路面施工信息化管理系統(tǒng)在瀝青路面施工中的應(yīng)用

作者簡(jiǎn)介：

李杰科（1988—），工程師，主要從事高速公路工程建設(shè)管理工作。

為提高瀝青路面施工效率，增強(qiáng)路面性能，減少不必要的返工及延長(zhǎng)路面使用壽命，文章以大新至憑祥高速公路為例，在瀝青路面施工過(guò)程中引入路面施工信息化管理系統(tǒng)，對(duì)混合料的生產(chǎn)、運(yùn)輸、攤鋪及碾壓等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)可視化、數(shù)據(jù)化的方式反映路面施工情況。結(jié)果表明：該系統(tǒng)可有效提高瀝青路面施工過(guò)程中機(jī)械的作業(yè)效率，同時(shí)降低了安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)及管理成本；通過(guò)對(duì)施工過(guò)程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、分析，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)輔助糾偏和遠(yuǎn)程管理，助力提升路面施工質(zhì)量。

高速公路；瀝青路面；路面施工信息化管理系統(tǒng)；實(shí)時(shí)監(jiān)控

中圖分類(lèi)號(hào)：U416.217 A 10 028 4

0 引言

瀝青路面因其行車(chē)舒適性好、抗滑性能優(yōu)、施工方便及后期養(yǎng)護(hù)便捷等優(yōu)點(diǎn)，成為高速公路鋪裝的首選工藝［1-2］。然而瀝青混合料在拌制、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等過(guò)程中的質(zhì)量控制對(duì)路面的耐久性影響極大。在混合料拌制過(guò)程中，過(guò)高的溫度會(huì)影響瀝青與集料的粘結(jié)性，從而使混合料的穩(wěn)定性降低；在運(yùn)輸過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格對(duì)混合料進(jìn)行保溫和防污染，減少外部因素對(duì)混合料施工工藝的影響［3］；在混合料攤鋪過(guò)程中，攤鋪工藝、攤鋪速度等，都會(huì)影響路面的使用壽命［4］；碾壓過(guò)程對(duì)路面的空隙率、壓實(shí)度及其耐久性的控制起著重要作用，如欠壓會(huì)使路面空隙率偏大，進(jìn)而導(dǎo)致水穩(wěn)定性較差，易出現(xiàn)水損害現(xiàn)象，過(guò)壓則會(huì)導(dǎo)致路面施工機(jī)械設(shè)備成本的增加，同時(shí)表層混合料易出現(xiàn)被壓碎現(xiàn)象［5］。在傳統(tǒng)瀝青路面施工過(guò)程中，碾壓一般由現(xiàn)場(chǎng)管理人員進(jìn)行管控，隨每日工作時(shí)長(zhǎng)的增加易出現(xiàn)碾壓遍數(shù)混淆、碾壓溫度把控不嚴(yán)格等問(wèn)題［6］。

為此，本文基于前人的研究，在高速公路瀝青路面施工過(guò)程中引入路面施工信息化管理系統(tǒng)，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理、過(guò)程控制和施工質(zhì)量可追溯性，旨在提高瀝青路面施工質(zhì)量、增強(qiáng)路面性能、延長(zhǎng)路面壽命。

1 路面施工信息化管理系統(tǒng)

路面施工智能管理系統(tǒng)主要基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)在拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓四個(gè)環(huán)節(jié)布設(shè)各類(lèi)傳感設(shè)備及定位設(shè)備，對(duì)施工過(guò)程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)分析和實(shí)時(shí)反饋，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)輔助糾偏和遠(yuǎn)程管理，助力提升路面施工質(zhì)量和管理效率。其技術(shù)框架如圖1所示。

1.1 智能拌和系統(tǒng)

智能拌和系統(tǒng)（圖2）的工作流程主要分為四個(gè)步驟：（1）實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)狀況，包括配合比、礦粉計(jì)量、油石比、溫度等；（2）分析評(píng)價(jià)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控指標(biāo)的數(shù)據(jù)波動(dòng)，利用極差、變異系數(shù)等對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；（3）匯總生產(chǎn)數(shù)據(jù)，主要包括異常數(shù)據(jù)、產(chǎn)量、原料消耗；（4）提醒生產(chǎn)問(wèn)題，根據(jù)前三步流程，按照管理角色進(jìn)行分級(jí)預(yù)警。通過(guò)智能拌和系統(tǒng)的實(shí)時(shí)檢測(cè)提醒，能更及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)拌和時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題。

1.2 運(yùn)輸智能管控

運(yùn)輸智能管控系統(tǒng)（圖3）利用車(chē)輛識(shí)別技術(shù)，在瀝青施工前后場(chǎng)分別安裝定位識(shí)別器，并在運(yùn)輸車(chē)輛上安裝識(shí)別終端設(shè)備，能夠準(zhǔn)確識(shí)別瀝青混合料運(yùn)輸車(chē)車(chē)輛位置、駕駛員信息、裝卸料時(shí)間、運(yùn)輸軌跡、攤鋪位置及時(shí)長(zhǎng)等多重信息并進(jìn)行全過(guò)程跟蹤，保證了瀝青路面施工前后場(chǎng)的有效銜接。

