3d системы в дорожном строительстве
О системах 3D-нивелирования, спутниковой навигации, компактности и миллиметровой точности
Статья из журнала "Дороги" №35, май 2014 о системах 3D-нивелирования, спутниковой навигации, компактности и миллиметровой точности.
Т.А. Гайнутдинов, заместитель начальника производственно-технического отдела ОАО «Каздорстрой»
В.В. Ланг, начальник маркшейдерской службы ФОАО «ХМДС» СУ-905
К.С. Сафронов, старший инженер-геодезист СУ- 872 ОАО «Донаэродорстрой»
А.А. Филин, начальник участка ООО НППФ «Краснодаравтодорсервис»
М.А. Чиликин, начальник службы инженерного сопровождения производства ЗАО «ВАД»
- Каким опытом использования систем 3D нивелирования располагает ваша компания? Расскажите, основываясь на реальных примерах, как эти технологии повлияли на ход выполнения работ? Каких показателей по снижению стоимости работ и сокращению сроков их выполнения удалось достичь?
М.А. Чиликин:
- ЗАО «ВАД» использует 3D системы нивелирования с 2010 г. Применение этих технологий позволило существенно повысить качество, увеличить темпы строительства, сократить объем геодезических работ, достичь солидной экономии материалов, значительно уменьшить влияние человеческого фактора и, как следствие, снизить стоимость. Сдача в срок одного из участков Приозерского шоссе и подъезда к аэропорту Пулково была бы затруднительной без применения на данных объектах техники, оснащенной 3D и 2D системами.
К.С. Сафронов:
- Наша фирма с марта 2013 г. сотрудничает с компанией Leica Geosystems. Первое оборудование к нам поступило в период реконструкции автодороги М-4 «Дон» км 877 – км 907 (п.Тарасовский Ростовской обл.). После установки Leica PowerGrade 3D на бульдозер и автогрейдер появилась возможность доведения до проектных отметок земляного полотна и щебеночного основания в ночное время суток, что существенно увеличило производительность работ. Сроки ввода в эксплуатацию объекта были предельно сжатыми.
Т.А. Гайнутдинов:
- ОАО «Каздорстрой», начиная с 2011 г., ведет работы по строительству, реконструкции и ремонту автомобильных дорог с применением систем автоматического нивелирования. Первый опыт использования систем 3D слежения за рабочим органом механизма был связан с установкой на автогрейдер HBM системы 3D нивелирования на базе роботизированного тахеометра Leica. Данная производственная единица была использована при выполнении работ по устройству подстилающих слоев и слоев оснований дорожных одежд при строительстве автомобильной дороги «Сорочьи Горы – Шали» км 24 – км 40 в Республике Татарстан. Это позволило существенно снизить время производства геодезических работ по разбивке отдельных конструктивных слоев, а также исключить из технологического процесса такой вид работ, как окончательная планировка поверхности, поскольку рабочий орган автогрейдера изначально настроен на проектную отметку верха отсыпаемого слоя.
В 2013 г. был приобретен аналогичный комплект для дорожной фрезы Wirtgen W 210. Электронный вид проекта с данными по толщине фрезерования покрытия на любом участке автомобильной дороги позволяет минимизировать геодезические разбивочные работы и в кратчайшие сроки фрезеровать покрытие.
В.В. Ланг:
- Использованием систем 3D нивелирования наша компания занимается с 2009 г. (впервые – на строительстве автомобильного обхода Ельца). Данная технология позволяет ускорить процесс планировки поверхностей, а также увеличить точность высотных отметок до -1/+2 см и уклонов (чем меньше фракция материала, тем выше точность). Исключаются бугры и провалы между высотниками (как это было раньше), исключаются также и сами высотники. Из разбивочных работ требуется только установка границ работ (слоев).
Но все это достигается только при наличии цифрового проекта, и привязанных к нему надежно установленных пунктов ГРО (геодезическая разбивочная основа – репера), каждый из которых имеет свои координаты и высоту.
Показатели по снижению стоимости работ и сокращению сроков будут заметны только при выполнении значительных объемов работ. В нашем случае – это исключение ошибок при производстве работ (отсутствие переделок), меньшее количество проходов при планировке, упрощение разбивочных работ и их высокая скорость, а также точность (теперь можно уделить больше времени контролю над процессом).
- Как вы оцениваете эффективность 3D систем в дорожном строительстве, какие перспективы их применения в России вы видите? Какие рекомендации вы бы дали фирмам, которые планируют оснащать данными системами свою технику?
К.С. Сафронов:
- Компании, которые инвестируют средства в системы 3D нивелирования, добиваются двукратного увеличения эффективности строительных работ, в связи с тем, что техника, оснащенная таким оборудованием, работает круглосуточно и при любой погоде. Также улучшается качество производства работ, соответствие техническим нормативам отметок и уклонов в поперечном и продольном направлениях.
