瀝青混合料攤鋪碾壓信息監測的聯動系統研究

梁葉云 崔培強 田孝武 歐陽奕波

摘要 為了實現攤鋪機、碾壓機和服務器協同工作，減少低溫環境瀝青路面施工過程中設備更換環節浪費時間，確保在低溫環境下的有效時間內完成攤鋪碾壓，通過在建立施工現場的定位基站，測量壓實機械的行走軌跡，獲得每個段落樁號的路面材料的壓實遍數，對施工中存在的薄弱環節及時予以反饋。文章結合室內外實驗：在攤鋪碾壓機上安裝主要設備及配件，采用智能裝置、無線信號傳輸、大數據智能分析、實時監測等手段實現設備智能化協同運行，通過對相關數據監測分析指揮碾壓設備開始協同工作，確保低溫環境下碾壓溫度、速度、遍數達到預期值，保證低溫瀝青路面施工質量。

關鍵詞 有效時間;協同運行;智能分析;大數據

中圖分類號 TP277;U416.217 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）02-0001-05

0 引言

在高速公路工程建設過程中，為滿足項目進度的要求通常會延長瀝青混合料的施工季節，很有可能出現瀝青混合料在低溫環境下進行施工。在瀝青混合料攤鋪碾壓過程中，若環境溫度過低，攤鋪后瀝青混凝土降溫速率快，攤鋪碾壓過程浪費時間會對路面的壓實度產生影響，壓實度達不到標準，會造成路面間混料空隙偏大，冬季的雪雨水沿著路面空隙向下方滲透，路基和基礎層的含水量會變大，韌性抗壓強度會降低，由于交通運輸車輛負載的作用，造成路面早期損壞，如路面變形及破壞，行車安全和道路使用壽命受到影響。

熱拌瀝青混合料在低溫環境下施工過程中，為了有效控制現場壓實時間，膠輪壓實遍數、鋼輪振動壓實遍數、總壓實遍數、壓實溫度等是關鍵的監控指標量，將現代計算機通信技術、互聯網技術等新興的科學技術[1-3]與傳統道路工程施工相結合，采用軟硬件結合的方式實現設備無縫銜接運行，確保有效溫度內完成瀝青攤鋪碾壓工作，實現瀝青路面施工質量動態控制，這也是近年來國內外學者研究的重點內容。為此，項目組在試驗段實施過程中，制定了詳細的信息化監測[4-5]措施。

1 攤鋪碾壓設備信息化研究

在攤鋪碾壓機上安裝可伸縮的紅外溫度傳感器、高精度GNSS定位設備、LED顯示器、車載平板電腦，再配SIM物聯卡、Wi-Fi無線通信模塊、配套天線及配件，采用智能裝置、無線信號傳輸、大數據智能分析、實時監測等手段實現設備智能化協同運行[6-7]，如圖1所示。當攤鋪機攤鋪溫度、速度、面積達到智能規定值后，大數據中心收集分析數據后指揮鋼輪壓路機、輪胎壓路機、振動壓路機開始協同工作，確保低溫環境下在規定的碾壓溫度、速度、遍數下完成攤鋪碾壓。四套設備工作無縫對接，比傳統人工測量溫度、數碾壓變數、指揮攤鋪碾壓提高了低溫瀝青路面施工效率，確保低溫環境下在有效攤鋪壓實時間內完成全部的攤鋪碾壓工作，確保瀝青路面質量。與此同時可查閱任意樁號段落路基工程的攤鋪碾壓質量，包括攤鋪碾壓軌跡、攤鋪碾壓遍數、攤鋪碾壓速度、完成攤鋪碾壓遍數的時間等信息，客觀評價各標段的施工質量;利用系統軟件對各段落的攤鋪碾壓質量進行控制，按照最終產品的理念，科學客觀地了解低溫路面攤鋪碾壓質量，并作階段性的計劃調整。

