基于智慧系統的瀝青路面品質提升應用技術

趙 峰 吳 旻

Equipment technology 裝備技術

基于智慧系統的瀝青路面品質提升應用技術

趙 峰1吳 旻2

（1.江蘇省交通工程建設局 210000；2.蘇交科集團股份有限公司 211112）

本文主要探討瀝青混合料施工質量動態監控、施工可視化系統在鎮丹高速公路建設過程中的應用，通過基于物聯網技術的監控系統，實現對瀝青路面施工拌合、運輸、攤鋪、碾壓的質量動態性監控，從而實時性的保障瀝青路面施工質量。

1 概述

目前我國在瀝青路面施工質量的管理和控制方面，基本上對都是采用的“事前檢驗、事后把關”這一相對滯后的管理方法。在混合料拌和時按頻率取樣進行抽提、篩分及混合料性能等試驗，現場實體的質量控制如壓實度、平整度、厚度等所有試驗數據，至少需要在第2天以后才得出。這些試驗結果僅僅起到一個記錄和事后反省的作用，當路面施工出現質量問題時，不能真實的反映出原材料、混合料配合比還是現場拌和、運輸、攤鋪、碾壓等環節中哪個出現了問題，不能為管理者分析問題原因和制定整改提供便利。

隨著物聯網技術的飛速發展，各個領域都在利用物聯網的技術實現新的管理模式和管理方法，瀝青路面施工質量控制也不例外。智能施工技術充分利用物聯網架構的傳感技術和3G的傳輸技術，實時瀝青混合料加工、路面施工全過程數據信息的采集，通過通信模塊及時上傳到服務器，動態、真實、系統的反映工程的建設質量情況，并根據項目需求提供數據的分析預警機制，及時分析存在的質量問題，發現路面施工質量的波動情況，確保路面工程的施工質量。

2 瀝青路面施工智慧管控系統

2.1 拌合樓生產過程監控系統

拌合樓生產過程監控系統通過在安裝實時采集設備對拌合樓生產過程中的計量數據（各檔熱料倉投放質量、瀝青質量、礦粉質量、產量）、溫度數據（熱料倉溫度、瀝青溫度、混合料出料溫度）和時間數據等進行實時采集，并實時傳輸至后臺服務器，服務器端對生產數據進行永久存儲，同時對生產數據進行實時分析和智能反饋，實時監測瀝青混合料級配、油石比、出料溫度等關鍵指標的波動情況，確保瀝青混合料拌和質量的穩定。項目管理者的現場施工人員均可以通過PC客戶端和手機終端實時查詢拌和樓的生產情況。

2.2 運輸過程監控系統

運輸過程監控系統是在混合料運輸環節，基于射頻識別技術（RFID）記錄每一輛運輸車開始裝料時間，結束裝料時間和車輛信息，實現運輸環節和拌合環節的對接；在攤鋪現場利用綁定在攤鋪機上的GPS定位設備確定攤鋪機位置信息，識別混合料開始卸料時間和樁號、結束時間和卸料樁號等信息，實現運輸環節與攤鋪環節的對接；并將采集的運輸數據實時傳輸至后臺數據中心，對混合料的運輸周期、攤鋪位置等信息進行統計，便于遠項目管理者的現場施工人員的管理和監控，最終實現路面施工質量及病害問題可溯源。

2.3 攤鋪過程監控系統

攤鋪過程監控系統工作技術流程為距離傳感器采集攤鋪速度和距離信息，傳送給數據處理終端；數據處理終端向紅外溫度傳感器陣列發射定頻數據采集信號；紅外溫度傳感器陣列采集鋪面溫度信息，回傳給數據處理終端；數據處理終端處理分析后顯示攤鋪溫度、速度，并通過無線網絡將采集數據傳送給遠程監控平臺，便于遠程管理人員實時監控。

2.4 智能壓實系統

瀝青路面智能壓實系統是在施工現場架設定位基站，實現壓路機厘米級定位、并配備紅外溫度傳感器等外部硬件設備，在壓實過程中可連續測量碾壓溫度、碾壓速度和碾壓次數，并以彩圖形式反饋給現場操作手，指導操作手快速識別欠壓或超壓區域，保證壓實遍數控制在目標遍數的合理波動范圍以內，以防止出現超壓和欠壓現象，以此提高瀝青路面施工質量。