М.А. Чиликин:
- Эффективность таких систем очень высока и только набирает обороты в условиях российского рынка.
Перспективы – такие же, как и во всем в мире, высокие требования к качеству работ и темпы их производства не оставят выбора. Будущее – за 3D технологиями. Приобретение системы не решает всех проблем, связанных с производством. Необходим комплексный подход к реализации всех стадий проекта, начиная от геодезических изысканий, проектирования и создания цифровой модели, необходимой для работы 3D системы. На мой взгляд, только комплексный подход позволяет полноценно применять данные системы.
Рекомендация одна – не бояться этого делать.
Т.А. Гайнутдинов:
- Работу 3D систем очень сложно переоценить, поскольку их правильное использование ведет не только к ускорению темпов производства, но и к повышению качества работ. Высокоточная и чувствительная гидравлика с высокой степенью точности воспроизводит на местности проектные решения. В качестве рекомендации хотелось бы отметить, что переход на современные методы производства всех видов работ является неотъемлемой частью роста организации, повышения ее репутации, при явной выгоде для самого предприятия.
В.В. Ланг:
- Эффективность бесспорна, российские перспективы исключительно оптимистичны. Рекомендации таковы: мнение специалистов однозначно склоняется в пользу GPS(ГНСС) 3D нивелирования, основным плюсом которого является способность покрывать большую территорию строительных работ (что особенно важно для линейных объектов). GPS база также способна контролировать от одной до нескольких машин и механизмов. Опять же не обойтись без 3D проекта и ГРО.
А.А. Филин:
- С каждым годом требования заказчика к строительным организациям возрастают. Без использования систем 3D нивелирования качественно уложить покрытие становится все сложнее. Это вынуждает подрядчиков покупать и использовать системы 3D нивелирования.
- Какую технику вы оборудовали 3D системами? Имеется ли опыт установки систем нивелирования на экскаваторы, выполняющие работ по планировке откосов, развязок и выемке грунта?
М.А. Чиликин:
- На сегодняшний день 3D системами оборудовано четыре бульдозера, один экскаватор и два автогрейдера. 2D системами – несколько экскаваторов и автогрейдеров. Да, мы активно используем экскаваторы, оборудованные 2D и 3D системами машиноконтроля, для устройства и планировки откосов и устройства выемок.
Применение такой техники позволило существенно снизить трудозатраты и сроки производства данных видов работ, а также повысить точность и качество их выполнения.
А.А. Филин:
- В нашей организации имеется 4 единицы дорожно-строительной техники, оборудованной 3D системой: автогрейдер, асфальтоукладчик, фреза и бульдозер.
Т.А. Гайнутдинов:
- На данный момент подобного опыта наша компания не имеет, но в текущем строительном сезоне в планы руководства входит оснащение, как минимум, одного экскаватора системой автоматического слежения за рабочим органом.
К.С. Сафронов:
- В 2013 г. 3D системами мы оборудовали следующие механизмы: автогрейдер, бульдозер и экскаватор, а в 2014 г. поставили на асфальтоукладчик систему с роботизированными тахеометрами.
В.В. Ланг:
- Автогрейдер VOLVO с роботизированным тахеометром Trimble используется для конечной планировки земляного полотна, а также устройства оснований из щебня.
Бульдозер и экскаватор KOMATSU, оснащенные системой GPS(ГНСС) Topcon, занимаются отсыпкой земляного полотна (первый), формированием и планировкой откосной части земляного полотна и кюветов (второй), хорошо зарекомендовав себя на высоких насыпях.
- В настоящее время целый ряд производителей геодезического оборудования (Leica, Topcon, Trimble и др.) предлагает дорожно-строительным компаниям системы 3D нивелирования. Каким оборудованием вы пользуетесь, на чем основан ваш выбор?
А.А. Филин:
- В 2008 г. наша компания первой в России испытала систему 3D нивелирования фирмы Leica. Участок для проведения работ был выбран, как нам казалось, не самый удачный: горная извилистая местность протяженностью 6 км. Но даже в таких сложных условиях демонстрация оборудования прошла успешно. С тех пор мы и используем продукцию компании Leica.
М.А. Чиликин:
- Topcon, Trimble и Leica, на мой взгляд, являются лидерами 3D технологий, мы применяем продукты всех этих компаний, обладающие равнозначно высоким качеством и надежностью. У каждого производителя есть свои плюсы и минусы. Это, наверное, то же самое, что сравнивать BMW и Mercedes.
Почему выбираем разных производителей? Наверное, потому что не хотим зацикливаться на чем-то одном. Лучше иметь возможность рационально использовать их наиболее сильные стороны на различных объектах. Здоровая конкуренция еще никогда не была во вред.
