会,可以提前探索任何潜在的问题和数量问题,但它也有义务验证原始的地面数据。

正如以上示例规范所反映的那样,承包商通常有责任对设计人员提供的3D数据实施任何所需的补救措施,而且驻地工程师负责接受用于施工的3D数据检查活动,包括检查容差和测量工资数量。各机构需要确保驻地工程师有足够的专业知识来操作3D数据。检查组或可随时访问的区域或总部工作人员都可以提供这种支持。

在承包商建立对提供给他们的施工前调查和设计数据的信心之前,他们需要在投标时预算用于补救3D数据的不确定工作量。在清理和gr after后更新原始地面数据的设施,以及使用地对地土方计算可减少土石方量不准确的风险,至少在现场有能力借用或破坏的地方。

在重建和修复项目中,土方工程费用不那么重要,但正如I-80重建项目所示,可能会影响更昂贵的铺路材料的数量,例如CTAB施工的沥青碾磨。由于这些铺路材料价格较高,因此可以通过更严格的原始地面测量公差来控制数量。承包商获得更准确的原始地面数据并使用3D数据来控制CTAB数量,如图82所示。
 

该图保存了一个流程图,详细说明了如何通过配置文件改进来实现I-80重建的CTAB质量平衡。 当CTAB施工意外地牵涉到沥青碾磨时,承包商获得了更准确的原始地面数据。 3D模型用新的原始地面更新以检查物料平衡。 在驻地工程师的监督下继续完善轮廓,直到实现本地化材料平衡以防止拖运材料。
图82:流程图。配置文件改进以实现CTAB质量平衡。

I-35无粘结混凝土覆盖项目是使用3D数据影响施工前质量控制的另一个例子。在这种情况下,3D数据用于优化可能受影响的体积数量和几何校正。该项目是一个承包商的试点,他得到了很多供应商的支持。Carlson Civil软件为此项目专门创建了一个覆盖道路优化的新模块。

该工具使团队能够沿剖面和横截面进行优化。作为在几英寸的沥青已经被磨掉之后在旧的,原始的混凝土路面上建造的覆盖物项目,覆盖物的基础在现代州际标准方面几何缺陷。合同规定了允许的混凝土超限的限制,这限制了通过增加重叠深度来实现几何改进的可能性。

承包商找到了实现更多几何改进的机会,同时通过首先将现场混凝土铣削到剖面以纠正一些更严重的缺陷和不规则性,从而控制混凝土产量。MoDOT和承包商共同确定了铣削深度的参数,以及最终的斜坡和剖面几何图形。

鉴于数据收集和建模是在施工进行之后发生的,因此开发,审查和同意3D数据的时间窗口非常有限。承包商输出PDF格式的计划和概况以及两种替代方案的数量估计。承包商与MoDOT设计者一起在纸面上审查了这些计划,他们发现PDF计划表是一种更易于使用的格式。图83显示了收集原始地面数据和准备铣削和覆盖图的过程。
 

该图包括描述具体叠加层的数据收集和数据准备的流程图。 在实施交通管制和关闭后,承包商将沥青碾磨并设置主要和次要控制。 然后他们可以收集原始地面数据。 从这里他们可以同时创建一个优化的轮廓和横向修正,以及一个包含3D轮廓铣削的替代方案。 他们分别编制了提案的工作图纸和估算。 最后,他们在决定是采用覆盖方法还是铣削方法之前,向MoDOT提供了这些替代方案。
图83:流程图。用于几何优化的数据收集和建模。

投标项目中的风险分配 - 按体积支付承包商提供的混凝土面积,但是按地区划分,意味着MoDOT和承包商都被激励来在实际限制内优化几何图形。因此,MoDOT同意支付现有混凝土的3D轮廓铣削费用,因为通过改进基础上的几何图形可以实现出色的结果。关键的成功因素是居民工程师和承包商都有能力使用3D数据预测施工结果的信心。

另一个关键的成功因素是可以准备3D数据的速度。由于州际公路是在头对头的交通状态下运行,并且完全关闭了本赛季正在建设中的车道,所以提前完成了激励措施。在开始施工之前,混凝土顶部的原始地面测量不能开始:在测量工作开始之前,工厂必须移除所有的沥青。然而,在完全封闭的良好控制条件下,测量员能够快速工作,以高精度收集数据。这个准确的原始地面使团队有信心预测施工结果,包括混凝土产量和几何改进。

该方法节省了MoDOT $ 600,000的材料成本,并且承包商在开始叠加之前对混凝土上的3D轮廓铣削进行了补偿。此外,允许承包商收集地图并创建覆盖层文件意味着承包商负责日程安排,并且MoDOT不能成为与绘图或设计数据相关的任何延迟的来源。

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