Лазерная 3D технология заливки бетона

Ранее мы уже рассказывали о лазерных системах автоматического управления, устанавливаемых на бетоноукладчиках, и опыте их использования в нашей стране. Как и для другой строительной техники, для бетоноукладчиков, кроме лазерных систем управления, используются трехмерные системы управления, обладающие значительно большей производительностью и возможностями. Одной из первых компаний, оборудовавшей свои машины трехмерными системами управления, была компания «Somero Enterprises». В 1999 году компания установила на свой бетоноукладчик 3D систему управления на основе оборудования Trimble. Эта система позволяет делать поверхности под различным уклоном и практически любой формы. Использование подобных высокопроизводительных машин дает возможность компаниям, занимающимся заливкой бетона, освоить и заполнить нишу строительства автомагистралей и крупных парковок с использованием бетона.

Компоненты 3D системы для бетоноукладчика

Роботизированный тахеометр Trimble ATSКомпонентами систем являются: специализированное программное обеспечение Somero, портативный защищенный компьютер, роботизированный электронный тахеометр Trimble ATS, «активный» отражатель, радиомодем для передачи данных от электронного тахеометра на компьютер и ультразвуковой датчик высоты «Sonic Tracer».

«Активный отражатель» - устройство со специальной призмой, оснащенной светодиодами, благодаря которым ATS самостоятельно наводится на призму и автоматически измеряет расстояния. Эта система позволяет сначала получить цифровую модель существующей поверхности района выполнения работ, а затем во время заливки бетона определять и устанавливать необходимую высоту выравнивающей плиты.

Электронный тахеометр ATS устанавливают на штатив и программируют на автоматический поиск активного отражателя. Найдя отражатель, тахеометр автоматически отслеживает его положение и производит измерения вертикального и горизонтального угла, а также расстояния и передает эту информацию по радио на компьютер для выполнения вычислений.

Как технология работает

При разработке 3D лазерной системы компания «Somero» решила, что спутниковая GPS технология не будет достаточно точна для бетонных работ. От использования стандартных систем автоматизированного проектирования (CAD) было также решено отказаться. Somero разработала новую технологию.

Сначала составляется ЦММ площадки проведения работ «как есть». Для этого рабочие устанавливают электронный тахеометр на точке, обеспечивающей максимально полный обзор будущей строительной площадки и прямую радиовидимость компьютера. Затем, используя активный отражатель, который отслеживает электронный тахеометр, определяются координаты и отметки точек поверхности рабочей площадки с шагом 5-10 метров.

Также дополнительно отражатель устанавливается в характерных точках рельефа, таких, где поверхность резко повышается или понижается. Все эти точки используются для создания цифровой модели поверхности. Эта модель используется для оптимизации проекта новой поверхности, т.к. как бы хорошо ни была предварительно подготовлена площадка, всегда будут существовать различного рода неровности. Это необходимо учитывать при заливке бетона, выдерживая требуемую толщину и создавая ровную и гладкую поверхность.

После того как построение цифровой модели поверхности закончено, может быть начата заливка бетона. Рабочие подключают компьютер к бетоноукладчику и монтируют отражатель на правой стороне выравнивающей плиты. Электронный тахеометр ATS находит отражатель, который уже установлен на бетоноукладчике, и определяет его текущую позицию (X, Y, Z), затем передает эту информацию через радиомодем на компьютер. Компьютер, в свою очередь, вычисляет новое проектное положение выравнивающей плиты.

Бетон заливается слева направо. Устройство, называемое «Sonic Tracer», устанавливается с левой стороны выравнивающей плиты и регулирует ее по высоте относительно недавно выровненного бетона. Компьютер, используя цифровую модель, контролирует правую сторону бетоноукладчика. Электронный тахеометр постоянно отслеживает положение отражателя, определяя его позицию шесть раз в секунду.

После сравнения этой информации с цифровой моделью компьютер вычисляет и устанавливает необходимую высоту правой стороны выравнивающей плиты. Таким образом, все выступы и впадины автоматически выравниваются в гладкую бетонную поверхность с хорошим водоотводом.

