瀝青路面施工質量智能化動態管控系統研究

摘要 針對傳統施工質量管理存在的問題，該文研發了一套瀝青路面施工質量智能化動態管控系統。該系統是基于物聯網、云計算和無線傳輸技術開發的系統平臺，以瀝青混合料施工全過程為管理對象，利用先進的傳感器技術實時采集瀝青混合料生產質量數據、運輸過程數據、攤鋪質量數據以及壓實質量數據，采用無線網絡傳輸技術實時上傳至云端服務器，動態、真實地反映施工質量狀況，實時分析質量問題并報警，實現了施工質量的動態管控。

關鍵詞 瀝青路面；施工質量；動態管控；云計算；物聯網

中圖分類號 U416.2 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）04-0164-03

0 引言

近20年來，我國公路事業取得了長足的發展。目前我國公路總里程已達到501.25萬公里，位列世界第一位，并且仍以每年10萬公里左右的速度增長，每年公路建設投資額高達20000億元[1]。在公路工程建設規模迅猛發展的同時，工程質量難以得到保證。路面工程作為公路工程建設的重要環節，對公路工程質量起到決定性作用。在現有路面工程中，瀝青路面比例占90%以上，因瀝青混凝土材料的特殊性，對其質量的把控技術難度大，在瀝青路面施工過程中存在諸多問題。

傳統公路工程質量管理中，由于缺乏必要的技術手段，難以對重要工序進行有效監控，在出現質量缺陷時，不能及時識別是由原材料、混合料配合比、拌和工藝、運輸過程還是現場施工工藝等哪個環節出現的問題。隨著互聯網技術、傳感器技術、無線通信技術的發展，使得工程質量實時管控成為可能[2-4]。

2015年10月，全國公路水運工程質量安全工作會議明確提出打造“品質工程”的新理念。2016年12月，交通運輸部《關于打造公路水運品質工程的指導意見》要求[5]：（1）推進工程管理信息化，推行“智慧工地”建設，提升項目管理信息化水平；（2）積極應用先進檢測技術和裝備，建立工程質量信息化動態管理平臺，加強過程質量管控。

因此，在交通運輸行業信息化、智能化的潮流下[6-8]，為解決傳統瀝青路面施工質量管控乏力的行業痛點，研發團隊經過兩年的努力，開發了瀝青路面施工質量智能化動態管控系統。

1 系統設計原則

（1）實時性。該系統可以實現原材料監測數據的實時傳輸，實時記錄施工全過程，遠程對施工質量進行實時動態管理，從而對現場施工進行實時糾偏，嚴格控制施工質量。

（2）動態化。該系統運用動態管理的方法，采用軟硬件結合的手段，充分利用物聯網架構的傳感技術和移動互聯網傳輸技術，實現瀝青路面施工過程中生產后場和施工前場關鍵指標的自動化采集、分析、評價及預警。

（3）高精度。在該系統中，拌和站、運輸車輛、攤鋪機上均安裝了紅外溫度傳感設備、RFID射頻識別設備、電子標簽以及高精度的GPS系統，可以精確定位施工機具的位置，并準確識別運輸車、攤鋪機內的材料信息。

（4）智能化。在該系統的瀝青混合料壓實質量監管模塊中，運用了智能化的壓實管控技術，第一時間將壓實質量以簡單易懂的畫面導航形式反饋到壓路機駕駛艙的電子屏幕上，給操作手進行智能壓實導航，從而避免了漏壓、過壓等問題的發生，實現壓實軌跡、碾壓遍數、壓實質量的實時監控，保證了瀝青路面的壓實質量。

（5）安全性。該系統將采集到的生產、施工數據保存在經過加密保護的數據庫中，不易丟失、不易被篡改。此外，在原材料運輸過程中，運輸車輛通過GPS定位設備可以實現實時定位，保證了材料運輸安全。

