浙江高速探索無人化養(yǎng)護新模式

■ 文/圖 浙江交投高速公路運營管理有限公司 胡根生 施公佐 陳劍鋒

步入“十四五”時期，無人駕駛新技術(shù)陸續(xù)在全國各地試點推廣。高速公路養(yǎng)護工程的無人化施工已按下“加速鍵”，數(shù)字化和無人化施工是未來精細化施工管理的必由之路。

2022年，“營運高速公路路面無人化施工與質(zhì)量控制技術(shù)”科技項目有關(guān)單位完成了無人化攤壓技術(shù)的迭代升級。

面對無人化施工的新時代，浙江交投高速公路運營管理有限公司（以下簡稱“浙高運公司”）創(chuàng)新提出“瀝青路面無人化養(yǎng)護施工”新模式，聯(lián)合三一重工股份有限公司（以下簡稱“三一重工”）、浙江順暢高等級公路養(yǎng)護有限公司、交通運輸部科學(xué)研究院開展課題研究，聚焦無人化機群協(xié)同施工、可視化施工控制、數(shù)字化質(zhì)量管理、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備管理和施工交通安全組織等內(nèi)容的研究，構(gòu)建起營運高速公路路面無人化施工質(zhì)量控制技術(shù)，于2020 年至2022 年間陸續(xù)在浙江省黃衢南高速公路、龍麗高速公路、金麗溫高速公路等高速公路路面養(yǎng)護工程中應(yīng)用，持續(xù)推進無人化攤壓質(zhì)量管控關(guān)鍵技術(shù)研究，驗證了無人化攤壓技術(shù)可促進營運高速公路瀝青路面養(yǎng)護施工的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化、無人化、智慧化。

/ 新形勢新挑戰(zhàn) 路面養(yǎng)護有五難/

隨著通車里程的快速增長和路面服役時間的增加，浙江省高速公路已進入建設(shè)與養(yǎng)護并重的時期，越來越多的高速公路進入缺陷責(zé)任期后的正常維修養(yǎng)護期，工作量越來越大，工程技術(shù)含量越來越高，公眾對高速公路行車安全性和舒適性的要求也越來越高。

交通組織難

大流量路段養(yǎng)護作業(yè)難以開展，極易造成路段擁堵，且施工效率較低，營運高速公路養(yǎng)護施工交通組織較為復(fù)雜。

安全管理難

高速公路瀝青路面養(yǎng)護施工時，往往有較多人員涉路作業(yè)，多采用勞動密集型作業(yè)方式，作業(yè)人員涉路安全風(fēng)險較大。

智能化水平低

路面養(yǎng)護機械設(shè)備自動化水平不高，利用信息化技術(shù)實現(xiàn)質(zhì)量管理的程度不高。

夜間施工難

瀝青路面夜間施工時，因為照明、人員易疲勞等問題影響，導(dǎo)致存在少壓、漏壓等質(zhì)量控制薄弱點。

工人老齡化

養(yǎng)護工人老齡化、缺人現(xiàn)象比較嚴重。因為瀝青路面施工作業(yè)環(huán)境較差，特別是夏季高溫時往往是路面專項施工高峰期，愿意從事高速公路路面養(yǎng)護的年輕人越來越少。

無人攤鋪機在龍麗高速攤鋪作業(yè)

/ 協(xié)作發(fā)展破難題 研用提升控質(zhì)量/

根據(jù)交通運輸部《“十四五”公路養(yǎng)護管理發(fā)展綱要》要求，要以數(shù)字化引領(lǐng)公路養(yǎng)護管理轉(zhuǎn)型升級，加快無人化養(yǎng)護施工裝備研發(fā)，研制推廣公路養(yǎng)護智能化應(yīng)用，重點包括基于物聯(lián)網(wǎng)的養(yǎng)護工程質(zhì)量管理等應(yīng)用。

2020 年，針對瀝青路面養(yǎng)護工程中存在的“五大難題”，浙高運公司積極開展技術(shù)調(diào)研，尋求科學(xué)的解決方式，最終確定借力三一重工在無人化瀝青路面施工機械設(shè)備方面的技術(shù)優(yōu)勢解決上述養(yǎng)護難題。在大量前期工作基礎(chǔ)上，浙高運公司組織相關(guān)單位在黃衢南高速采用瀝青路面養(yǎng)護無人化攤壓施工技術(shù)鋪筑了570 米試驗路，是國內(nèi)首次在高速公路上養(yǎng)護工程中應(yīng)用無人智能化集群施工。施工過程中發(fā)現(xiàn)仍存在施工準(zhǔn)備時間長、機群配合協(xié)調(diào)程度不順暢、部分機器施工控制存在停頓、路緣石測貼邊距離較遠等問題。