В.В. Ланг:
- Наш выбор (продукция компаний Trimble и Topcon) обусловлен информацией, полученной от производителей, сравнением параметров и ценовой политики, а также опытом организаций, уже использующих данные технологии.
Т.А. Гайнутдинов:
- В свое время при изучении предложений различных производителей наш выбор сразу по нескольким причинам пал на 3D систему автоматического нивелирования на базе роботизированного тахеометра Leica. Во-первых, эта фирма является крупнейшим мировым производителем геодезического оборудования. Во-вторых, специфика условий производства работ вынудила отказаться от системы на базе GPS приемника в пользу роботизированного тахеометра. И, наконец, в-третьих, это возможность одновременного слежения за рабочим органом сразу нескольких различных механизмов при помощи всего одного прибора.
- Как известно, вопрос подготовки кадров в нашей стране стоит наиболее остро. Какие требования сегодня предъявляются к машинистам, обслуживающим дорожную технику, оснащенную системами 3D нивелирования. Насколько подготовлены в этом вопросе выпускники профильных учебных заведений? Включает ли программа подготовки рабочих кадров знакомство с принципами работы с системой 3D нивелирования, участвуют ли производители этого оборудования в учебном процессе?
М.А. Чиликин:
- Вопрос подготовки кадров никогда не вызывал у нас сложностей. Подготовкой исходных файлов для систем занимаются сотрудники службы инженерного сопровождения производства. Все это не является для нашей компании проблемой - каждый новый проект проходит у нас детальную проработку.
На сегодняшний день данная технология в полной мере не отображается в программах профильных учебных заведений. Но выход есть – примерно за год вчерашний выпускник становится у нас высококвалифицированным специалистом.
С машинистами ситуация обстоит немного иначе. Необходимо заинтересовать специалистов «старой закалки» очевидными для них плюсами – упрощением работы в темное время суток, уменьшением времени на устройство конструктивного слоя либо откоса, отсутствием необходимости вглядываться в отметки и работать с открытой дверью.
Каждый год в нашей компании проводится плановое обучение ИТР, несколько раз в год – машинистов, в том числе и за границей. Мы постоянно стараемся участвовать в семинарах, презентациях и выставках, организуемых производителями систем в России и за рубежом.
А.А. Филин:
- В индустриальном комплексе России строительная отрасль занимает одно из ведущих мест. Наметившийся дефицит кадров вызван, с одной стороны, недостатком подготовленных специалистов общестроительных профессий, а, с другой, тем, что далеко не все выпускники вузов идут работать по специальности. Главным недостатком в сфере подготовки кадров как в системе высшего, так и профессионально-технического образования, является отсутствие у выпускников практических навыков работы. О принципах работы систем 3D нивелирования они узнают только непосредственно на рабочих местах.
Поставщики и производители организуют учебный процесс на строительных участках, в ходе него разбираются конкретные примеры из практики, тем самым достигается наибольший эффект от обучения. Самое главное – все это происходит без отрыва от производства.
В.В. Ланг:
- К машинистам предъявляются самые высокие требования, их обучение происходит в основном по ходу работ. Кто больше всего подходит для этого? Люди, интересующиеся чем-то новым, обладающие достаточным опытом эксплуатации различной техники.
Выпускники профильных учебных заведений имеют общее (иногда очень общее) представление о системах 3D нивелирования. Производители этого оборудования активно участвуют в учебном процессе, помогают в решении возникающих в процессе эксплуатации вопросов.
К.С. Сафронов:
- К сожалению, образование в нашей стране хромает. Выпускники учебных заведений, как правило, приходят на работу, имея поверхностные знания о системах 3D управления строительной техникой. Но, благодаря сотрудникам фирм-производителей, проводится обучение специалистов (инженеров-геодезистов, мастеров СМР, операторов). Главное – не бояться внедрения чего-то нового.
Т.А. Гайнутдинов:
- Несомненно, уровень подготовки выпускников учебных заведений далек от реалий производственных процессов. Но теоретическая база, закладываемая в период учебы, позволяет довольно быстро адаптировать молодых специалистов к конкретным условиям строительства. Своевременное повышение квалификации абсолютно всех работников ОАО «Каздорстрой» является гарантом безболезненного перехода на более современные способы выполнения работ.
Говоря о готовности компаний-производителей к обучению сотрудников, можно отметить, что на сегодняшний день их абсолютное большинство предлагает не только бесплатное начальное обучение при установке оборудования, но и техническое сопровождение его правильной эксплуатации. Специалисты готовы ответить на любой вопрос, возникающий непосредственно в процессе производства работ.
- Назовите преимущества или недостатки 3D систем (если возможно, сравнивая оборудование разных марок). Какие пожелания вы бы адресовали производителям?