2 攤鋪設備信息化設計研究

瀝青路面的攤鋪環節對于路面施工質量影響較大，一是攤鋪溫度的高低決定了路面碾壓的初始溫度狀態;二是攤鋪速度的大小對于攤鋪的夯錘振級引起的路面初始壓實度影響較大。因此，圍繞著瀝青路面攤鋪環節的工藝，主要包括攤鋪、速度、溫度、作業里程等信息的設計，如圖2、圖3所示。

2.1 瀝青路面攤鋪溫度信息化研究

傳統的瀝青路面攤鋪溫度測量主要通過現場人員手持玻璃溫度計進行測量，測量時間長，導致測量的頻率不能滿足實際施工要求。目前，紅外溫度儀因具有使用方便、反應速度快、靈敏度高、測溫范圍廣、可實現在線非接觸連續測量等眾多優點，正在逐步地推廣應用。

瀝青路面溫度測量采用紅外溫度傳感器進行鋪面溫度測量。為同時獲得瀝青路面的攤鋪溫度，以及橫向溫度分布情況，生產加工一型材模具，固定于攤鋪機踏板處，型材長度與攤鋪機攤鋪寬度一致，且能隨著攤鋪寬度的變化進行伸縮;型材上設有溫度傳感器安裝孔，安裝孔間隔為10 cm，可進行溫度傳感器安裝位置的調整。共5個溫度傳感器安裝在型材安裝孔中，安裝位置可進行調整，確保安裝位置分別對應攤鋪機的中縫、掛桿、邊緣位置;5個溫度傳感器按照信號轉換的次序進行編號，如圖4、圖5所示。

2.2 瀝青路面攤鋪速度、里程信息化研究

該研究通過采用厘米級的高精度地理信息的定位設備，在攤鋪機械上安裝高精度的定位設備，獲得攤鋪運動痕跡的地理信息，從而實現對瀝青混合料的攤鋪里程、攤鋪速度實時監管統計。同時為使測量結果除了反饋給后場的質量管理人員，也及時反饋給現場施工人員，研究過程中開發了LED屏外掛為載體的實時反饋體系，確保現場人員第一時間了解攤鋪信息。

2.3 現場設備配置

混合料攤鋪監管現場設備主要有紅外溫度傳感器、LED顯示屏等。具體設備如表1所示。

3 碾壓設備信息化設計研究

3.1 系統設計方案

瀝青路面壓實的3個參數為壓實速度、壓實溫度、壓實遍數，路面的壓實過程中如能很好地控制上述參數，即可保證路面壓實度。瀝青路面智能壓實需要路面溫度的實時反饋，操作手通過反饋信息控制碾壓速度和碾壓遍數，指導操作手進行施工，而且能夠保證操作手之間的信息互通，避免出現超壓、漏壓，如圖6、圖7所示。

3.2 碾壓速度、碾壓遍數的研究

國內已有部分單位采用GPS、GLONASS等定位系統進行攤鋪速度、碾壓速度的測量采集。但一般民用定位精度約在5 m左右。對于瀝青路面施工工藝而言，傳統的定位技術無法真實測量出攤鋪、壓實的速度信息。該研究借鑒RTK實時動態控制系統，在瀝青路面施工現場建立定位基準站，在施工機具上安裝流動站，基準站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站，實現厘米級的定位，滿足了壓路機、攤鋪機的軌跡定位。

（1）根據設計圖紙、現場測量，對項目路線進行建模。根據設計圖紙、項目路線的起終點坐標位置，經過現場控制點的復測，建立項目的線形圖，如圖8。

（2）現場架設定位參考基站，與省測繪部門CORS網絡聯測統一坐標。在項目經理部或是固定的地方，設立定位參考基站，為安裝在壓實機械上的流動站提供差分信號。同時為了保證定位參考基站的坐標位置是絕對準確的，一般需要和省測繪局的CORS網絡進行聯測，確保坐標位置的正確性，如圖9。

