基于物聯網的智能監控系統在瀝青路面施工質量管控中的應用研究

馬德林

摘要： 道路工程是我國的基礎設施建設項目，其中瀝青路面具有工藝簡單、行車舒適性、經久耐用的優勢，因此施工應用普遍，如何提高施工質量，成為從業人員的研究重點。本文首先介紹了我國瀝青路面施工質量管控現狀，然后分析了基于物聯網的智能監控系統的應用，最后結合工程實例進行分析，以供參考。

Abstract： Road and bridge engineering is an infrastructure construction project in China. The asphalt pavement has the advantages of simple technology， comfortable driving and durable， so it is widely used in construction. How to improve the construction quality has become the focus of practitioners. This article first introduces the status quo of quality control and management of asphalt pavement in China， and then analyzes the application of intelligent monitoring system based on the Internet of Things. Finally， it analyzes with engineering examples for reference.

關鍵詞： 物聯網；智能監控系統；瀝青路面；施工質量

Key words： Internet of Things；intelligent monitoring system；asphalt pavement；construction quality

中圖分類號：U416.217 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）14-0232-03

0 引言

調查數據顯示，2016年我國高速公路通車里程達到13萬km，位居全球第一，工藝技術處于世界領先水平。與此同時，也要看到施工管理中的不足，成為阻礙道路質量提升的重要因素。隨著現代信息技術的進步，物聯網已經滲透到各行各業，道路施工也應該抓住發展機遇，推廣應用基于物聯網的智能監控系統。以下結合瀝青路面工程案例，探討了智能監控系統的應用價值。

1 我國瀝青路面施工質量管控現狀

我國高速公路建設起步晚，雖然近些年發展迅猛，但是技術儲備比較薄弱，因此道路建成后的性能不理想，主要是路面容易破壞。在新建成的道路中，由于交通負荷大、運輸量大，發生車轍、泛油、開裂的風險高，因此必須提升質量管控水平。傳統施工管理中，存在問題如下：

第一，拌合生產期間，原材料的質量影響因素較多，由于檢測樣品代表性不具備普遍性，混合料可能會出現級配不穩定、溫度不均勻等情況。而且在緊張的工期壓力下，夜間施工的工藝技術、防護措施薄弱，直接影響瀝青路面的施工質量。

第二，混合料運輸期間，沒有針對運輸車輛進行監管，從成本節約的角度出發，為了滿足建設需求，往往采用運輸車輛租賃形式。實踐證實，瀝青混合料在運輸過程中，無法對司機進行有效管理，難以保證混合料準時到達現場，甚至改變了混合料的性能標準[1]。

第三，攤鋪期間，攤鋪速度關系到混合料的攤鋪質量，由于無法實時監測攤鋪機的運行速度，因此路面各項路用性能得不到很好的保障。以傳統的攤鋪作業為例，對于攤鋪溫度的控制不準確，很容易發生溫度離析現象，會縮短瀝青路面的使用壽命。此外，攤鋪機停機待料時疏于管理，隨著等待時間的延長，混合料的溫度會不斷降低，攤鋪機的熨平板會出現拉毛現象。

第四，碾壓期間，目前采取初壓—復壓—終壓的工作流程，每個工作面會配置2臺攤鋪機，以及壓路機配合施工協助工人等。由于工作面狹小，必須有管理人員現場指揮，否則可能引起安全質量事故。另外，瀝青路面屬于磨耗層，混合料鋪設厚度越薄，溫度散失也就越快，因此難以保證壓實度，容易出現空隙率大、滲水系數大等問題，在通車運行后極易造成路面損壞。

2 基于物聯網的智能監控系統的應用

2.1 系統框架

基于物聯網的智能監控系統，是對信息傳輸技術的整合運用，例如LTE技術、GPRS技術等。在系統組成上，將瀝青路面施工中的混合料生產、運輸、攤鋪、碾壓等環節有效整合（如圖1），從而動態實時反映出施工信息，為管理控制工作提供依據[2]。