К.С. Сафронов:
- Основные преимущества 3D систем управления строительной техники:
- быстрое и точное выполнение строительных работ;
- простота в установке оборудования;
- снижение влияния человеческого фактора;
- минимальный объем геодезических разбивочных работ;
- точное отслеживание положения рабочих органов дорожно-строительной техники;
- снижение трудоемкости процесса производства работ (особенно при устройстве асфальтобетонных оснований и покрытий);
- повышение конкурентоспособности внедривших эти системы организаций в борьбе за самые выгодные контракты.
М.А. Чиликин:
- К главным недостаткам следует отнести нестабильную работу GSM связи на территории России (что, впрочем, не является недоработкой производителей). А на самом деле, хотелось бы иметь полную совместимость 3D систем и программного обеспечения разных производителей. Пожелание всем компаниям – необходима функция удержания уклона и возможность работы на бульдозерах с поворотным отвалом.
А в остальном – нужно ждать нового витка в развитии GNSS технологий, а именно, повышения до миллиметровой точности по высоте.
А.А. Филин:
- Не могу провести сравнительный анализ систем 3D нивелирования Leica с оборудованием других производителей, т.к. пользуюсь оборудованием только вышеназванной компании.
Что же касается фирмы Leica, то она дорожит своей репутацией, ценит своих потребителей. Все сбои и ошибки при работе с системой 3D нивелирования фиксируются и в кратчайшие сроки устраняются.
Т.А. Гайнутдинов:
- На мой взгляд, основным недостатком систем 3D нивелирования является невозможность быстрого редактирования машинистом (или производителем работ) проектной поверхности непосредственно в своем механизме. Такая необходимость часто возникает, когда проектные данные оказываются ошибочными или не совпадают с фактическими.
В.В. Ланг:
- О преимуществах уже было сказано выше.
Из минусов: слабая надежность кабельных соединений, которые, подвергаясь динамическим нагрузкам в ходе работ, теряют контакт.
Из пожеланий: необходимо обязательное ТО (техническое обслуживание), которое включало проверку (поверку) системы, устранение неполадок, замену неработающих узлов и агрегатов (хотя бы раз в год), что исключало бы поломки в активный строительный сезон.
Производители! Двигайтесь в том же направлении, делайте систему более надежной, компактной, снижайте ее вес и стоимость!
3D система нивелирования и как лучше ее использовать в применении к бульдозерам.
Не так давно, помимо кинотеатров и обоев, новоявленная аббревиатура «3D» угнездилась и среди строительной техники в дорожно-строительных организациях, компаниях занимающихся разного рода земляными работами и многих других фирмах использующих различную технику в своей работе. С чем связано такое активное внедрение? Какие машины лучше оснащать 3D оборудованием и что получит руководитель – инноватор от использования систем 3D? На эти ответы мы постараемся ответить в серии наших статей посвященных системам нивелирования на примере оборудования известной компании TOPCON. В первую очередь хочется дать более или менее точное определение тому, о чем мы будем говорить.
Система нивелирования это система контроля положения рабочего оборудования машины по высоте и уклону. 3D – это значит, что рабочий орган позиционируется в трехмерных координатах, соответственно зная плоские координаты и отметку на кромке рабочего органа можно судить о правильности формирования поверхности машиной и в целом выполнения работы.
Иногда еще поставщики подобного оборудования упоминают слово «автоматический», это говорит о том, что система нивелирования, имея информацию о текущем положении рабочего органа, может автоматически компенсировать разницу в отметках между текущим положением рабочего органа и предусмотренным проектом. Как правило, практически все системы нивелирования поставляются с такой возможностью, так как отказываться от этого удобного инструмента определенно не целесообразно.
Уже из определения, которое мы представили, можно понять, что использование систем нивелирования 3D удобно: для оперативного контроля выполнения работы, для облегчения выполнения работ машинистами, для формирования поверхности с необходимой точностью. Вроде не так много преимуществ, на первый взгляд, для активного распространения и применения систем среди строительных организаций, так почему же такая популярность?
Ответ лежит на поверхности полученной после выполнения работы машиной и это не только ровность, а и точность, скорость выполненной работы за счет отсутствия промежуточного контроля и отсутствие необходимости постоянных разбивок со стороны геодезистов. Практика показывает, что при использовании системы нивелирования 3D, производительность земляных работ возрастает от 2 до 3 раз!
Соответственно снижаются эксплуатационные расходы, снижается расход материала из-за минимизации потерь и переработок, минимизируются возникновения переделок. И это не весь перечень достоинств. Применяя системы нивелирования 3D, любой руководитель выводит свою компанию на новый уровень производства работ. Не смотря на то, что основной машиной при земляных работах является грейдер, начинать внедрение систем 3D лучше всего с бульдозера и вот почему. Предваряя автогрейдер, бульдозер выполняет огромное количество земляных работ связанных с перемещением грунта, послойным формированием насыпи или выемки. И соответственно работает достаточно много времени.