2 系統軟硬件架構

瀝青路面施工質量智能化動態管控系統是基于物聯網、云計算、無線傳輸及傳感器技術開發的系統平臺。系統以瀝青混合料從拌和生產到施工現場的全過程作為管理對象，利用先進的傳感器技術實時采集瀝青混合料生產質量數據、運輸過程數據、攤鋪質量數據及壓實質量數據，采用無線網絡傳輸技術實時上傳至云端服務器，動態、真實地反映工程質量狀況，及時分析質量問題并實時報警，實現對工程質量的動態管控。

瀝青路面施工質量智能化動態管控系統包括軟件平臺和硬件設備兩部分。軟件平臺主要包括五大模塊，分別是水泥穩定碎石拌和站生產質量管控模塊、瀝青拌和站生產質量管控模塊、瀝青混合料運輸過程管控模塊、瀝青混合料攤鋪質量管控模塊以及瀝青混合料壓實質量管控模塊，系統功能模塊如圖1所示。硬件設備以多功能數據采集終端為核心，集成了GPS（global position system，

簡稱GPS）定位模塊、紅外溫度傳感器模塊、RFID（radio frequency identification devices，簡稱RFID）射頻識別模塊、LED（light-emitting diode，簡稱LED）顯示模塊以及無線傳輸模塊。

3 系統技術原理

3.1 傳感器技術

該系統利用多種傳感器，實現對拌和站生產數據和現場施工數據的實時采集，主要包括紅外溫度傳感器、GPS定位傳感器等。在拌和站的出料倉旁安裝紅外溫度傳感器，監測并實時上傳瀝青混合料的出料溫度，根據混合料溫度控制標準，判定產品是否合格。

運輸車輛上安裝了GPS定位傳感器，實現對運輸車輛定位，記錄定位時間和定位信息，并上傳至云端服務器，可在平臺上實時查看車輛實際行駛路線。攤鋪機和壓路機上裝有紅外溫度傳感器和GPS定位傳感器。紅外溫度傳感器用來采集攤鋪溫度及壓實溫度，GPS定位傳感器則可以記錄攤鋪機和壓路機的行駛速度及行駛軌跡，實現攤鋪質量和壓實質量的管控。

3.2 RFID射頻識別技術

RFID射頻識別技術是自動識別技術的一種，通過無線射頻方式進行非接觸雙向數據通信，利用無線射頻方式對記錄媒體（電子標簽或射頻卡）進行讀寫，從而達到識別目標和數據交換的目的。RFID射頻識別技術被用于實現后場原材料生產和前場施工的數據關聯。通過在拌和站和攤鋪機上安裝RFID讀卡器，在運輸車輛上安裝RFID電子標簽卡，不僅可以識別車輛類型、車牌號、駕駛員等車輛信息，還可以用于記錄瀝青混合料的材料來源、裝料地點、裝料時間、裝料數量及材料質量等信息，從而使得每一車材料從出站到攤鋪全過程可監控，并且能夠為后續的質量問題回溯提供可靠的數據支撐。

3.3 數據采集和無線傳輸技術

由團隊自主研發的該系統的多功能數據采集終端，可以對紅外溫度傳感器、GPS定位傳感器、射頻識別等多種設備數據進行采集和傳輸[9-10]。將設備與模塊的通信接口相連后，數據通過4G信號傳輸至云端服務器，并在解析后保存到數據庫中。

3.4 數據庫技術

瀝青路面施工過程中所需采集的數據量巨大，數據管理任務沉重。該系統設計的數據庫能夠有效地管理和存儲多方采集的數據，并對各類數據進行分類、分析和利用，融入管理流程，使工程施工中的各類參數既可獨立存在，又可以按照監管流程的要求形成有機的整體。

