國省干線智能養護泰州先行

2022-02-26 08:34:46泰州市公路事業發展中心李雙姐盧寧張俊龍

中國公路 2022年1期

文/圖|泰州市公路事業發展中心李雙姐盧寧張俊龍

2021年11月25日，江蘇省普通國省道養護現代化現場推進會在泰州市召開，與會人員積極交流國省干線養護經驗，并觀摩智慧養護施工現場。近年來，泰州公路致力豐富“蘇式養護”樣板內容，為國省干線現代化養護施工示范、探路。

無人集群施工真正實現了路面養護工程的無人化、標準化和智能化。

堅持問題導向，泰州公路守正創新，聯合科研單位，把智慧養護作為新方向和新途徑，選擇貨車流量較大的省道506線長江大道段（以下簡稱“省道506線”）作為江蘇省首條國省干線智慧養護現代化施工示范段，通過建立精細化養護設計、智能化養護施工、安全性養護作業、全壽命周期性能監測，以及快速、耐久、低碳的養護技術，構筑全方位智慧養護體系，充分運用大數據、物聯網、人工智能等技術，借助北斗高精度定位、智慧粒子監測、無人集群協同施工、新型復合材料、新科技施工工藝，助力“蘇式養護”跨入“智慧養護”時代，以營造更舒適的公路出行環境，更好地服務公眾出行。

人工智能助力病害檢測

省道506線31公里至32.1公里段采用了攜帶高清視覺與三維探地雷達的道路檢測機器人，其在自主規劃路徑之后，可以每小時1.5萬平方米的速度對1.1公里路段的路面及路基等全部結構進行檢測，并通過無線網絡將數據導入系統自動生成道路3D建模，為分析、治理道路病害奠定基礎。

檢測結果顯示，該檢測路段路面損壞235處，類型包括龜裂、縱向裂縫、橫向裂縫、坑槽、修補和唧漿，總面積約309.5平方米，其中主要類型為包含帶狀修補和塊狀修補的修補損壞，占路面損壞總面積的89.7%；該路段存在結構病害67處，類型包括裂縫、疏松、脫空和沉陷，總面積約847.7平方米，主要類型為疏松和裂縫，占結構病害總面積的86%。

根據檢測機器人的檢測結果，公路養護人員提出了相應建議。例如，針對該檢測路段31公里至31.3公里段下行的第二和第三車道，建議挖除原瀝青面層和水穩基層，重新加鋪水穩基層和瀝青面層；該檢測路段31.53公里至31.64公里段左幅的第二和第三車道，建議銑刨4厘米老舊瀝青混合料上面層，針對基層、底基層的裂縫、疏松、脫空、裂縫等結構病害，采取注漿加固措施。此外，還建議在省道506線養護期結束后，重新加鋪瀝青混合料上面層。

檢測機器人在采集分析路面信息后，上傳檢測結果至系統平臺。養護人員可以在平臺上根據實際養護工作需要，管理、使用和查詢檢測結果。檢測結果主要以二維視圖模塊、三維視圖模塊和報告管理模塊3種形式展示，能直觀清晰地反映所檢測路段在大中修養護前的全結構病害情況，對比驗證大中修養護工程項目設計方案的合理性，為進一步的精細化設計，以及降本增效提供有力的數據支撐。

智能觀測守護路面健康

全壽命周期路面性能觀測站，具備連續數據自動采集功能，無需人員檢測和封路，能夠在公路運營過程中實時監測路面性能，判斷路面健康狀況。

省道506線智慧養護工程項目采用無線版智慧粒子，選定了6個關鍵斷面，分別在重載車道輪跡帶位置埋設智慧粒子：橋面7.13公里處上下行兩個斷面，常規路面4.3公里處上行、8.3公里處上行、32.22公里處上行和31.83公里處上行4個斷面埋設顆粒。