1.3 攤鋪智能管控

攤鋪智能管控利用溫度傳感器、基站等完成對(duì)攤鋪過(guò)程工藝的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)展示，實(shí)時(shí)監(jiān)控路面攤鋪施工關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如攤鋪速度、溫度和攤鋪厚度等；通過(guò)后臺(tái)數(shù)據(jù)中心對(duì)監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，包括攤鋪溫度波動(dòng)分析、攤鋪速度波動(dòng)分析、溫度離析分析和攤鋪里程統(tǒng)計(jì)等。見(jiàn)圖4。

1.4 智能壓實(shí)系統(tǒng)

在碾壓設(shè)備上安裝定位識(shí)別器實(shí)現(xiàn)碾壓速度和遍數(shù)的采集，并將信息發(fā)送至車(chē)載觸屏控制器，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)查看壓路機(jī)所在位置的樁號(hào)、碾壓溫度、碾壓速度、碾壓遍數(shù)彩圖及碾壓溫度彩圖；為機(jī)手提供作業(yè)指導(dǎo)，避免漏壓、過(guò)壓現(xiàn)象的發(fā)生，減少返工，提高使用效率。與此同時(shí)，壓實(shí)數(shù)據(jù)主要包括碾壓遍數(shù)統(tǒng)計(jì)分析、碾壓溫度統(tǒng)計(jì)分析、碾壓速度波動(dòng)分析、碾壓速度和溫度的分布分析，可將其永久保存至后臺(tái)數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)攤鋪質(zhì)量的可追溯性。智能壓實(shí)系統(tǒng)如圖5所示。

路面施工信息化管理系統(tǒng)通過(guò)以上四個(gè)環(huán)節(jié)的智能管理子系統(tǒng)，提高了瀝青路面施工過(guò)程的效率，并具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

（1）容錯(cuò)率理論：報(bào)警機(jī)制采用容錯(cuò)率理論，貼合實(shí)際情況，能有效避免報(bào)警信息冗余、受眾范圍不當(dāng)、崗位針對(duì)性不強(qiáng)等問(wèn)題。

（2）壓實(shí)均勻性分析：以路面全寬度范圍為分析對(duì)象，精準(zhǔn)分析每延米路面壓實(shí)的均勻性。

（3）數(shù)據(jù)智能處理：對(duì)異常值和有效異常值進(jìn)行智能篩選。

（4）精準(zhǔn)溯源：以路面為對(duì)象，以時(shí)間、里程樁號(hào)為導(dǎo)線，實(shí)現(xiàn)對(duì)拌和、運(yùn)輸、攤鋪、壓實(shí)全過(guò)程數(shù)據(jù)的溯源。

2 工程實(shí)例

以大新至憑祥高速公路為例，本文在混合料拌和樓、碾壓、攤鋪設(shè)備及運(yùn)輸車(chē)輛上安裝了智能壓實(shí)監(jiān)控系統(tǒng)硬件，并進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)試以確保在施工過(guò)程中的可行性。

2.1 試驗(yàn)路段信息

該路段的路面結(jié)構(gòu)形式為4 cm AC-13C改性瀝青混凝土+6 cm AC-20C改性瀝青混凝土+8 cm AC-25C瀝青混凝土+1 cm同步瀝青碎石封層+20 cm 5%水泥穩(wěn)定碎石上基層+18 cm 5%水泥穩(wěn)定碎石下基層+18 cm 4%水泥穩(wěn)定碎石底基層+16 cm級(jí)配碎石墊層。本文選取K260+000～K260+700段左幅瀝青下面層作為試驗(yàn)路段，進(jìn)行路面施工信息化管理系統(tǒng)的應(yīng)用研究分析。

該路段粗集料采用經(jīng)過(guò)二級(jí)破碎+整形處理得到的石灰?guī)r，其針片狀含量≤6.0%；細(xì)集料采用項(xiàng)目自產(chǎn)的高品質(zhì)機(jī)制砂，其砂當(dāng)量≥70%；油石比采用3.9%，礦粉用量為3%。礦料級(jí)配及國(guó)產(chǎn)殼牌A級(jí)70#基質(zhì)瀝青。指標(biāo)分別如表1、表2所示。

