智能化管控技術(shù)在滁天高速路面施工中的應用

文｜長沙云軟信息技術(shù)有限公司 肖利君；安徽省交通控股集團有限公司 許澤寧；長沙云軟信息技術(shù)有限公司 王婭蓉

滁天高速公路采用瀝青混凝土路面施工，工程主要分為6 個標段，本文以項目第三和第四標段為例進行路面施工介紹。標段內(nèi)軟弱土（粉質(zhì)黏土）分布里程為450m，厚度1.5～7.0m，弱膨脹土分布里程為1150m，總體工程地質(zhì)條件一般。主線路面具體結(jié)構(gòu)層為4cm AC-13C（改性）+6cm AC-20C（改性）+8cm AC-25C ，基層采用36cm 水泥穩(wěn)定碎石，底基層采用20cm 低劑量水泥穩(wěn)定碎石。施工材料的好壞及施工工藝的優(yōu)劣對路面質(zhì)量起決定性作用，若能對瀝青路面的施工進行全流程把控、精細化管理，則對提高高速公路施工質(zhì)量具有極大的應用價值。隨著信息化、物聯(lián)網(wǎng)、移動通信5G、高精度定位技術(shù)的快速發(fā)展，開展高速公路瀝青路面施工的智能化管控也成為可能。

1.瀝青路面質(zhì)量問題分析及解決思路

瀝青作為路面施工中一種重要的原材，其生產(chǎn)及運輸是造成材料質(zhì)量問題風險的關(guān)鍵因素，從源頭把控項目使用瀝青的唯一性是工程界所需解決的重要難題[1-2]。在混合料的拌合過程中，對原材料級配、拌合溫度、油石比、水泥參量、骨料用量及拌合時間等缺乏過程監(jiān)管，只能單方面地按照抽檢手續(xù)抽查小部分混合料質(zhì)量情況，并不能真實反映全部混合料生產(chǎn)狀況?；旌狭线\輸時到場時間無法保證，運輸過程中可能存在調(diào)包現(xiàn)象等，均可能影響混合料的使用質(zhì)量[3]。瀝青混合料攤鋪時，攤鋪速度直接影響攤鋪面的平整度；攤鋪溫度的不合格使攤鋪機熨平板出現(xiàn)拉毛現(xiàn)象，直接影響攤鋪效果，瀝青混合料出現(xiàn)溫度離析將引起不均勻的路面壓實度分布，從而降低路面平整度并大大縮短瀝青面層的使用壽命。碾壓環(huán)節(jié)中，初壓、復壓及終壓各階段的碾壓遍數(shù)及碾壓溫度無法實時掌控，超速碾壓現(xiàn)象頻發(fā)導致路面平整度下降等缺陷，均增加了壓實效果不理想的幾率[4-5]。

基于上述問題，本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采用智能化監(jiān)控技術(shù)實施監(jiān)測[6-8]，重點監(jiān)管瀝青原材的運輸，確保項目使用瀝青的唯一性；在混合料拌合過程中，對其生產(chǎn)過程關(guān)鍵參數(shù)進行動態(tài)監(jiān)控，并設(shè)置相應的閾值，以預警信息的方式反饋給管理人員；對混合料的運輸時間、運輸軌跡進行監(jiān)測，確保施工用料的溯源性、真實性、有效性；對攤鋪機的攤鋪速度、攤鋪溫度、攤鋪時間進行監(jiān)測，確保路面平整度達標、避免溫度離析帶來的面層壽命降低等問題；監(jiān)測壓路機的壓實溫度、壓實遍數(shù)、碾壓速度等，從而避免欠壓、過壓等問題的發(fā)生。

2.施工材料生產(chǎn)及運輸?shù)闹悄芄芸?/h2>

2.1 改性瀝青生產(chǎn)監(jiān)管

通過安裝在改性瀝青生產(chǎn)加工工控機上的采集軟件，實時獲取生產(chǎn)過程中的各項指標，如加工溫度、聚合物與基質(zhì)瀝青的比例（SBS 摻量）、發(fā)育時間周期等；通過現(xiàn)場安裝PCI 串口卡、無線模塊，將數(shù)據(jù)發(fā)送至服務器；設(shè)置數(shù)據(jù)分析模型，自動分析產(chǎn)品生產(chǎn)穩(wěn)定性、計量穩(wěn)定性和關(guān)鍵參數(shù)的變化趨勢等，同時設(shè)置預警上下限，方便生產(chǎn)管理人員及時處理，確保產(chǎn)品質(zhì)量合格。