第一，改性瀝青生產監控子系統。能監測各種原材料（基質瀝青、改性劑和穩定劑等）的數量比例，通過控制加工周期，來保證改性瀝青的質量。

第二，混合料拌合監控子系統。通過采集數據，對瀝青混合料的拌合進行控制，采集數據包括：①每盤混合料的拌合時間，②熱料倉的投放質量，③瀝青投放質量，④添加劑的投放質量，⑤瀝青和集料的溫度，⑥混合料的出廠溫度等。

第三，運輸作業監控子系統。該子系統主要有三個作用：一是識別瀝青混合料的裝料順序，二是識別出料對應的生產時間段，三是識別卸料時攤鋪機的具體位置，保證運輸過程中的混合料質量。

第四，攤鋪作業監控子系統。瀝青混合料在攤鋪期間，該子系統能收集攤鋪溫度、攤鋪速度、鋪面溫度分布等信息，從而及時調整攤鋪指標，避免留下質量隱患，有效提高攤鋪效率。

第五，碾壓作業監控子系統。為了控制壓實度指標，該子系統能監測壓實溫度、壓實速度、碾壓遍數三個參數。以任意樁號段落的工程為例，通過分析壓實的軌跡、遍數、速度、溫度等數據，能評價施工質量的是否達到設計要求。此外，在駕駛室內配置了反饋裝置，能明確指出超壓、漏壓等問題路段，指導司機開展作業。

2.2 管理功能

第一，生產管理。在瀝青混合料拌和站安裝管控軟件，輔助利用紅外測溫設備、數據采集系統等，從而實現生產監控，獲得材料用量、瀝青溫度、骨料溫度，控制拌合時間、出料時間、出料溫度等參數，形成完善的、精確的數據資料，生成關鍵信息趨勢圖。例如以每一盤混合料的數據資料為依據，能計算各種材料的用量、比例，通過趨勢圖顯示出材料用量誤差。系統對比理論數據、實際數據后，判斷是否超出規定范圍，并根據誤差大小發出預警，將預警短信發送至監控平臺上，提醒管理人員及時調整。

第二，施工管理。分別在攤鋪機、壓路機上安裝環境監測設備、紅外測溫設備、GPS設備等，能得到機械位置、施工速度、混合料溫度、現場溫度濕度、風力風向等，并將這些數據傳輸至監控系統的服務器上[3]。管理人員通過管控平臺，即可了解機械設備的位置變化，能及時查看工作環境的變化，針對攤鋪速度、碾壓速度進行控制，出現異常情況即可發出警報。以溫度控制為例，系統利用機械上的測溫設備，能對混合料溫度進行全程監控，包括出料、攤鋪、初壓、復壓、終壓溫度等，并且將路面溫度顯示在監控平臺上，一旦超出溫度標準要求就分級報警。此外，現場環境的風速、溫度、濕度等要素，也能在平臺上顯示，方便管理人員對現象施工進行調控。

第三，統計分析。智能監控系統的應用，可以對施工進度、安全預警、日產量、總產量等進行統計。具體到瀝青路面施工中，生產數據包括瀝青型號、數量、施工路段、長度、厚度等指標，通過比較材料的設計用量和實際用量，得到兩者的誤差值，為施工計劃和進度的調整提供依據[4]。此外，分析各種數據和預警情況，然后結合費用單價，即可核算混合料的成本。

第四，登錄查詢。對智能監控系統設置不同級別的權限，能為不同級別的用戶提供內容查詢，將其作為績效考核的依據。

3 工程實例分析

3.1 工程概況

以我國某高速公路為例，線路全長為60km，按照雙向四車道設計，時速為120km/h。本次研究選取其中1個標段，探討了智能監控系統在瀝青路面施工管理中的應用。其中，系統硬件安裝設備見表1。對于采集到的監測數據，處理前首先進行校核，以紅外測溫傳感器為例，精度影響因素多，現場安裝完成后，利用水銀溫度計進行校核，分析校核曲線，確保滿足精度要求[5]。