（3）現場壓實機械上安裝定位設備，與基站采用電臺或GRPS網絡通信。在現場壓實機械上安裝高精度定位設備，該項目所用的GNSS高精度定位設備為上海華測導航提供，采用北斗二代+GNSS雙三星八頻GNSS板卡，通過定位基站的差分信號，現場定位設備水平精度達到（10±0.5×10?6×D）mm，可對現場壓實機械進行速度、遍數的測量。

（4）現場自組Wi-Fi網絡，實現機械之間的通信互聯、數據交換共享。測量結果不僅反饋給施工管理人員，還需要反饋給現場壓實機械操作手，而壓實機械操作手不僅要觀測到單機的狀態，更要看到現場機群的整個作業數據。該項目建立施工機群的無線Wi-Fi局域網，實現多機械的測量數據共享。在瀝青路面碾壓遍數統計中，往往由多個機械共同完成一個周期，此環節需要利用計算機輔助系統，共享所有采集數據，并判斷每個機械所實施操作到底為第幾遍，為后期根據壓實度倒推需要碾壓遍數提供基礎。

（5）壓實溫度測量。通過在壓實機械上加裝紅外傳感器，進行路面溫度的實時測量，并通過定位設備集成處理位置、溫度的信息，將采集溫度信息附上地理信息。

3.3 現場設備配置

混合料碾壓監管現場設備主要有GNSS接收機、MC100主機等。具體設備如表2所示。

4 攤鋪碾壓設備信息化功能

4.1 攤鋪設備系統實現功能

該研究通過在建施工現場的定位基站，測量壓實機械的行走軌跡，獲得每個段落樁號的路面材料的壓實遍數，對施工中存在的薄弱環節及時予以反饋。

該研究預期可實現的效果包括：

（1）工程建設業主單位、質量管理人員。通過PC電腦遠程查看每個標段工地的施工狀況，包括當天施工段落、投入機械數量等信息，實現無死角的質量巡查;可查閱任意樁號段落路基工程的壓實質量，包括壓實遍數、壓實軌跡、完成壓實遍數的時間、壓實速度等信息，客觀評價各標段的施工質量;利用系統軟件對各段落的壓實質量進行打分，按照最終產品的理念，科學客觀地了解工程建設質量，并作階段性的計劃調整。

（2）施工項目管理人員。利用信息系統統計每天的施工段落長度，準確地進行施工進度測算;可對單臺施工機械的工作狀態進行評價，比如每天碾壓距離、振動狀態的碾壓距離、開始與結束的工作時間、怠工時長、單臺機械出現“漏壓”的概率值等信息，對工程機械進行有效管理，剔除對施工質量貢獻較小的單臺設備，提高管理水平。

（3）壓實機械操作人員。利用安裝在駕駛室內的互聯反饋系統，讓操作手了解施工段落出現“漏壓、超壓”的具體位置，指導操作手進行操作。

4.2 碾壓設備系統實現功能

該研究設計了一套瀝青混合料的攤鋪監管系統，監管的內容包括：

（1）實時觀測瀝青攤鋪機的行走速度，階段的攤鋪里程。

（2）實時觀測瀝青混合料鋪面的溫度，及整個斷面的溫度分布情況。

（3）觀測瀝青混合料攤鋪厚度。

（4）采集數據存儲于設計的獨立數據庫中，可長期存儲于服務器。

（5）隨時根據攤鋪機編號、樁號等條件，查詢攤鋪作業狀態，包括攤鋪具體位置、軌跡等信息。

5 結論

（1）為驗證信息化監測的可靠性，項目組成員重點對現場人工檢測的溫度與信息化采集的溫度數據進行對比分析，信息化自動檢測的各環節溫度與現場實際測試數據基本一致，表明在瀝青路面攤鋪碾壓過程中采用信息化監測能較好地反映現場實際情況，便于現場施工質量控制。

（2）在瀝青混合料攤鋪碾壓過程中采取信息化監測措施，有利于施工單位對現場施工質量進行動態控制。

參考文獻

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