全壽命周期路面性能觀測站實現了在公路運營過程中實時采集時間、溫度、路面內部三軸正應力、三軸加速度及歐拉角四元素等數據，利用例如低功耗藍牙傳輸協議等無線方式和有線方式傳輸數據至路邊接收器，再由接收器上傳至云端數據庫分析處理，最終評價路面的力學性能，為公路后期預防性養護提供科學決策依據。

全壽命周期路面性能觀測站還能夠實現長時多年的實時高頻數據采集。其中，采集的位移和轉角姿態信息，可以作為監測路面車轍、推移的病害的依據；應力應變信息可以反算路面的模量，進而判斷路面的疲勞狀態；溫度、濕度信息，可以作為判斷路表是否有結冰隱患的依據，從而即時撒布融雪劑，保障行車安全。

無人集群實現智能施工

省道506線智慧養護工程項目在全省首次采用全套路面智能施工技術，實現“攤鋪機+壓路機”無人集群施工，真正實現路面養護工程的無人化、標準化與智能化。

省道506線智慧養護工程項目路面智能施工采用了3項新技術，即“攤鋪機+壓路機”無人集群施工技術、路面智能壓實技術和智能測溫測厚技術。

機器人自主檢測建模

預判風險聲光預警

“攤鋪機+壓路機”無人集群施工共包含1個攤鋪梯隊和3個壓實梯隊。第1梯隊包含1臺無人攤鋪機，第2梯隊為初壓梯隊包含2臺無人雙鋼輪壓路機，第3梯隊為復壓梯隊含2臺無人雙鋼輪壓路機，第4梯隊為終壓收面梯隊包含1臺無人雙鋼輪壓路機，碾壓梯隊采取梯形推進的方式連續作業。該無人化集群施工精度可達到2厘米以內，結合毫米級數據采集統計碾壓遍數，能杜絕過壓和漏壓現象。

路面智能壓實系統通過在壓路機上安裝振動加速度傳感器及溫度傳感器等，運用微波通訊天線和衛星定位系統定位壓路機，實時解算當前位置的路面壓實質量，同時運用互聯網無線“數字化”傳輸，實現電腦端和手機端全程實時的路面壓實質量可視化監控。

在攤鋪機的熨平板上還裝有智能測溫測厚設備，其采用獨有的雷達檢測及紅外線測溫技術，雷達波的測厚精度達到0.1毫米，能實現攤鋪路面的松鋪厚度和溫度的實時連續跟蹤，再輔以在線預警功能，避免厚度和溫度不滿足要求，通過圖形化展示實現施工過程控制可視化，可大幅提升施工質量。

智能管控強化事前控制

為把施工質量從事后把關轉向事前控制，省道506線智慧養護工程項目基于物聯網的公路工程施工質量管控技術，運用動態管控的方法，為公路工程施工質量管理提供了一種全新的信息化管理模式。

硬件改造方面，省道506線智慧養護工程項目應用的瀝青面層智能管控系統，主要以瀝青混合料從拌和生產到施工現場管理的全過程作為管理對象，運用質量動態管理的方法，采用軟硬件結合的手段，通過改造或利用現有的各類設備，充分運用基于物聯網架構的傳感技術和基于4G和5G的傳輸技術，實時采集瀝青混合料的生產過程及施工過程中的數據信息，并采用無線網絡傳輸，通過通信模塊及時上報至服務器，實時分析、預警、評價，形成有關決策。

管控系統方面，江蘇省普通國省道養護現代化質量管控系統集成現場管控、運輸車管控、拌和樓管控、視頻監控4大功能。

在無人集群施工提高了作業效率的同時，保障施工質量也是重中之重。在攤鋪作業過程中，通過在攤鋪機上安裝智能傳感、視頻監控等設備，實時采集攤鋪時間、位置、速度、溫度、厚度等關鍵參數，指導養護作業規范施工。同時把采集到的壓路機碾壓溫度、速度、遍數等數據傳輸至平臺，平臺同步顯示壓實云圖，實時展示超壓、漏壓、欠壓等情況，保障無人集群施工作業規范，實現壓路機現場組網、機群通訊和協同作業，動態、真實地反映工程質量狀況，發現偏差及時預警糾偏，消除了數據流轉過程中的人為干擾因素，實現了預防為主、生產施工過程控制的質量保證體系，有效防范了假數據、假資料等弄虛作假行為。