Установив систему 3D, например компании TOPCON, на бульдозер, машинист будет достигать лучшей точности промежуточных слоев насыпи, тем самым снижая объем работы для грейдера при подрезании поверхности после такого же промежуточного уплотнения. Да и насыпь или выемка будут формироваться в два раза быстрее, чем без системы 3D. В итоге на старте этапа окончательного выравнивания поверхность имеет уже приличную ровность, тем самым, снижая нагрузку на автогрейдер. Не забывайте так же, что при послойном формировании насыпи, например под дорогу, материал для каждого нового слоя стоит дороже и дороже, и чем луче предыдущая поверхность, тем меньше материала тратится на каждый новый слой при соблюдении допуска на саму собственно толщину слоя.
И так, мы подошли к вопросу о том, какие системы 3D предлагаются на бульдозеры, чем они отличаются и что рекомендуется использовать для разных работ и машин. Наверное, самой простой и доступной системой можно считать одномачтовую спутниковую систему TOPCON 3D ГНСС (рис.1).
Как и все системы спутниковой формации, она работает по методу RTK позиционирования, то есть координаты определяются в реальном времени несколько раз в секунду благодаря постоянному приему корректирующих поправок от спутниковой базовой станции. На отвале машины располагается мачта с антенной определяющей трехмерные координаты рабочего органа. Соответственно имея отметку отвала, системе остается определить его рабочий поперечный уклон, за что успешно отвечает датчик поперечного уклона, определяющий наклон с той же частотой, что и спутниковый приемник координаты. И так, рабочий орган сориентирован и может быть приведен автоматикой в необходимое положение. Из плюсов системы можно отметить, что она является самой бюджетной спутниковой системой среди всего спектра конфигураций.
От одной базовой станции может работать не ограниченное количество машина любое время суток и при любых погодных условиях. В отличие от первой конфигурации система TOPCON Dual ГНСС вместо датчика поперечного уклона использует вторую антенну на краю отвала (рис.2). А это значит, что на борту машины находится дополнительный спутниковый приемник, отвечающий за определение координат, используемых для определения уклона отвала. Из преимуществ системы Dual ГНСС можно отметить получение системой постоянной ориентации машины, учет скольжения и движения лагом на крутых склонах и возможность учета поворота отвала при наличии на машине такой функции. Система несколько лучше держит хорошую поперечную точность при прохождении виражей. Недостатком конфигурации является только относительно высокая цена, связанная с наличием на машине второго спутникового ГНСС приемника. Система рекомендуется к использованию на средних бульдозерах имеющих поворотный отвал или на других машинах, на объектах с большим перепадом высот, где возможно скольжение.
Альтернативным вариантом системы TOPCON 3D Dual ГНСС является система TOPCON 3D Twin ГНСС. Так же как и предыдущий вариант Twin система имеет второй бортовой спутниковый приемник (для ясности конфигурации уточним, что оба приемника в обеих системах находятся в одном корпусе контроллера MC-R3). Разница лишь в том, что обе антенны в конфигурации Twin находятся на одной мачте посередине отвала (рис.3), а на отвале дополнительно присутствует датчик поперечного уклона. По сути весь функционал системы и рекомендации к применению можно продублировать из предыдущего абзаца, за разницей того что система Twin выглядит несколько аккуратнее из-за отсутствия второй мачты.
Наиболее распространенной сегодня системой нивелирования для бульдозеров является система TOPCON 3D-MC²(рис.4). По конфигурации данная система очень похожа на одномачтовую систему 3D ГНСС, однако имеет одно невидимое глазом, но существенное отличие. Вместо стандартного датчика уклона на отвале устанавливается инерциальный сенсор МС². Такой же компактный как датчик уклона, МС² сенсор позволяет измерять не только поперечный уклон, а так же фиксировать движения отвала в шести направлениях: вперед-назад, вверх-вниз, вправо-влево. Вместе с горизонтальными смещениями, сенсор определяет наклоны корпуса по трем осям, что позволяет получить намного больше дополнительной информации о поведении отвала. Ну и на конец, частота получаемых данных на много превышает частоту показаний стандартного датчика уклона.
Комплексная обработка системой всех этих измерений в сочетании со спутниковыми данными дает прогноз о положении отвала в следующий момент времени за счет чего достигается отличная ровность и возможность работы машины на скоростях в два раза больших, чем с обычной системой.
Отсюда и «квадрат» в названии. Мы рекомендуем использовать систему TOPCON 3D-MC² на легких и средних бульдозерах со всеми типами отвалов и на объектах любой сложности, так как данная система, так же как и двухмачтовая берет в расчет скольжение и движение трактора лагом. Система получает ориентацию практически сразу после начала движения. Сегодня, система 3D-MC², несмотря на приличную стоимость, является бестселлером среди систем нивелирования 3D в России.
