高速公路瀝青路面無人駕駛智能碾壓施工技術應用研究

摘要 為解決傳統攤鋪碾壓施工存在的平整度控制較差、施工效率低、路面邊緣位置壓實度不足等問題，文章以某高速公路工程為例，展開了高速公路瀝青路面無人駕駛智能碾壓施工技術的應用研究。首先詳細介紹了路面無人駕駛智能碾壓施工技術原理，包括無人駕駛系統組成、技術優勢等，并依托實體工程進行了應用；然后歸納總結了無人化碾壓施工關鍵技術要點，提出了“3+3+1”的碾壓方案，并設定無人化集群碾壓軌跡為“S”形；最后分別對無人化集群施工試驗段和傳統工藝施工段進行了工后質量檢測。結果顯示，無人碾壓路段的壓實度分布更加集中，壓實均勻性優于有人碾壓路段，無人駕駛智能碾壓施工技術的應用效果良好。

關鍵詞 平整度；無人駕駛；智能碾壓；壓實度

中圖分類號 U416 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）02-0060-03

0 引言

智能化、無人化技術已逐漸滲透各個行業領域，為傳統產業帶來了革命性變革。在高速公路建設中，瀝青路面施工作為關鍵的一環，其質量直接關系道路的使用性能和安全性能。傳統的瀝青路面碾壓施工技術雖然在一定程度上保障了施工質量，但在施工效率、成本控制及施工質量的均勻性等方面仍面臨諸多挑戰。因此，引入無人駕駛智能碾壓施工技術，成為提升高速公路瀝青路面施工質量、降低施工成本、提高施工效率的重要途徑。

1 路面無人駕駛智能碾壓施工技術原理

1.1 無人駕駛系統

無人駕駛壓路機作為無人駕駛系統的核心設備，集成了感知模塊、軌跡規劃與決策模塊、通信模塊及控制執行模塊。各個模塊之間協同工作，使得壓路機能夠自主完成復雜的施工任務[1]。

（1）感知模塊負責收集周圍環境信息。利用激光雷達、高清攝像頭等多種傳感器，壓路機能夠實時感知施工區域的地形、障礙物及其他可能影響施工的因素。

（2）軌跡規劃與決策模塊基于感知模塊提供的信息，結合高精度北斗衛星導航定位系統（BDS）和RTK定位技術，為壓路機規劃出最佳的行駛路徑和碾壓方案。

（3）通信模塊主要負責數據傳輸。利用5G信息傳送技術，壓路機能夠實時將施工數據、設備狀態等信息上傳至后臺監測系統，同時接收來自后臺的指令和參數調整。

（4）控制執行模塊是無人駕駛壓路機的“執行者”，根據軌跡規劃與決策模塊制定的方案，通過控制壓路機的發動機、傳動系統、液壓系統等關鍵部件，實現壓路機的行駛制動、轉向、碾壓作業等系統動作。

（5）后臺監測系統對整個無人駕駛碾壓施工過程進行實時監測和管理。系統接收來自壓路機的實時數據，對施工進度、設備狀態、施工質量等進行全面的分析和評估。一旦發現異常情況或施工偏差，后臺監測系統能夠立即發出警報并采取相應的處理措施，保證施工的安全和順利進行。

1.2 施工工序

通常運用具有施工區域采集功能的智能攤鋪機進行攤鋪作業，在作業過程中詳細采集施工區域的軌跡數據，為壓路機提供路徑參考。隨后，智能攤鋪機通過5G信息傳送技術，將采集到的施工軌跡信號迅速、準確地傳送至無人駕駛碾壓系統的控制中心，由其規劃出每臺壓路機的碾壓軌跡。工業控制計算機是壓路機的“大腦”，負責接收并解析軌跡信號，指揮壓路機按照預定軌跡進行作業。壓路機接收到信號后，開始協同作業，一旦遇到障礙物或偏離預定軌跡，壓路機能夠迅速做出反應，調整作業方式，及時糾偏、避免相互之間發生碰撞，最終完成瀝青路面的無人化碾壓施工。

1.3 技術優勢

（1）安全性高。傳統的施工方法常常依賴大量的人力操作，增加了施工區域的人員密度，提高了由于人為操作失誤而引發安全事故的風險。而無人駕駛碾壓機群配備了自動預警、緊急停車、自動避障等多重安全防范措施，對潛在的安全隱患進行預警和干預，從而降低了施工區域的安全風險。

（2）施工速度快。無人駕駛壓路機根據提前設定好的碾壓軌跡、速度等參數，可自動控制碾壓設備完成既定的行駛、轉向等一系列工作，無須人為干預和調整。傳統的瀝青路面施工受人力、天氣等因素影響較大，而無人駕駛碾壓機群則可以通過遠程喚醒、休眠功能全天候不間斷地進行施工，有效避免了因人為因素或天氣原因導致的施工中斷，顯著提高了施工速度。

（3）工程效益良好。人力成本方面，無人駕駛碾壓技術顯著減少了現場作業人員數量，據估算可減少約40%的現場作業人員，既降低了人工成本，也減少了作業人員長時間暴露在高溫和刺激性煙氣環境中的風險，提升了作業人員的健康水平。其次，無人集群施工實現了攤鋪與碾壓速度的最優匹配和連續不間斷作業，施工效率提升了30%，顯著縮短了工期。

2 無人化集群施工關鍵技術

2.1 壓路機運動學控制技術

在無人化控制系統中，壓路機接收到控制指令后，能夠直接轉化為對車輛動作的直接控制。當車輛獲取到預設的目標路徑后，利用內置的高級算法自主計算并調整合適的車速與轉角，從而精準、穩定地駛入目標路徑，極大提高了施工效率，也大大減少了人為操作誤差。同時，壓路機還具備速度斜坡啟停（軟啟軟停）功能，在啟動和停止時，壓路機的速度變化平滑，不會出現急起急停的情況，能夠顯著減少對路面的沖擊和破壞，避免路面出現離析，提升路面壓實質量。

2.2 密實度雷達檢測技術

雖然眾多廠家在智能壓實傳感器領域進行了大量研發，但卻鮮有真正實現質的突破的成果[2]。該項目通過搭建精細的碾壓模型，將施工區域進行網格化劃分，對每一個網格單元內的路面密實度實現精確監控。借助雷達檢測技術，可以實時獲取路面材料的密實度、輪跡等信息，并將獲取的關鍵數據作為無人施工過程中的重要參數。在無人施工系統中，將實時采集的狀態信息整合到整個控制流程中，形成了一個閉環調節機制。系統能夠根據實時反饋的路面密實度數據，自動化、智能化調節壓路機的碾壓遍數、振動頻率及振動幅度，確保每個施工網格單元都能達到最佳的壓實效果。相較于傳統的人工操作，無人駕駛智能壓路機能夠更加精準地控制壓實參數，避免了人為因素帶來的誤差和不確定性。

2.3 集群施工工藝策略算法

壓路機集群采用高精度定位的移動站技術，將移動站分布在施工區域的兩側，實時獲取施工區域的三維數據，為壓路機提供精確的施工指導。每臺壓路機可以根據施工需求和實時數據，自動調整速度、方向、碾壓遍數等作業參數；壓路機之間彼此快速、高效協調配合，形成一個有序、高效的施工集群。此外，算法還具備避免沖突和意外突發情況的處理能力。在施工過程中，如果出現潛在的沖突或意外情況，算法能夠迅速做出反應，及時調整壓路機的作業狀態，避免事故的發生。在集群化策略的實現上，策略算法采用緊跟慢壓模式，壓路機在跟隨攤鋪機進行作業時，將根據實時數據調整自身的速度和位置，與攤鋪機保持適當的距離和角度。同時，結合碾壓遍數的控制，充分保障整個施工區域得到均勻、充分的碾壓。壓路機集群梯隊作業方式如圖1所示：

3 無人駕駛智能碾壓施工技術應用效果分析

3.1 工程概況

該項目依托某高速公路工程，選擇合適試驗段進行無人駕駛智能碾壓施工，無人駕駛智能壓路機型號與設備參數如表1所示，施工段全長2 km。為對比分析無人化集群施工效果，選擇合適段落采用傳統施工工藝進行瀝青混合料的攤鋪碾壓施工。

3.2 碾壓施工關鍵技術要點

（1）橫向接縫施工。隨著攤鋪機向前推進，當其與無人駕駛雙鋼輪壓路機（以下簡稱壓路機）拉開一定的距離后（約15～20 m），壓路機便會自動啟動，從中間位置按照預設的碾壓路徑開始工作，呈45°角向一端進行碾壓，保證接縫處均勻受力，避免產生壓實不均或接縫不平整的問題。在碾壓過程中，壓路機會先通過前振后靜的方式進行作業。隨著壓路機的移動，先從先鋪的路面上逐漸跨過接縫，后移至新鋪的面層進行壓實。

（2）初壓階段至關重要，應在混合料尚未產生推移、開裂等不利狀況時盡早進行，壓路機通過高精度傳感器和實時數據分析，迅速判斷最佳碾壓時機，在盡可能高的溫度狀態下開始作業，不留等待的間隙。初壓和復壓過程應嚴格遵循“緊跟、慢壓、高頻、低幅”的原則。此外，該項目對碾壓遍數進行了優化，將以往的“2+2+1”碾壓方案改為“3+3+1”，按照疊輪1/2方式進行碾壓。

（3）無人集群按照規劃的碾壓路徑進行有序施工，無人碾壓軌跡主要采用“S”形，如圖2所示。這種碾壓方式的優點是碾壓工作效率高、軌跡簡單易操作。壓路機在施工過程中“軟啟軟停”，且通過錯開前后輪的碾壓位置防止擁包現象。壓路機呈階梯形前進，不宜停留在同一斷面處。

（4）在傳統碾壓施工中，因受限于攤鋪、碾壓機械設備寬度，路面邊緣位置通常壓實度不足。在無人化集群施工過程中，操作人員可以通過手持平板設備實時監控壓路機的工作狀態，并根據需要一鍵調整碾壓到邊的距離，使得壓路機能夠精確地抵達施工區域的邊緣，保證路面邊緣位置得到充分的壓實。

3.3 施工效果分析

完成攤鋪、碾壓施工后，分別對無人化集群施工試驗段和傳統工藝施工段進行工后質量檢測，并分析對比“有人、無人”施工效果。該項目將檢測點分為一般點位及特殊點位，其中一般點位為按照規范要求的檢測頻率隨機選擇的檢測點位；特殊點位為兩側邊緣處、欠壓處、接縫處、壓路機停機點處、起終點處等。

3.3.1 常規檢測指標效果對比

（1）滲水系數方面。無人施工段一般點位的滲水系數平均值為16 ml/min，略小于有人施工段一般點位的19 ml/min；無人施工段特殊點位的滲水系數平均值為48 ml/min，大于有人施工段的23 ml/min。

（2）壓實度方面。無人施工段一般點位的壓實度平均值為95.9%，與有人施工段的95.4%基本相當；無人施工段特殊點位壓實度平均值為95.6%，優于有人施工段的94.8%。

（3）構造深度方面。無人施工段的一般點位構造深度平均值為0.93 mm，與有人施工段的0.88 mm基本相當，無人施工段特殊點位的構造深度平均值為0.91 mm，與有人施工段一致。

3.3.2 基于探地雷達的壓實均勻性效果對比分析

采用三維探地雷達對瀝青路面壓實均勻性進行檢測評價，具體檢測分析結果如表2、圖3所示。

通過觀察分析表2、圖3的壓實均勻性效果，可得出以下結論：

（1）無人碾壓的壓實均勻性更好，其變異系數為0.41%，小于有人施工段的0.52%。

（2）無人碾壓路段的壓實度分布更加集中，說明無人碾壓路段的壓實均勻性優于有人碾壓路段。

（3）通過對不同車道的壓實均勻性可以看出，無人碾壓段的壓實均勻性略好于有人碾壓段。

4 結語

（1）根據以往工程經驗，該項目對碾壓遍數進行了創新與優化，將以往的“2+2+1”碾壓方案改為“3+3+1”，按照疊輪1/2的方式進行碾壓。

（2）無人化壓路機集群碾壓軌跡采用“S”形，該種碾壓方式具有碾壓工作效率高、軌跡簡單易操作的優點。

（3）由三維探地雷達檢測結果可知，無人碾壓路段的壓實度分布更加集中，壓實均勻性略好于有人碾壓路段。

參考文獻

[1]邱海兵，盧繼乾，李波.瀝青路面無人化攤鋪施工技術應用[J].交通科技與管理， 2023（24）：138-140.

[2]李偉華.瀝青路面智能攤鋪碾壓技術研究[J].運輸經理世界， 2022（34）：16-18.