該管控系統實時采集上傳運輸車的信息、時長、溫度、軌跡、到場時間、攤鋪樁號等數據，實時展示運輸車當前作業狀態，并對運輸路線設置電子圍欄，規定運輸車輛行駛路線和范圍，實現運輸混合料溫度預警、運輸超時預警、軌跡偏離預警，全程監管運輸過程，并根據運輸車輛在途監測混合料的高溫老化狀態，組織施工攤鋪。

拌和樓管控系統通過物聯網、大數據及移動通訊等技術，在瀝青拌和樓安裝數據采集終端，實時統計當天生產量、生產盤數、合格盤數、預警盤數、處置率，并統計分析油石比走勢、關鍵篩孔通過率波動、加熱溫度、拌和時間走勢等數據，實現混合料生產“事前預控、事中監控、事后分析”，保證瀝青混合料生產質量。當數據超出預警閾值時，將分級推送預警信息至有關管理人員，實現質量問題整改閉合，階段性生成技術分析報告，達到了施工過程實時全面監管的目的，改變了傳統的人工生產、施工的管理方式，一定程度上減少了人員投入，節約了人工成本。

拌和樓管控系統實現了瀝青混合料拌和環節的全程實時監管，改變了傳統的人工生產和施工的管理方式，一定程度上減少了人員投入，節約了人工成本。

現場攤鋪作業時，作業人員進入攤鋪機視頻監控抓拍區域，該管控系統將自動抓拍，并在現場發出語音播報。同時，旁站監理及時發現情況，提示施工作業人員迅速離開危險區域。視頻監控設備在監控現場實時影像的同時，還將識別、分析、抓拍發生在指定區域內的不安全行為，并推送至相應責任人處。有關責任人將依據推送信息落實整改，現場語音也將同步播報提示，可有效避免事故的發生，保障施工的安全。

該管控系統支撐省道506線智慧養護工程項目達到全面質量管理的要求，實現各方對工程質量的動態控制，確保公路工程施工質量、施工安全，對延長瀝青路面使用壽命，節約后期運營養護成本具有重要的推廣意義。

物聯傳感可視化管理

免振免養水穩基層技術

傳統水泥穩定碎石基層由于水泥膠結材料特性，施工完成后需要7天保水養生，對施工效率及施工連續性造成很大影響。為提高水穩基層施工效率，省道506線智慧養護工程項目采用免振免養水穩基層技術，保障大中修養護路段施工快速通車，減少施工過程中道路通行安全隱患。

省道506線智慧養護工程項目安排專業團隊，從施工前期培訓工作開始介入，對室內驗證、拌和樓調試免振壓劑摻量、生產、運輸、攤鋪、碾壓及后續的灑水養生全過程進行質量管控。

在拌和樓設備改造與調試時，根據經驗確定皮帶轉速，單放集料，取樣稱出100厘米輸料帶上不同規格集料的重量，計算實際用料的配比，并根據施工配合比進行調整；按正常生產產量拌制水穩混合料，在輸料帶上取水穩混合料，測定含水量和水泥劑量，對拌和樓計量系統的精確性和混合料級配進行了進一步測試，經檢測拌和樓的性能完全能滿足施工要求。免振壓劑采用料倉投放，在下料口用點焊的方式用擋板擋住，預留約5厘米作為下料口，采用4%水泥劑量對應10%免養生材料比例生產。