3.5 B/S系統結構

傳統的C/S結構幾乎將所有的工作邏輯、表示邏輯和數據通道代碼在客戶端實現。隨著用戶應用需求的提高，大型數據庫信息系統不斷增多，運算復雜程度在增加，數據交換頻率在加快，以Web技術為基礎的B/S結構逐漸顯示出其先進性，這種模式統一了客戶端，將系統功能實現的核心部分集中到服務器上，簡化了系統的開發、維護和使用，客戶機上只要安裝一個瀏覽器。該系統采用了B/S結構，用戶只需通過瀏覽器就能在任何地方登錄系統，實現了工程質量的遠程管理。

4 關鍵管控參數及功能

根據我國《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）和《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG F80/1—2017），確定混合料從拌和、運輸、攤鋪以及壓實過程中的關鍵施工質量參數[11，12]。系統通過傳感器實時采集這些參數，并進行分析評價。瀝青路面施工質量智能化動態管控系統包括五大功能模塊，分別是水泥穩定碎石拌和站生產質量管控模塊、瀝青拌和站生產質量管控模塊、瀝青混合料運輸過程管控模塊、瀝青混合料攤鋪質量管控模塊以及瀝青混合料壓實質量管控模塊。系統需要對拌和站的生產數據以及瀝青路面的施工數據進行采集。

4.1 拌和站生產數據

對水泥穩定碎石拌和站的生產數據以及瀝青混合料拌和站的生產數據進行實時采集。對于水泥穩定碎石拌和站生產數據的采集主要包括：用水量、水泥摻量及集料配合比等生產數據。對于瀝青混合料拌和站的生產數據的采集主要包括：油石比、集料級配、生產溫度及拌和時間等生產數據。水泥穩定碎石拌和站生產質量管控模塊和瀝青拌和站生產質量管控模塊的主要功能包括：

（1）水泥穩定碎石拌和站生產質量管控模塊

①水泥劑量管控。系統以走勢圖的形式展示水泥穩定碎石拌和站的實時水泥劑量，可以一目了然地看出水泥穩定碎石的水泥劑量是否達標。

②材料配合比管控。系統以表格的形式記錄水泥穩定碎石的生產數據，并對施工配合比與設計配合比的誤差進行分析，按照預定的誤差范圍分別發出初級、中級和高級報警。

（2）瀝青拌和站生產質量管控模塊

①溫度、油石比管控。系統以溫度刻度計的形式展示瀝青混合料生產過程中的礦料溫度、瀝青溫度及出料溫度，指針處在紅色區域時表明溫度不達標，指針處在綠色區域時則表示溫度正常。以走勢圖的形式實時顯示瀝青混合料的油石比數據，可以實時反映實際油石比與規定上、下限的差距。

②礦料配合比管控。礦料級配以折線圖的形式展示，施工級配與目標級配以及礦料級配的上、下限之間的差距一目了然。系統記錄瀝青混合料的施工配合比及生產配合比，并計算兩者之間的差值，將誤差分為三個等級進行報警。

③拌和時間管控。系統可以實現對瀝青混合料的拌和時間進行監控，以走勢圖反映每一次拌和時間與規定范圍的差距，以表格形式記錄下每次拌和時間是否合格。

4.2 路面施工數據

對瀝青混合料的運輸過程、攤鋪及碾壓數據進行采集。對瀝青混合料運輸過程的數據信息采集主要包括：車輛的混合料類型、數量、質量及運輸軌跡等信息。對瀝青混合料攤鋪的數據采集主要包括：攤鋪質量、攤鋪軌跡、攤鋪溫度以及攤鋪速度等信息。對瀝青混合料壓實的數據采集主要包括：壓實溫度、壓實速度以及壓實遍數等信息。瀝青混合料運輸過程管控模塊和瀝青混合料攤鋪、壓實質量管控模塊的主要功能包括：