Последнее о чем хотелось бы вам рассказать, это система TOPCON 3D LPS для бульдозеров. Это единственная система из представленных сегодня конфигураций не относящаяся к спутниковым решениям. Позиционирование отвала происходит с помощью роботизированного электронного тахеометра постоянно следящего за призмой, находящейся на единственной мачте. Для учета поперечного положения отвала используется все тот же стандартный датчик уклона. Из положительных сторон невысокая стоимость и высокая точность, хотя на бульдозере выводить миллиметры никто никогда не будет, конечно. А вот факт, что данная система полезна там, где нет видимости неба и спутников или нет возможности вовсе использовать спутниковые методы может сослужить хорошую службу. Из минусов использования есть необходимость прямой видимости от тахеометра до призмы, ограничение дальности работы, и не возможность учета непрямолинейных движений машины и поворотного отвала. Ставить систему стоит только тогда, когда нет возможности или средств купить спутниковую, но помните, что с каждой новой системой вам понадобится новый роботизированный тахеометр. Размер машины не принципиален.
В дополнение ко всем описаниям хотелось бы добавить, что любая из конфигураций систем TOPCON позволяет работать с лазерными приемниками на мачтах, и собственно функционировать в 2D режиме относительно лазерного построителя плоскости. Такая гибкость обеспечивается управляющим операторским программным обеспечением 3DМС, которое понимает и легко начинает использовать даже самый консервативный машинист.
На этом, наверное, можно закончить наш обзор по системам TOPCON для бульдозеров и пожелать всем выбрать правильную конфигурацию системы нивелирования для своих задач, а мы в следующем выпуске, постараемся приподнять для вас занавес над системами 3D для автогрейдеров.
ЦИФРОВОЕ ДОРОЖНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО
Цифровые технологии заняли достойное место в повседневной жизни обычного человека, наполнив ее дополнительным разнообразием. Смартфоны, ноутбуки, смарт-телевизоры и умные дома стали неотъемлемой частью нашего быта, и мы давно не удивляемся всем этим вещам, часто используя их практически по инерции. Однако есть различные сферы деятельности человека, где цифровые технологии еще не набрали полную силу, – например, строительство.
По данным аналитической компании McKinsey, на мировом рынке сложилась следующая ситуация: всего лишь 6% из опрошенных строительных компаний полностью переместили рабочие процессы в цифровое пространство. Однако 93% опрошенных компаний так или иначе уже используют цифровые технологии в различных сферах своего бизнеса, а 100% считают, что работа в цифровом пространстве имеет огромный потенциал для конкурентоспособного развития. Почему люди чувствуют возможности, видят потенциал? Ответ достаточно прост. Кто же из управленцев откажется иметь все данные о проекте у себя в кармане, следить с дивана за развитием процесса строительства и видеть, как те или иные рабочие решения влияют на изменение стоимости проекта и его рентабельность?
Да, это не сказки, а реальность, пришедшая вместе с BIM (Building Information Modelling – Строительная Информационная Модель). И если еще вчера BIM немногим отличались от GIS и решения позволяли произвести 3D-моделирование строительного объекта с присвоением различной семантической информации, то сегодня можно смело говорить о появлении новых – 5D – BIM- моделей, учитывающих временную и финансовую составляющие реализации проекта.
По данным другого аналитического агентства – McGraw Hill Construction – за последующие несколько лет информативность BIM-моделей возрастет на 50%! А это значит, что инвестиции в мобильные решения, программные продукты и единое цифровое пространство будут только расти. Вывод: строительной отрасли никуда не деться, альтернативы переходу в цифровое пространство просто нет. Но чтобы в это пространство попасть, нужно отворить двери, для которых существует четыре основных ключа, открывающих рост потенциала «цифры» в строительной отрасли.
Первый ключ – это Цифровые данные. Современные приборы и инструменты сбора данных имеют абсолютную цифровую основу. С каждым годом происходит постоянное развитие различных технологий и аппаратных комплексов, например таких как наземные роботизированные тахеометры, беспилотные летательные аппараты, дроны, различные сканирующие системы, и, конечно же, спутниковое оборудование. Разнообразие современных инструментов очень велико, и это видно на примере линейки продуктов одного из лидеров производства позиционирующего оборудования и измерительных инструментов. Залог успеха – в цифровых инструментальных технологиях, это создание продуктов от А до Я. Компания Topcon называет эту идеологию «оптомехатроникой» продуктов, что значит слияние технологий оптики, механики и электроники в одном продукте и средствами единого производителя (рис. 1).
Второй ключ – это Автоматические системы управления строительной техникой, такие как Topcon 3DМС (рис. 2). Эти решения отвечают за автоматизацию выноса проекта в натуру непосредственно строительной техникой и осуществление работ в полном соответствии с проектом, исключая человеческий фактор на 90%!