2.2 瀝青運輸過程監(jiān)管

在瀝青運輸車輛車頂灌裝入口處和罐底出口處安裝電子鎖，根據(jù)開鎖權(quán)限配置實現(xiàn)遠程開鎖功能，同時加裝移動式車載視頻監(jiān)控實時獲取現(xiàn)場畫面。生產(chǎn)廠家瀝青充裝完成后，供貨商在系統(tǒng)內(nèi)新建一條供貨信息，將運輸車牌號、駕駛員信息、瀝青型號參數(shù)、重量、預計運輸時間等信息上傳系統(tǒng)，檢測報告隨車攜帶并上傳平臺，將運輸車輛瀝青罐所有出入口電子鎖鎖定；并在系統(tǒng)內(nèi)申請發(fā)車，經(jīng)監(jiān)理、業(yè)主等代表會簽同意方可發(fā)車。

在運輸車輛安裝車載GPS 設(shè)備，實時獲取車輛位置及運行軌跡，系統(tǒng)預設(shè)路線帶狀電子圍欄區(qū)域，運輸過程中，車輛偏離電子圍欄區(qū)域、或者長時間停留超過一小時系統(tǒng)進行報警提示，并短信/微信提醒運輸車駕駛員、供應商項目負責人、監(jiān)理、業(yè)主代表等。

在路面標場站出入口地磅處安裝智慧地磅設(shè)備，自動讀取車牌號、時間、進出站車載重量；監(jiān)管系統(tǒng)根據(jù)進出站車載重量自動換算出該次瀝青的實際數(shù)量，以此掌控瀝青的入場數(shù)量。驗收合格后，供貨商在系統(tǒng)內(nèi)對此次運輸進行申請開鎖，施工單位、監(jiān)理單位、中心試驗室、業(yè)主代表各方等在系統(tǒng)會簽，對此次運輸?shù)臑r青型號、數(shù)量、車牌號、交貨地點等信息進行簽字確認，會簽完成電子鎖方可打開。

2.3 混合料拌合生產(chǎn)在線監(jiān)管

在拌合站控制室安裝采集硬件終端，配合拌合機控制電腦上安裝的軟件采集端，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時、自動收集，再通過網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)向監(jiān)測系統(tǒng)的傳送。變混合料生產(chǎn)質(zhì)量事后把關(guān)為事前預控，從源頭解決混合料的質(zhì)量控制問題。

拌合站智能監(jiān)測系統(tǒng)對水穩(wěn)站主要采集水泥摻量、各骨料用量、用水量及拌和時間等關(guān)鍵信息。以配合比信息為基礎(chǔ)，對數(shù)據(jù)誤差進行自動計算分析，并根據(jù)配合比誤差范圍設(shè)置初級、中級和高級報警，預警信息發(fā)送給對應的管理人員，方便整改處理，節(jié)省處理時間及成本，如圖1所示。匯總形成原料及成品統(tǒng)計表，方便管理人員掌握拌合站使用情況、產(chǎn)量、產(chǎn)品質(zhì)量及原材庫存情況等。

圖1 拌合站監(jiān)管

拌合站智能監(jiān)測系統(tǒng)對瀝青站主要監(jiān)測瀝青質(zhì)量、混合料級配、油石比、生產(chǎn)溫度、各規(guī)格集料的質(zhì)量、礦粉質(zhì)量等參數(shù)，自動生成級配圖表，直觀展示級配變化過程；通過預先錄入的控制閥值，如油石比的控制上下限，篩孔通過率的上下限，一旦超過控制閥值，則進入預警狀態(tài)，發(fā)送預先設(shè)置好的警告類型。便于管理人員把控瀝青混合料的真實生產(chǎn)過程，及時處理異常情況。

2.4 混合料的運輸監(jiān)管

混合料運輸監(jiān)管將施工前后場的數(shù)據(jù)連接起來，其應用使得路面逐樁號的鋪面材料質(zhì)量溯源得到實現(xiàn)。對混合料運輸車的運輸時間進行監(jiān)管，防止因為水穩(wěn)料的凝固和瀝青料溫度降低產(chǎn)生質(zhì)量影響；對運輸?shù)能壽E進行記錄，設(shè)置電子圍欄，超出圍欄立即預警，防止司機不按規(guī)定路線行駛，以及瀝青混合料運輸過程中可能存在調(diào)包現(xiàn)象；結(jié)合混合料的攤鋪起止時間及攤鋪起止樁號，形成完整的運輸監(jiān)管鏈?？蓪崿F(xiàn)運輸分析、運輸信息查詢、質(zhì)量預警查詢等。

具體為采用無線射頻識別技術(shù)（RFID技術(shù)）進行自動辨識與追蹤物體，其優(yōu)點是能夠快速安裝并實現(xiàn)精準測量。在混合料拌合后場、攤鋪前場分別安裝采集天線，而在運輸車輛的側(cè)廂、尾廂位置安裝抗金屬干擾的電子標簽卡。運輸車輛從拌合后場出發(fā)時，即可監(jiān)控到出廠的時間，而車輛到達前場時，安裝在攤鋪機械上天線可掃描車輛的信息，此時，即記錄混合料的攤鋪時間，當混合料卸料結(jié)束離開前場，則記錄混合料的結(jié)束攤鋪的時間，借助攤鋪機械上的高精度定位設(shè)備獲取攤鋪的起止樁號、左右幅信息?？刹榭磳崟r運輸情況以歷史運輸記錄，在歷史運輸模塊中對運輸時長超過設(shè)定標準的數(shù)據(jù)標注紅色底紋，并發(fā)送信息提醒至指定的管理人員，還可查看歷史運輸軌跡回放，如圖2所示。