2.2 試驗(yàn)段施工

施工流程可分為下承層準(zhǔn)備、測(cè)量放樣、混合料拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓及交通管制七個(gè)步驟。其中，混合料壓實(shí)采用“2+4+1+1”（2臺(tái)雙鋼輪壓路機(jī)、4臺(tái)膠輪壓路機(jī)、1臺(tái)前鋼后膠小型壓路機(jī)、1臺(tái)雙鋼輪壓路機(jī)）布排進(jìn)行。碾壓遵循“緊跟、慢壓、高頻、低幅、少水”的原則，初壓采用雙鋼輪前靜后振2遍+振動(dòng)碾壓2遍，速度為2～3 km/h；復(fù)壓采用膠輪碾壓5遍，速度為3～5 km/h；最終采用雙鋼輪靜壓收面至無(wú)明顯輪跡，速度為3～6 km/h。將此碾壓方式、速度、溫度錄入路面施工信息化管理系統(tǒng)中，并以藍(lán)、綠、紅三種顏色分別代表不同的碾壓遍數(shù)、碾壓溫度及碾壓速度。

2.3 數(shù)據(jù)檢測(cè)

根據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》（JTG 3450-2019）［8］，對(duì)該段瀝青下面層進(jìn)行瀝青混合料體積參數(shù)指標(biāo)、平整度檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。由表3可知，采用路面施工信息化管理系統(tǒng)進(jìn)行瀝青路面施工，其壓實(shí)質(zhì)量滿足規(guī)范要求。

2.4 對(duì)比分析

為驗(yàn)證采用信息化管理系統(tǒng)在瀝青路面施工中的可行性，采用同種材料、礦料級(jí)配及施工組合方式于K258+000～K258+700段左幅進(jìn)行瀝青下面層施工，過(guò)程中安排專(zhuān)人對(duì)各個(gè)階段的溫度、碾壓遍數(shù)及速度進(jìn)行檢測(cè)，以確保各個(gè)環(huán)節(jié)碾壓到位，降低非必要因素對(duì)施工質(zhì)量的影響。施工結(jié)束后進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

對(duì)比表3、表4兩個(gè)路段的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)果如表5所示，信息化管理系統(tǒng)與人工得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差較小。所以，采用信息化管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在保證瀝青路面施工質(zhì)量的前提下，節(jié)省相應(yīng)人力、物力的投入。

2.5 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

（1）降低管理成本。

實(shí)現(xiàn)碾壓速度、溫度、遍數(shù)等全過(guò)程數(shù)據(jù)的共享，避免各方重復(fù)投入人力物力。路面信息化管理系統(tǒng)的投入使用，使業(yè)主方的管理不僅涉及工后抽樣檢測(cè)以評(píng)價(jià)施工質(zhì)量，亦可通過(guò)PC端對(duì)施工過(guò)程中的攤鋪碾壓作業(yè)信息進(jìn)行查詢(xún)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并將其及時(shí)傳達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)管理人員進(jìn)行整改，避免后期返工處理。

（2）降低管理風(fēng)險(xiǎn)。

系統(tǒng)可以主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，如油石比、礦料級(jí)配等偏離既定值時(shí)即向施工方管理人員預(yù)警，并及時(shí)進(jìn)行生產(chǎn)比例的適當(dāng)調(diào)整，減少因信息傳遞滯后、過(guò)程管理深度不足、精度不夠、問(wèn)題反映不直接等導(dǎo)致的管理決策失誤或不當(dāng)?shù)葐?wèn)題。

（3）提升管理效率。

通過(guò)PC端實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理，可以實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量情況。混合料的拌和生產(chǎn)、運(yùn)輸、攤鋪及碾壓數(shù)據(jù)均被收集傳送至后臺(tái)數(shù)據(jù)中心，系統(tǒng)可進(jìn)行每天的產(chǎn)能、攤鋪、碾壓分析，實(shí)現(xiàn)過(guò)程管理與結(jié)果管理在數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)上的可追溯性，提高解決問(wèn)題的效率并有效預(yù)防問(wèn)題出現(xiàn)。

（4）降低生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)。

瀝青路面施工溫度約為140 ℃，加之夏季天氣炎熱，施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)人員極易中暑。采用路面施工信息化管理系統(tǒng)，可以替代人工在高溫環(huán)境下進(jìn)行溫度檢測(cè)、旁站工作，從而減少高溫傷害等。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）路面施工信息化管理系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)反饋混合料拌和、攤鋪、碾壓等過(guò)程中的施工參數(shù)，為現(xiàn)場(chǎng)管理人員及施工作業(yè)人員提供指引，減少不必要的返工處理。

（2）通過(guò)對(duì)攤鋪碾壓作業(yè)相關(guān)信息的實(shí)時(shí)收集與反饋，實(shí)現(xiàn)了施工過(guò)程中人、料、機(jī)的充分利用，提高了施工機(jī)械設(shè)備的工作效率，在保證質(zhì)量的同時(shí)降低了施工成本。

（3）通過(guò)對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行產(chǎn)能分析、施工進(jìn)度統(tǒng)計(jì)及質(zhì)量分析等，更有利于各參建單位對(duì)瀝青路面的施工進(jìn)度、質(zhì)量的把控，從而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的有效管理。

參考文獻(xiàn)

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［8］JTG 3450-2019，公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程［S］.

收稿日期：2022-10-08