Новые возможности для роста предприятия

Работа бетоноукладчика с 3D системой управленияЕсли вы уже выполняли контракты по стяжке бетонных полов в зданиях, то, имея лазерную 3D систему для бетоноукладчика, вы приобретаете возможность получать контракты на выполнение крупных работ вне здания, так как вы можете предложить значительно меньшие сроки.

Например, компания «Scurto Concrete», США, штат Огайо, обладая шестью лазерными бетоноукладчиками и двумя 3D системами для них, предпочитает выполнять проекты на больших складах и в больших производственных цехах. Используя 3D лазерную систему, они могут давать конкурентоспособные цены на работы по заливке бетона на погрузочных площадках, складах (где используются тяжелые грузовики) и парковках. Благодаря лазерным 3D системам эта компания обеспечивает достаточно высокую производительность работ: от 20000 до 35000 м2 бетонного покрытия в день.

Другая компания, занимающаяся обустройством бетонных покрытий - «Industrial Concrete Construction», - в прошлом году выполнила заказ по заливке бетоном парковочных площадок торгового центра. Скорость работы с использованием лазерной и 3D технологии была такой, что бригада в составе 7 человек заливала примерно до 20000 м2 бетонного покрытия толщиной 18 сантиметров в день.

Компания «Swederski Concrete» из Ричмонда всегда старается быть на переднем крае технологий. Год назад эта компания установила 3D систему на свой бетоноукладчик, благодаря чему ей удалось с легкостью получить два контракта на строительство автостоянок.

На одном из этих проектов компания выполнила работу по заливке 70000 м2 бетонного покрытия толщиной 20 см для стоянок и погрузочных площадок производственного склада. На выполнение проекта было затрачено 76 часов. За последний день бригада из 8 человек уложила 12000 м2 бетона, сделала деформационные швы и провела герметизацию. И в два часа дня они уже собирали оборудование.

Одной из основных задач компании «Swederski Concrete» является внедрение технологии использования бетона при создании парковок и погрузочных площадок взамен обычного асфальтового покрытия.

В настоящее время до 90% всех парковок и погрузочных площадок асфальтированные. Цена работ по бетонированию обычно на 10-20% выше, чем цена работ по укладке асфальта, и это зачастую играет существенную роль при получении контракта на работы. Но эксплуатационные характеристики бетона превышают характеристики асфальтового покрытия, и, соответственно, использование бетонного покрытия является более выгодным. В этом достаточно несложно убедить заказчика, если сравнить эксплуатационные характеристики двух материалов.

Пример использования эксплуатационных характеристик

Сравнение эксплуатационных характеристик одного материала с другим обеспечивает простой способ определения эквивалентной толщины покрытия, например, при строительстве автостоянки.

Эта таблица показывает основные материалы и эксплуатационные коэффициенты слоя покрытия.

Тип используемого материала     Коэффициент слоя
Бетон     0,50
Асфальт     0,20-0,38
Битум     0,10-0,30
Цемент     0,20
Мелкий щебень     0,12

Если умножить коэффициент материала на толщину слоя, то мы получаем эксплуатационную характеристику покрытия из данного материала. Например, бетонное покрытие толщиной 10 сантиметров будет иметь эксплуатационную характеристику 10 х 0,5 = 5. Если взять асфальтовое покрытие толщиной 10 сантиметров, то эксплуатационная характеристика такого слоя будет 10 х 0,3 = 3. Если мы хотим получить эксплуатационную характеристику асфальтового слоя такую же, как и для бетонного покрытия, то нам необходимо увеличить толщину слоя до 16 сантиметров! Можно, конечно, перед укладкой асфальта уложить и утрамбовать слой щебня, но тогда получается, что надо будет делать двойную работу.

Подготовлено по материалам компаний «Hanky-Wood», «LLC» u «Somero Enterprises».

Сергей Знобищев, инженер ЗАО НПП «Навгеоком», Геннадий Шаров, инженер представительства Trimble в России

Журнал "Строительная техника и технологии" №3/2004  22.06.2004