3.2 施工管控方法

在原料生產上，目前改性瀝青應用普遍，因此安裝改性瀝青監控系統，針對材料比例、瀝青加工溫度等進行控制，獲得改性劑和基質瀝青的用量比例，生成相應的曲線圖。舉例來說，如果發育溫度、溶脹溫度之間的差距較大，則說明生產期間改性瀝青的發育環境有明顯波動，應該進一步檢驗成品瀝青的性能指標。

在混合料拌合上，監控系統獲取熱料倉投放質量、瀝青質量、添加劑質量、油石比等數據信息，然后按照服務程序的格式要求進行處理，利用GPRS技術傳輸至遠程服務器，針對質量波動進行預警，并將預警信息發送給管理人員。以級配設計指標為例，9.5-16mm篩孔通過率的曲線離散性大，說明熱料倉10-15mm規格的設定用量、實際用量波動程度明顯[6]。

在運輸作業上，利用RFID技術對瀝青混合料的運輸全程進行監控，可以實現車輛的定位、識別等功能。例如：攤鋪時的開始樁號、結束樁號距離短，說明結構層厚較大；瀝青混合料的出場時間、開始攤鋪時間間隔較長，說明拌和站和施工現場的距離遠，應該制定最優運輸路線。

在攤鋪作業上，GNSS定位板卡的應用，識別精度達到厘米級；RTK技術的應用，能獲得攤鋪運動痕跡的地理信息，實現攤鋪速度、里程的監管統計。此外，紅外溫度傳感器的使用，可以對攤鋪溫度、鋪面均勻性進行控制，了解混合料是否發生離析。而LED屏作為反饋體系，實現了施工可視化，便于施工人員獲得攤鋪信息，調整施工作業。

在碾壓作業上，定位流動站能提供位置差分信號，結合WIFI網絡，將壓路機的數據傳輸至監控系統，用來引導施工作業。具體應用時，一方面能查看現場施工狀況，包括機械數量、碾壓次數、超壓漏壓等情況；另一方面可以查看任何路段的壓實質量，查詢碾壓溫度、碾壓速度信息，為質量評價提供依據。

3.3 管控成果分析

在質量層面，將瀝青路面分為上面層、下面層、上基層三個部分，經數據的采集、統計、處理，最后進行質量評分，結果表明得分為97.5分、98.4分、94.2分，滿足質量控制目標。在效益層面，該監控系統的應用，實現了管理的信息化，獲得的施工數據為維修管理提供了支持，不僅延長了路面使用壽命，而且節約了養護成本，因此經濟效益顯著。

4 結語

綜上所述，目前瀝青路面施工管理中存在一些問題，基于物聯網的智能監控系統，能對整個現場施工流程進行監控，具有生產管理、施工管理、統計分析、登錄查詢等功能。文中結合工程案例，探討了該系統的具體應用，結果顯示不僅提高了瀝青路面的施工質量，而且經濟效益顯著，值得推廣應用。

參考文獻：

[1] 林通，焦生杰，葉敏，等.高速公路瀝青路面遠程智能監控系統[J].長安大學學報（自然科學版），2015，35（1）：26-32.

[2]王宣，唐建亞，邢永忠，等.基于物聯網的智能監控系統在瀝青路面施工中的應用研究[J].公路交通技術，2017，33（3）：23-28.

[3]陶福貴，陳幫鵬.物聯網體系結構及相關技術研究[J].電腦知識與技術，2014（20）：4939-4940.

[4]蒲政，葉煒.瀝青路面施工質量管控系統應用分析[J].現代交通技術，2016，13（3）：92-94.

[5]程善剛.基于物聯網技術的瀝青路面施工質量智能管控系統應用介紹[J].項目管理與質量控制，2015（12）：185-188.

[6]劉恒強.基于GTM高速公路瀝青路面質量監控系統研究[J].建筑工程技術與設計，2016（34）：723，728.