Другими словами, 3D-системы нивелирования объединяют в себе не только этап разбивки, но и сводят к минимуму процесс промежуточного контроля и сопровождения строительства, тем самым увеличивая производительность работ до двух-трех раз! И такие решения даже в нашей стране можно встретить практически на каждом участке дорожного строительства. Уже настало время, когда без 3D-системы многим подрядчикам просто не доверяют основной подряд, а субподрядчики, не имея 3D-системы нивелирования, просто физически не могут поддержать необходимый темп строительства, не говоря уже о соответствии проекту и качестве выполнения работ. И, конечно же, ответственные производители 3D-систем стараются предложить рынку максимально удобный и передовой продукт. Так, на рынке уже второй год активно распространяются безмачтовые инерциальные 3D-системы нивелирования 3DMC-MAX, позволяющие машинам работать не только на повышенных скоростях, но и получать точное положение рабочего органа, учитывая при этом поворот, наклон и плановое положение.
Третьим ключом является Единая цифровая среда, которая позволяет объединять полевые цифровые технологии с офисными программными продуктами и обмениваться цифровыми данными абсолютно в различных направлениях, будь то передача между полевыми единицами, офисными единицами, или объединять поле с офисом. Ярким примером такой среды являются решения Topcon 3D Enterprise. Это облачное решение рассчитано не только на обмен данных внутри группы продуктов Topcon, но и позволяет оперировать общими данными с программными продуктами Autodesk и Bentley Systems. И эти возможности наводят мост взаимодействия проектных подразделений с полевыми бригадами.
Основываясь на общей цифровой среде, мы можем видеть уверенное слияние решений в части взаимодействия ранее не совместимых технологий. Такое слияние – это огромный потенциал перевода работы в полностью цифровую среду. Еще недавно офисные программные продукты и измерительное оборудование шли по параллельным дорожкам. Но сегодня их пути не просто пересекаются – они сливаются в единую многополосную магистраль общих цифровых данных, с взаимозаменяемыми форматами. Слияние технологий – это основной, четвертый, ключ к дверям в цифровое дорожное строительство!
Но все это было бы только словами, если бы не было решения или технологии, объединяющей ключи в одну связку. Примером такого решения может служить новая технология Topcon SmoothRide, рассчитанная, в первую очередь, на использование с целью восстановления дорожного покрытия. Это решение основано на взаимодействии всех этапов и не подразумевает исключения того или иного звена в порядке работы. Первым звеном SmoothRide является сбор множественных пространственных данных. Выполняется эта задача с помощью одной из последних разработок в области современного позиционирующего приборостроения, специального дорожного мобильного сканера RD-M1 (рис. 3).
Этот сканер предназначен для сбора информации о состоянии поверхности дороги и позволяет получить данные, которые детально характеризуют текущее состояние дорожного покрытия. Следующим этапом является обработка данных и создание цифрового проекта ремонта дорожного полотна. Этот процесс можно выполнить различными программными продуктами, например Bentley OpenRoads или Magnet Collage и Magnet Office Resurfacing (рис. 4).
Так или иначе, эти современные программные продукты рассчитаны не только на создание проектов, но и на работу с облаками точек, которые формируются по результатам предварительного мобильного сканирования. Одной из важнейших частей этих современных программ являются интегрированные модули обмена данными с едиными облачными хранилищами – такими, например, как Topcon 3D Enterprise. Именно эта часть представляется как основа BIM, поскольку позволяет моментально передавать проектные данные в рабочие станции на строительном участке без необходимости какого-либо физического перемещения.
Следующим этапом SmoothRide становится выполнение работ на участке на основе данных, подготовленных на предыдущем этапе. В работу вступает второй ключ развития цифровых технологий – система управления строительной техникой Topcon RD-MC. Обмен данными с ней возможен как традиционным способом с помощью электронных носителей информации, так и с помощью облачных сервисов. Особенностью данного решения является возможность работать не просто по проектной 3D-поверхности, а учитывать точное значение переменного слоя фрезерования на основе данных о существующей поверхности и сделанного на основе нее проекта ремонта.
Завершающим этапом технологии ремонта SmoothRide смело можно считать процесс интеллектуального уплотнения асфальта катками с установленными системами контроля уплотнения (Рис.5).
Данные системы не просто помогают машинисту контролировать процесс работы по заданным параметрам, а еще и собирать данные о процессе уплотнения, картировать, структурировать их и с помощью третьего ключа отправлять в специальный сервис SiteLink3D. В этом сервисе любой пользователь сможет посмотреть карту процесса уплотнения по количеству проходов, достигнутой жесткости покрытия или карту поверхностной температуры.