技術(shù)攻關(guān)

2021 年，針對2020 年試驗路中遇到的各類問題，浙高運公司聯(lián)合多家單位針對瀝青路面無人化攤壓施工技術(shù)共同開展《營運高速公路路面無人化施工與質(zhì)量控制技術(shù)》課題研究，該課題于2021 年2 月入選浙江省交通運輸廳科技項目，2021 年12 月正式入選交通運輸部2021 年交通運輸行業(yè)重點科技項目清單，旨在通過多方產(chǎn)研合作，基于物聯(lián)網(wǎng)、高精度定位、自動控制和可視化技術(shù)，通過對現(xiàn)有路面養(yǎng)護施工設(shè)備的升級改造，進一步提升其無人化施工技術(shù)水平，實現(xiàn)公路養(yǎng)護施工質(zhì)量的實時動態(tài)管理。同時，通過聚焦無人化機群協(xié)同施工、可視化施工控制、數(shù)字化質(zhì)量管理、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備管理和施工交通安全組織等內(nèi)容的研究，最終構(gòu)建起營運高速公路路面無人化施工設(shè)備與技術(shù)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工作業(yè)，實現(xiàn)數(shù)字化、智能化施工管理，自動完成攤鋪、碾壓等主要作業(yè)。

該課題研究成果既減輕了傳統(tǒng)瀝青路面機械化施工駕駛對“人”的依賴，保證施工規(guī)范性和質(zhì)量，又降低了人工成本和安全隱患，同時還通過數(shù)字化平臺監(jiān)控，達到了瀝青路面質(zhì)量智能監(jiān)管的目的，進一步提高了工程質(zhì)量監(jiān)管水平。

夜間，無人壓路機群在金麗溫高速執(zhí)行路面專項連續(xù)施工。

工程實施

2022 年，各有關(guān)單位以問題為導(dǎo)向，不斷尋求解決方案，多次進行試驗研究，經(jīng)過針對設(shè)備在質(zhì)量控制方面的持續(xù)技術(shù)攻關(guān)，完成了無人化攤壓技術(shù)迭代升級。2022 年8 月3 日9 時，隨著最后一臺無人駕駛雙鋼輪壓路機開始瀝青路面碾壓作業(yè)，兩臺無人攤鋪機和5 臺雙鋼輪無人壓路機實現(xiàn)了無人集群化攤壓作業(yè)，浙高運公司龍麗高速瀝青路面養(yǎng)護成套無人化機械常態(tài)化施工在麗向k445+050 點位正式拉開序幕，最終累計實施無人化施工8 天，累計施工長度約4.8 公里，其中白天施工6 天，夜間無人化施工2 天。

在實施過程中，針對養(yǎng)護工程特點研究了貼邊壓實、防過壓漏壓、平整度控制、機群加水、夜間施工等一系列質(zhì)量控制要點。從工后檢測結(jié)果來看，在施工平整度控制技術(shù)、設(shè)備協(xié)調(diào)程度、施工工效等方面對比之前均有較大提升，驗證了無人化攤壓技術(shù)的工程質(zhì)量可滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，在公路養(yǎng)護工程中已具備推廣應(yīng)用的條件。施工時可在監(jiān)控后臺獲取各設(shè)備運轉(zhuǎn)情況及實時狀態(tài)，隨時進行路徑規(guī)劃與調(diào)度。正常作業(yè)時，與普通人工作業(yè)相比，可將壓路機、攤鋪機操作手從超過160 攝氏度的瀝青混合料周圍“解放”出來。

/ 精細管控有優(yōu)勢 安全高效有突破/

該課題基于物聯(lián)網(wǎng)和多傳感器實現(xiàn)覆蓋裝備動態(tài)、施工管理、質(zhì)量監(jiān)測、安全防控、問題溯源的多維度多目標(biāo)無人化施工質(zhì)量控制技術(shù)。有關(guān)設(shè)備配備、調(diào)試、集成多種傳感器，能通過北斗高精度定位技術(shù)確定現(xiàn)場施工管理范圍、裝備動態(tài)位置、人員行動軌跡、安全圍欄邊界等關(guān)鍵參數(shù)。同時，圍繞北斗高精度定位技術(shù)開展公路施工管理的應(yīng)用創(chuàng)新研究，提升定位接收機的精度、耐候性、適應(yīng)性等指標(biāo)，充分發(fā)揮高精度定位的技術(shù)優(yōu)勢，將其與施工管理、質(zhì)量評價、安全防控等目標(biāo)緊密結(jié)合。無人化養(yǎng)護施工嚴格按照設(shè)定工藝參數(shù)實施，包括攤鋪速度、初/復(fù)/ 終壓路機碾壓速度、碾壓遍數(shù)、搭接寬度等工藝參數(shù)，確保在無人化罩面施工過程中，機群攤鋪速度能夠自適應(yīng)，碾壓過程中不會出現(xiàn)漏壓、欠壓問題，施工過程控制更加嚴密、質(zhì)量更均勻。