（1）瀝青混合料運輸過程管控模塊

①運輸車輛信息管控。系統記錄每一運輸車輛對應的車牌號、駕駛員信息、接料重量、接料時間及接料時長。

②運輸軌跡管控。系統可以顯示運輸車輛的行駛軌跡，在地圖上框定一個范圍形成電子柵欄，當運輸車輛越過此范圍時則立即發出報警，防止駕駛員偷運車內材料。

（2）瀝青混合料攤鋪、壓實質量管控模塊

①攤鋪質量管控。系統可以顯示攤鋪開始及結束時間、攤鋪距離、攤鋪材料等信息，用以監控攤鋪質量。

②攤鋪溫度速度及壓實溫度速度管控。系統以走勢圖的形式展示攤鋪溫度、速度及壓實溫度、速度，如超過設定誤差進行實時預警。

4.3 統計分析

（1）材料用量分析。系統將生產水泥穩定碎石或瀝青混合料所用各種材料的實際用量以柱狀圖的形式進行統計，并與設計用量對比，可查詢生產過程中的材料信息。

（2）攤鋪統計。系統以走勢圖的形式來顯示攤鋪距離統計，以餅狀圖的形式來顯示攤鋪溫度和攤鋪速度的統計，可以反映路面施工過程中攤鋪溫度和攤鋪速度情況。

（3）壓實統計。系統以餅狀圖的形式來展示壓實過程中的壓實溫度和速度分布情況。

（4）預警管理。系統可以對預警信息進行處理，并將處理意見反饋給質量管理單位。未及時處理的預警信息將提示超期，處理完成的預警信息則顯示已閉合狀態。系統可以查看預警短信信息，包括短信發送時間、短信內容、發送用戶等，為今后質量問題定責提供依據。

5 結語

我國交通運輸發展正處于提質增效升級的轉型期，將進入現代化建設新階段，這對交通運輸行業信息化、智能化發展提出新的要求。該研究提出的智能化管控系統符合“互聯網+”的發展理念，運用先進的物聯網技術采集數據，通過無線傳輸至云平臺，應用大數據算法決策分析，達到瀝青路面質量智能管控的目的。

系統在運營上打造施工單位、監理及業主單位層級分離，但相互關聯的模式。用戶均可在系統中查看施工質量數據，并在第一時間收到報警短信。施工質量數據記錄存儲在系統中，以便后期出現質量缺陷時進行追本溯源。

參考文獻

[1]中國交通運輸部.交通運輸行業發展統計公報[OL].

2020.

[2]董剛，劉義彬，鄭南翔.瀝青路面施工過程質量信息實時監控系統研究[J].公路交通科技， 2015（11）：27-32.

[3]劉義彬.基于信息化監控系統的瀝青路面施工過程質量控制研究[D].西安：長安大學， 2013．

[4]施炎.瀝青路面施工質量信息化控制技術研究[D].南京：東南大學， 2017.

[5]中國交通運輸部.關于打造公路水運品質工程的指導意見[OL].2016.

[6]郭培培.模糊控制在智能壓路機自動壓實控制系統上的應用研究[D].西安：長安大學， 2004.

[7]劉蒙蒙.振動壓路機智能化的關鍵技術研究[D].西安：長安大學， 2014.

[8]孫健.振動壓路機智能壓實系統研究[D].西安：長安大學， 2012.

[9]現代設計工程集成技術的軟件接口規范：GB/T 18726—2011[S].北京：中國標準出版社， 2011.

[10]增材制造機床軟件數據接口格式：GB/T 25632-2024[S].北京：中國標準出版社， 2024.

[11]公路瀝青路面施工技術規范：JTG F40—2004[S].北京：人民交通出版社股份有限公司， 2004.

[12]公路工程質量檢驗評定標準第一冊土建工程：JTG F80/1—2017[S].北京：人民交通出版社股份有限公司， 2017.

收稿日期：2024-07-24

作者簡介：郭曉月（1997—），女，碩士，助理工程師，研究方向：公路工程養護管理。

基金項目：江蘇省交通運輸科技項目“瀝青路面無人施工集群裝備研發及產業化”（2022Z02）。