圖2 混合料歷史運輸

3.瀝青路面施工過程智能管控

3.1 混合料攤鋪監(jiān)管

監(jiān)管系統(tǒng)通過在攤鋪機上安裝高精度定位傳感器、線陣紅外溫度傳感器，在線獲取攤鋪速度、溫度和離析情況等參數(shù)；實現(xiàn)施工在線管理，統(tǒng)計攤鋪軌跡，并設(shè)置一定閾值，進行現(xiàn)場聲光預警、微信預警。

具體實施時，為確保網(wǎng)絡信號的穩(wěn)定，在項目部建立一個無線電基站，若條件允許在中途再建立一個無線電中繼站；在混合料攤鋪機上安裝高精度GNSS 定位板卡（支持GPS 和北斗，識別精度為厘米）獲得攤鋪位置及攤鋪速度信息，形成攤鋪速度明細，并自動統(tǒng)計速度合格率，如圖3所示；在攤鋪機熨平板處安裝多個溫度傳感器實時采集同一攤鋪斷面不同位置的溫度信息及溫度離析情況，并形成溫度明細，輔以溫度-里程坐標圖直觀展示各攤鋪溫度，以占比圖展示溫度總合格率情況；在攤鋪機頂棚處外掛LED 屏，供現(xiàn)場人員實時查看攤鋪溫度、速度信息。

圖3 攤鋪速度

在攤鋪里程模塊中，施工結(jié)果分布圖直觀地展示出各層施工狀態(tài)，分顏色標注出全路段已施工與未施工情況，如圖4所示；另外在坐標圖中統(tǒng)計出每日攤鋪的左幅及右幅里程；再羅列攤鋪明細表，記錄各結(jié)構(gòu)層攤鋪的起止時間、起止樁號、所屬左右幅位置。

圖4 施工結(jié)果分布

3.2 路面智能壓實監(jiān)管

監(jiān)管壓實機械的軌跡是獲取碾壓速度及遍數(shù)的基礎(chǔ)，本監(jiān)管系統(tǒng)建立了定位參考基站，在壓實機械上加裝了定位流動站，通過相對定位基站的位置差分信息，可實現(xiàn)壓實機械厘米級定位，從而得到壓實軌跡信息；利用加裝在壓實機械紅外傳感器，測量路面溫度；安裝的無線傳輸系統(tǒng)將數(shù)據(jù)及時上傳到中心平臺，系統(tǒng)自動判斷混合料的壓實狀態(tài)，通過建立的現(xiàn)場無線局域網(wǎng)，進行多壓路機測量數(shù)據(jù)共享；同時在各壓路機駕駛室內(nèi)安裝一個液晶顯示屏，以彩圖的形式將壓實遍數(shù)反饋給操作手，進而引導操作人員按照正確的施工方案進行施工，同時設(shè)置一定閾值，進行現(xiàn)場聲光預警、微信預警。

各碾壓監(jiān)控指標分別形成明細臺賬，詳細記錄碾壓日期、起止樁號、各指標正常與否的占比等。其中碾壓速度還輔以餅狀圖標識出總體的過快速度占比及正常速度占比；碾壓遍數(shù)中輔以餅狀圖展示遍數(shù)正常百分比和過低百分比，以坐標圖形式展示每日鋼壓與膠壓的欠壓率，并在樁號-碾壓遍數(shù)與樁號-欠壓率坐標圖中分別展現(xiàn)遍數(shù)與欠壓率的分布情況；碾壓溫度中輔以樁號-碾壓溫度坐標圖展示各樁號處的鋼壓與膠壓碾壓溫度。同時配置施工成果圖，成果圖中將碾壓遍數(shù)用不同顏色進行標識區(qū)分，如圖5所示。

圖5 施工成果圖

4.結(jié)語

在滁天高速瀝青路面的施工過程中，采用智能化管控技術(shù)動態(tài)監(jiān)測各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵指標數(shù)據(jù)，通過對大量施工數(shù)據(jù)的自動分析及利用，從而可以實時、準確直觀地反映工程質(zhì)量狀況，可以及時發(fā)現(xiàn)并分析質(zhì)量問題，采取有效的處理措施，避免了傳統(tǒng)施工的盲目性和被動性，能有效降低路面質(zhì)量問題出現(xiàn)的概率，對提高高速公路瀝青路面的施工質(zhì)量及耐久性，以及縮短工期及減少施工材料的浪費等，都具有明顯的應用價值。