環(huán)境高精度識別

基于高精度定位技術(shù)實現(xiàn)對復(fù)雜作業(yè)環(huán)境下多障礙物（護欄、路緣石、中央分隔帶等）的識別，與設(shè)備自動控制系統(tǒng)協(xié)同應(yīng)用實現(xiàn)全斷面的路面養(yǎng)護無人化施工。

傳統(tǒng)設(shè)備的傳感儀器無法精確識別護欄、路緣石，安全制動系統(tǒng)容易誤判引發(fā)壓路機停機，導(dǎo)致施工設(shè)備難以對路側(cè)邊緣處進行攤鋪碾壓，無法實現(xiàn)路面全斷面的無人化施工。無人壓路機結(jié)合高精度定位技術(shù)和自動駕駛技術(shù)，將行走精度控制在厘米級，可以根據(jù)道路線形，在保證施工安全的前提下，實現(xiàn)“零”貼邊碾壓，有效解決貼邊碾壓不到位、碰撞路緣石等問題。

多重安全保障

為保證成套智能化設(shè)備的自動駕駛作業(yè)時設(shè)備和人員的安全，系統(tǒng)采用多級安全保障措施，包括：電子圍欄、主動避障、車身緊停開關(guān)和遠程遙控緊停裝置。

電子圍欄根據(jù)道路施工范圍，確定無人施工安全作業(yè)區(qū)域邊界，形成安全施工區(qū)域，形成電子圍欄。結(jié)合高精度定位信息，當(dāng)機群中任意設(shè)備的邊界超出設(shè)定范圍后，設(shè)備立即停車并報警。

主動避障無人駕駛壓路機通過毫米波雷達和激光雷達組合方式實現(xiàn)前后方障礙物檢測，在作業(yè)過程中實現(xiàn)主動避障功能，可有效識別前后方障礙物，并對障礙物距離精準(zhǔn)把控，自動控制減速和停車，解決傳統(tǒng)人工視覺盲區(qū)隱患，杜絕施工過程安全事故。

車身緊停開關(guān)壓路機前部左右位置設(shè)置有紅色緊停開關(guān)。

遙控急停可人工通過遙控裝置，遠程控制無人壓路機停止，遙控最大距離約100 米。

三色燈無人壓路機車頂安裝有紅、黃、綠三色燈，用于顯示壓路機狀態(tài)。

連續(xù)高效施工

無人化施工可實現(xiàn)24 小時連續(xù)作業(yè)。因為施工過程無需操作工手，施工中途管理人員和輔助人員可以快速輪崗吃飯或休息，實現(xiàn)多班組無縫切換，做到“人停機不停”，提升施工作業(yè)效率，減少停機帶來的質(zhì)量問題。成套無人攤壓機群采用高精度衛(wèi)星定位技術(shù)，在夜間無照明條件下可以實現(xiàn)高精度碾壓作業(yè)和貼邊碾壓作業(yè)，有效解決傳統(tǒng)施工中夜間視線不好、人員疲勞等問題，大大提高夜間施工質(zhì)量和可行性。

未來，浙高運公司將聯(lián)合各有關(guān)單位繼續(xù)深化路面養(yǎng)護無人化設(shè)備應(yīng)用研究，持續(xù)強化路面智聯(lián)管控系統(tǒng)、自動化路況檢測設(shè)備應(yīng)用，強化養(yǎng)護數(shù)字化管理，有效加強施工過程中事前、事中及事后的管理與控制，力爭打造全方位全過程的路面專項數(shù)字化管控體系，為行業(yè)推廣快速、準(zhǔn)確、有效的施工質(zhì)量信息化監(jiān)測手段提供借鑒，促進營運高速公路瀝青路面養(yǎng)護施工的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化、無人化、智慧化。

無人壓路機群在龍麗高速碾壓作業(yè)