合肥市地处中国华东地区，是国务院批复确定的中国长三角城市群副中心城市，也是“一带一路”的重要节点城市。合肥新桥国际机场是长三角世界级机场群的重要组成部分，为满足航空业务量迅速增长需求，合肥机场二期改扩建工程于2021年11月15日正式开工建设。项目总投资约250亿元，本次改扩建工程实施中主要包括航站区扩建工程项目和飞行区及工作区扩建工程项目，计划到2025年，合肥新桥国际机场二期改扩建工程全面竣工，将助力长三角打造世界级机场群。
合肥新桥国际机场二期效果展示
在合肥新桥国际机场二期飞行区建设过程中，负责二标段的土方施工单位为更好达到土方层的施工精度及工期要求，分别引入拓普康3D-MC2平地机控制系统和拓普康X53x 3D挖掘机控制系统，结合设计单位提供的土方分层施工设计数据，为土方逐层精准填筑提供了坚实的技术支撑，显著提升了施工效率和工期进度，并大幅减少精平环节的测量、放样工作量和人员投入等。
拓普康3D平地机控制系统在合肥新桥机场土方精平施工现场
拓普康3D平地机控制系统
拓普康3D平地机控制系统是在平地机上加装各类传感器，实现对铲刀姿态的自动监测和控制。在外业施工环节中为驾驶员提供数字与图形指示，系统可直接控制平地机铲刀自动化升降，无需标桩就可以高质量的完成作业，降低驾驶员的工作强度和操作难度，提高作业质量的同时，显著提升工作效率，大幅降低了作业成本。
本项目中拓普康3D平地机控制系统主要用于土方精平作业，另外根据原始地形的高低起伏状态，确立并刮出不同层土方间边线，修出台阶，为后续逐层填筑提供精准的边界依据。
拓普康3D平地机控制系统（mmGPS版）组成示意
拓普康3D平地机控制系统作业时，在作业区外架设GNSS基准站，为车载系统提供基准差分数据。平地机机身安装有纵坡传感器（用于测定沿车身方向的纵坡倾斜角度），旋转传感器（用于测定铲刀旋转角度），倾斜传感器（计算铲刀横向倾斜），以及拓普康独有的MC² IMU传感器（100Hz更新率实时获取铲刀三轴向角度与加速度），结合获得RTK定位数据可以计算出铲刀的姿态与刀刃位置，通过控制箱3D-MC软件的计算可以得出铲刀位置与预先导入设计数据的偏差，通过数字与图形的形式呈现在显示器上，同时控制箱将改正信号转换为电信号，传递给液压控制系统，实现对平地机铲刀高度的自动调整，从而使精平作业达到设计的预期效果。
拓普康3D平地机控制系统（mmGPS版）工作原理示意图
根据原地表起伏情况确立各层设计面（图为土方13层3D数字化建模部分设计）
多层土方间台阶确立与收面
拓普康3D平地机控制系统精平施工作业图
3D土方精平作业精度交叉验证检查
拓普康3D平地机控制系统在本项目中的应用彻底改变了传统精平施工的工艺，传统精平作业通常需要刮平4~6遍，采用拓普康3D平地机控制系统2遍即可完成精平作业，同时减免了人工放桩检核的投入，减少人员介入，节省时间，缩短工期。系统根据三维设计数据，自动实现对铲刀的控制，降低对操作人员技能要求和劳动强度，减少人为误差，有效的提高作业精度。一次施工至设计坡面，大幅减少重复作业，显著减少燃油成本和机械磨损，降本增效。结合本项目使用情况，总结拓普康3D平地机控制系统具有如下优势：
1
创新的施工工艺，复杂地形亦可轻松应对，可完成多向倾斜坡面的平整；
2
业内独有的100Hz惯导模块，显著提高施工效率，降低油耗等综合施工成本；
3
基于mmGPS高精度定位系统，精平典型高程精度可达5mm；
4
基于3D数字化施工设计即BIM模型控制整平施工作业，直观便捷；
5
拓普康拥有多种平地机配置方案可供选择，满足各类施工需求。
本项目同时采用了拓普康3D挖掘机系统即X53x系统进行施工作业，主要用于土方施工环节的挖台阶和修坡、沟渠挖掘以及土方转运时的挖掘高程（深度）参考等。
拓普康X53x 3D挖机系统，支持包括中国北斗在内的全球GNSS卫星定位系统，是现代GNSS精准定位技术结合精密传感器技术在挖掘机施工应用中的完美体现。系统基于精密传感器实时、快速获取挖掘机的作业姿态信息，利用GNSS定位技术将精准的位置信息实时调用并与施工设计数据相结合，从而引导机手进行精准作业，免去了传统施工中靠猜测进行作业的情况，实现一步到位的全新挖机作业模式。
拓普康X53x 3D挖机系统组成
拓普康X53x 3D挖机系统工作原理示意图
拓普康X53x 3D挖机系统3D-MC软件操作界面
拓普康X53x 3D挖机系统在新桥机场的应用现场1
拓普康X53x 3D挖机系统在新桥机场的应用现场
此次挖机引导系统在新桥机场的使用，帮助操作手在驾驶室内即可知道斗齿的作业高度，省去了传统施工中需要测量人员反复测量和沟通确认的环节，整个挖机系统既是施工系统，又是检测系统，操作手可以在尽可能少的挖掘情况下完成对场地坡度的削平作业。结合在新桥机场土地平整中Topcon 3D挖掘机系统的使用，系统具有如下优势：
1
提供施工设计高程和坡度等精准作业边界，直观可视，施工高效便捷；
2
系统具有现场测量功能，避免施工过程对测量放样的依赖和质量的重复检核等；
3
显著提高作业的精度和作业效率，避免返工，减少油耗和机械磨损；
4
可实现无桩化施工作业，大幅减少测量、放样打桩等辅助工作，同时适合夜间作业；
5
降低劳动强度，减少人员数量，降低施工综合成本并提高施工现场安全性。
改扩建工程将有利于推进合肥综合交通枢纽的建设，优化交通网络布局，加快地区综合交通运输体系的构建和发展。合肥新桥机场二期改扩建工程项目完工后，将满足2030年旅客吞吐量4000万人次、货邮吞吐量35万吨、飞机起降30.5万架次的发展需求。其完善的综合交通枢纽功能、航站楼独特的外观构型，有利于提升机场综合保障能力，加快建设区域航空枢纽，促进区域经济社会发展，必将成为长三角地区一颗璀璨的明珠。
供稿：机械控制部门WTQ