免養生水泥穩定碎石施工時料車運輸、倒料均采用全程油布覆蓋的方式進行，混合料運輸到現場的含水量能得到保證。壓實方案為初壓：雙鋼輪壓路機靜壓2遍；復壓：單鋼輪壓路機靜壓8遍；終壓：膠輪壓路機靜壓2遍。本次施工過程共投入設備為1臺攤鋪機、1臺雙鋼輪壓路機、2臺單鋼輪壓路機和1臺膠輪壓路機。

在養生滿足20小時養生期后對施工段落進行取芯工作，免養生水泥穩定碎石芯樣基本完整，芯樣厚度基本滿足要求。從室外檢測結果可以得知，選用免養生水泥穩定碎石取芯結果能夠達到預期的效果。免振免養水穩基層施工完成后，隨即進行上層瀝青結構層施工，在封閉的環境中快速達到與傳統水穩要求的通車強度，減少交通封閉時間和安全隱患。不需振動僅靠靜力壓實就能滿足設計要求，有效降低施工噪音和振動對周邊環境的影響，具有很好的環境友好特性。

灌漿復合瀝青路面

省道506線智慧養護工程項目針對國省干線交叉口、貨運通道等渠化交通嚴重，反復發生車轍的病害路段，采用灌漿復合瀝青路面，解決常規瀝青路面車轍病害這一“頑疾”。

省道506線智慧養護工程項目安排專業團隊，從施工前期培訓工作開始介入，全過程參與配合比設計優化，對混合料拌和從質量控制，到施工現場的混合料攤鋪、碾壓，以及灌漿實施進行全程技術把關。施工期間氣溫在15攝氏度以上，滿足灌漿施工要求，在基體瀝青混合料空隙率高達20%至28%的路面中，灌注以特殊漿體為主要成分的復合路面，按時保質地完成了灌漿復合瀝青路面施工任務。

在施工期間，技術團隊從配合比設計、瀝青混合料生產、現場施工攤鋪、碾壓等環節進行全過程質量監控，確保了基體瀝青混合料質量；灌漿復合瀝青路面既保留瀝青混凝上路面主要使用品質，又具有水泥混凝土路面部分性能的路面結構型式，形成剛柔并濟的路面結構層，具有瀝青路面美觀舒適的同時兼備剛性路面的穩定性，有效解決了瀝青路面在重載、高溫條件下產生嚴重車轍病害的問題；施工后2小時即可通車，減少交通封閉時間和安全隱患。

省道506線智慧養護工程項目通過智能化升級養護人員傳統的穿戴設備，實現了在車輛沖向養護作業區域時，養護人員可以提前獲得預警并及時撤離危險區域。

智慧粒子高精度采集

智能預警保護項目安全

為保障公路養護作業安全，結合實際情況，省道506線智慧養護工程項目擬通過對傳統的養護作業安全設施及養護作業人員穿戴設備進行智能化升級，以實現當發生過往車輛正對養護區域沖擊時，養護人員能夠提前獲得預警并及時撤離危險區域，全面保障養護人員人身安全。

省道506線智慧養護工程項目應用了安全智能警示裝置，例如安全哨兵和智能手環等，為養護作業人員提供主動防撞預警。

其中，智能警示錐桶由微波雷達、5G傳輸、多色警示燈、大容量電池和高響度揚聲器組成，標準配置為1組2臺，分為探測桶和警示桶，警示桶設置在作業區中間，探測桶布置于作業區后方，探測桶主要通過警示燈引導車輛避讓，同時使用微波雷達波實時探測后方入侵車輛，如果過往車輛以不低于每小時40公里的速度正對養護作業區域沖擊，當車輛與探測錐桶的距離小于30米時，警示錐桶與人員肩燈將發出聲光電預警，提醒養護人員及時撤離危險區域。兩錐桶之間最大通訊距離是200米，作業人員收到提醒后有6秒至10秒的黃金逃生撤離時間，避免人員傷亡事故的發生。如果遇到險情，養護施工人員可以通過手環一鍵呼救，管理中心及時收到報警定位和現場情況信息，并迅速采取應急措施。