2.5 施工可視化系統

路面施工可視化系統是智慧工地的重要組成部分，是在現場安裝對個高清攝像頭，對現場施工情況進行實時查看，方便管理者隨時對現場施工進行查看管理。

2.6 瀝青路面施工智慧管控系統的價值

綜合分析來看，路面施工材料監測系統具有以下特點：

①實時記錄施工過程；

②嚴格控制施工質量；

③實時糾偏施工工藝；

④優化施工效率和成本。

⑤事后追溯施工責任；

通過監測瀝青拌合樓生產的混合料級配、各檔原材料的摻配比、油石比、混合料出廠溫度、實時產量、總產量等參數，實現瀝青混合料拌和質量的實時分析、實時糾偏的特色功能；通過遠程數據查看、短信報警進行遠程管理，完全做到施工管理質量可分析、過程可視化、責任可追溯。

3 應用實例

基于智慧系統的瀝青路面品質提升技術在鎮丹高速得到了有效應用。鎮丹高速全長約21.6km，設計行車速度120km/h，按雙向四車道高速公路的標準建設。在項目建設期間，瀝青路面施工智慧管控系統服務內容涵蓋了瀝青路面上、中、下三種結構層全過程。

3.1 拌合樓生產過程監控系統

鎮丹高速瀝青路面施工單位為江蘇華晨路橋有限公司，拌合樓型號為ACP4000型間歇式拌和樓。經測試，該拌合樓工作狀況良好，各類傳感器運行穩定。按照項目建設要求，通過在瀝青拌合樓布置傳感器和控制器對生產過程中的集料、礦粉、瀝青等原材料的稱量數據和瀝青、集料等原材料加熱溫度以及混合料拌和周期、出料溫度的生產數據進行實時采集，并上傳至后臺服務器數據中心。數據中心對上述數據進行永久存儲，并對各項數據進行波動性分析和智能反饋，在手機終端和PC客戶端實時展示，工程相關人員均可以手機或者電腦對生產情況進行實時查詢。結合動態質量控制，統計分析每日、每周以及任何時間段里的油石比、關鍵篩孔通過率、混合料溫度等關鍵指標的波動情況；對每日、每周以及任何時間段里的整體生產情況進行評價，包括產量、關鍵指標的合格率、平均值、標準差和總體評價。以中面層Sup-20施工數據為例，中面層各熱料倉計量結果波動圖如圖3-1，該瀝青拌和站生產的瀝青混合料其油石比總體控制較為穩定，級配波動幅度在允許范圍之內，未發生級配超限現象。

圖3-1 瀝青混合料生產狀況實時監控

根據上、中、下面層系統分析數據，進行了關鍵參數分析，油石比、關鍵篩孔通過率評價標準分為三個等級，良好、一般、差。合格率大于98%為良好，合格率在95%~98%之間為一般，合格率小于95%為差。上、中、下面層混合料每天生產的關鍵篩孔通過率、油石比及出料溫度統計合格率均在98%以上。瀝青面層各關鍵參數合格率控制整體較好，為鎮丹高速路面質量提供了有力保障。

3.2 運輸過程監控系統

運輸車作為混合料的轉運環節，銜接瀝青混合料拌合和現場施工。

鎮丹高速在瀝青路面施工期間，在瀝青拌和樓、混合料運輸和現場攤鋪機上安裝射頻識裝置，利用射頻識別技術實現混合料裝料、運輸、卸料數據的自動采集和運輸信息的反饋功能，裝料對應的每一車混合料是拌合樓生產信息，卸料對應的是現場攤鋪的車道和段落信息，即能夠實現攤鋪段落與拌合記錄的一一對應。同時根據采集的的運輸車出廠時間和攤鋪時間計算出混合料的運輸周期，保證混合料在有效時間內能后到達施工現場并及時進行攤鋪。

利用基于射頻識別技術的瀝青混合料溯源數據庫，在數據中心后臺，將車輛信息、拌和信息、運輸信息和攤鋪信息在電腦PC端和手機端統一展示和存儲，便于工程相關管理人員的遠程管理和監控，在路面施工出現質量問題時溯源混合料。

3.3 攤鋪設備攤鋪過程監控系統

現場攤鋪是影響瀝青路面的施工質量的一個重要的控制節點，直接影響成品路面的均勻性和耐久性。攤鋪過程中的精細化控制是確保路面質量的關鍵，在瀝青路面施工過程中，必須采用有效的攤鋪質量控制，提高初始壓實功力，減少混合料離析。

鎮丹高速在瀝青路面施工期間，通過在攤鋪機上布置紅外傳感器陣列，實時獲取整個攤鋪斷面溫度數據，形成攤鋪溫度分布云圖，快速確定溫度離析區域；通過高精度GPS對攤鋪機進行厘米級定位，從而獲取攤鋪速度和攤鋪樁號；現場采集的各項攤鋪信息通過LED顯示屏在現場實時展示，并實時傳輸至后臺數據中心進行存儲和分析。

從上中下各層的路面攤鋪速度分析可知，下面層平均攤鋪速度最低，且總體較為穩定，上面層平均攤鋪速度最快，且波動性較大，變異系數為9.23%。

3.4 碾壓設備碾壓過程監控系統

瀝青混合料的碾壓是瀝青路面施工的最后一個環節，也是最為重要的、出現問題最多的一個環節。

鎮丹高速在瀝青路面施工期間，通過在壓路機上安裝車載平板電腦、移動站、紅外溫度傳感器等，通過基站與移動站的差分計算，實現壓路機厘米級定位，在壓實過程中連續測量碾壓溫度、碾壓次數和碾壓速度，采集的 碾壓數據顯示屏實時展示，并實時傳輸到后臺數據中心進行存儲和分析。

通過在駕駛室內安裝的平板電腦，可以實時將碾壓溫度、碾壓速度、碾壓次數彩圖展示給現場操作手，以便操作手碾壓時查漏補缺，保證壓實遍數控制在目標遍數的合理波動范圍以內 ，做到不漏壓、不超壓，以此提高瀝青路面壓實均勻性，確保路面壓實度和泌水性。

3.5 路面施工可視化監控系統

鎮丹高速項目使用路面施工可視化監控系統在我省高速公路路面建設中尚屬首次，使用效果良好。對于防范雨淋路段、現場不規范操作、人員不足等問題有著很強的監督作用。

圖3-2 路面施工可視化系統

4 應用效果

4.1 瀝青混合料質量控制效果

鎮丹高速公路瀝青路面工程通過智能施工技術的應用，高效的采集了施工過程中的關鍵數據，有效提高了施工質量和施工穩定性。

（1）從拌合樓計量統計結果可以看出，計量變異系數與各倉設定比例基本呈正比的關系，設定比例越小其波動值越大，如中下面層礦粉變異系數維持在4.3%左右，而上面層礦粉用量較多，下降至1.9%。上面層由于米砂（3~5mm）用量僅為5%，其變異系數較中下面層上升了約1.5%。從總體來看，4#倉、3#倉、1#倉、瀝青計量總體是較為穩定的；

（2）各層次異常盤數占總盤數異常比重均較小。但中面層開始施工階段出現了少量異常盤數，通過拌合樓監控數據分析及時提醒，施工單位能夠及時解決，有效的降低了拌合樓生產過程中各個料倉、礦粉及油石比計量變異系數，使混合料級配保持穩定；

（4）由關鍵參數合格率統計可以看出，上中下面層各參數合格率控制整體較好，為鎮丹高速路面質量提供了有力保障；

（5）各層路面攤鋪速度分析可知，下面層平均攤鋪速度最低，且總體較為穩定，上面層平均攤鋪速度最快，但波動性也在控制范圍內。

4.2 現場施工質量控制效果

瀝青路面施工質量檢測包括：路面壓實度、密水性能、離析狀況調查及路面抗滑性能等，從三個結構層整體的檢測結果匯總分析來看，上、中、下面層成品路面現場檢測結果統計，芯樣厚度、滲水系數、馬氏壓實度、旋轉壓實度合格率及上面層構造深度和摩擦系數均處在較高的水平，每日施工段落各項指標代表值均滿足指導意見要求。

4.3 項目質量提升效果

鎮丹高速公路瀝青路面工程通過瀝青路面施工智慧管控系統的應用，系統高效的采集了施工過程中的關鍵數據，對拌合樓異常問題進行了有效預警，通過對混合料運輸、攤鋪、碾壓過程中所采集數據的分析，及時的提出合理化建議，有效提高了施工穩定性和瀝青路面質量，項目自2018年通車以來，經過兩年運行，項目整體質量穩定，路面無明顯坑塘、擁抱、車轍等現象。

5 結語

瀝青路面施工智慧管控系統在鎮丹高速項目的成功應用，是物聯網技術在工程中的大膽嘗試，取得了良好的使用效果和社會效益。隨著信息技術與交通行業建設管理的逐步融合，瀝青路面施工智慧管控技術高速公路瀝青路面建設的應用，有利于公路工程進行更加高效、精準的管理，對提升施工管理精細化、建設品質工程具有重要意義。

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1007-6344（2021）01-0049-02