Описывать все возможности данного сервиса можно долго, и детальную работу представленной выше технологии – тоже. Это достойно отдельного обзора. Главное, что подчеркнуто сегодня, это присутствие цифровых технологий на каждом этапе работ SmoothRide. Постоянное присутствие цифровых данных, а также BIM-процессов в этом решении заявляет о том, что Цифровое Дорожное Строительство уже не за горами, и переход в цифровую среду уже активно набирает ход.
Система 3D mmGPS для дорожной фрезы
Основанная на передовых технологиях ГНСС и mmGPS, система Topcon P63 позволяет получить точное 3D положение барабана фрезы с точностью менее сантиметра. Это система, которая обеспечит точную бесперебойную работу на участке и позволит значительно повысить качество формируемой поверхности.
Подробнее о системе
Система 3D mmGPS для дорожной фрезы может быть как с одной, так и с двумя мачтами. Использование второй мачты обеспечит системе постоянную ориентацию машины и автоматическое управление высотой обеих сторон машины, основываясь только на высотных измерениях. В случае использования широких фрез в работе, применение конфигурации с двумя мачтами особенно целесообразно.
Система mmGPS является одновременно спутниковой и лазерной. Спутниковые приемники на фрезе получают поправки от стационарной базовой станции, находящейся в пределах зоны распространения сигнала. Лазерные сенсоры корректируют высотную отметку, полученную при GPS-измерениях, до миллиметровой точности. При этом построитель лазерной зоны рекомендуется располагать на расстоянии около 125 метров от фрезы для того, чтобы достигать точность не хуже ±5 мм.
Использование современных 3D систем предполагает наличие цифровой модели проекта в координатах X-Y-H, которые сравниваются в процессе выполнения работы с текущими координатами зубьев фрезеровочного барабана.
При работе системы mmGPS определение трехмерных координат происходит на основе спутниковых ГНСС измерений. Таким образом, вне зависимости от видимости между построителем лазерной зоны и датчиком-приемником, в системе mmGPS всегда будет фиксированное решение и 3D позиция плиты. Даже если в какой-то момент оптическая связь между приемником и передатчиком потеряется, асфальтоукладчик будет продолжать работать.
С системой mmGPS вам не надо бояться потери видимости между призмой и тахеометром. Укладчик будет работать без остановки!
Также при работе двухмачтовой mmGPS системы на машине для точного определения по высоте на текущем пикете достаточно иметь только один построитель лазерной зоны вместо двух тахеометров! Это гораздо компактнее, удобнее, безопаснее и дешевле!
Уже сегодня со всеми системами mmGPS поставляется высокотехнологичный, автоматический построитель лазерной зоны LZ-T5. В отличии от лазерных построителей плоскостей, LZ-T5 создает уникальный лазерный луч «N» - образной формы и ретранслирует его на дистанцию 300 метров. Высота сформированной лазерной зоны составляет 10 метров. Построитель лазерной зоны LZ-T5 является преемником хорошо зарекомендовавшего себя построителя лазерной зоны PZL-1. LZ-T5 так же великолепно работает с лазерными сенсорами PZS-1 и PZS-MC.
Если у вас уже есть построитель лазерной зоны PZL-1 или PZL-1A, вы смело можете использовать его совместно с LZ-T5 при работе с одной 3D системой нивелирования в связке из двух или четырех приборов.
Цифровые 3D системы управления
К числу новейших прогрессивных методов в дорожном строительстве относится использование цифровой системы автоматического управления (САУ) строительной техникой по системе 3D нивелирования при возведении насыпи земляного полотна, устройстве слоев дорожных одежд и фрезеровании существующего асфальтобетонного покрытия.
С 2006 г. ОАО «Дорожный сервис РТ», а впоследствии и АО «Татавтодор», успешно использует в своей деятельности 3D системы автоматического управления машинами от ведущих производителей Leica, Trimble и Topcon.
В основу работы системы положено использование цифровой модели проекта формируемой поверхности дороги. Цифровая модель записывается в бортовой компьютер, установленный в кабине дорожной машины. Специальная система позиционирования отслеживает перемещение строительной машины по участку, постоянно определяет местоположение, высоту и угол наклона рабочего органа и корректирует его положение согласно проектному значению. Таким образом, данная технология позволяет производить весь комплекс дорожно-строительных работ по формированию вертикальных и переходных кривых, виражей и других элементов с большой точностью без использования копирной струны. Так же существенно повышается качество выполняемых работ, сокращаются сроки строительства, снижаются расходы материалов, облегчается производство работ в темное время суток. На сегодняшний день ОАО «Татавтодор» располагает 31 системами 3D нивелирования, которые установлены на автогрейдерах НВМ, VOLVO, CATERPILLAR, дорожных фрезах WIRTGEN, бульдозерах KOMATSU, CATERPILLAR.
Читайте также: