智能溫控技術在瀝青路面施工質量控制中的應用研究

中圖分類號：U416.217文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.01.008

文章編號：1673-4874（2025）01-0029-04

0 引言

隨著交通基礎設施建設的快速發展，道路建設對瀝青路面施工質量提出了更高要求。瀝青路面施工的質量不僅直接影響道路的使用壽命，還關系到道路的平整度、耐久性和抗疲勞性能。在施工過程中，溫度是影響瀝青混合料工作性能的關鍵因素。過高或過低的溫度都會影響瀝青的可加工性和壓實效果，進而導致路面早期損壞。因此，溫度控制在瀝青路面施工質量管理中至關重要。然而，傳統的溫度控制依賴于人工監測和經驗判斷，存在一定的滯后性和不精確性，難以實時反映施工過程中復雜的溫度變化[1]。

近年來，智能溫控技術隨著物聯網（IoT）、傳感器技術和大數據分析的發展而迅速興起。智能溫控技術通過傳感器實時監測瀝青路面的溫度，并結合物聯網平臺進行數據傳輸和處理，從而實現施工過程中的自動化溫度調節。這不僅提高了施工溫度控制的精確性，還大大減少了人為因素帶來的誤差。智能溫控技術在瀝青路面施工中的應用，能夠有效提高路面的壓實度、平整度，并延長其使用壽命，具有廣闊的應用前景。本文旨在研究智能溫控技術在瀝青路面施工中的應用效果，評估其對施工質量的實際影響，并探討進一步優化的可能性。

1智能溫控系統

1. 1 系統簡介

某高速公路瀝青路面施工項目主要通過實時監測并調節瀝青混合料在攤鋪和壓實過程中的溫度，確保施工溫度處于最佳范圍，從而提升施工質量。該項目中使用了一套智能溫控系統，主要由以下部分組成2：

（1）溫度傳感器網絡：安裝在攤鋪機和壓路機上，用于實時監測瀝青表面的溫度。

（2）數據傳輸模塊：通過物聯網技術將溫度數據傳輸至控制中心。

（3）中央控制系統：根據實時數據自動調節施工設備的參數，如攤鋪速度、加熱器功率等，確保溫度控制在設定范圍內。

（4）反饋機制：通過閉環控制系統實時調整施工溫度，以確保瀝青的可加工性和壓實效果。圖1為智能溫控系統結構示意圖。

1.2系統功能與特點

智能溫控系統將瀝青的最佳壓實溫度設定為“ ，并通過傳感器實時監控。施工過程中，監測的關鍵數據包括：瀝青攤鋪時的初始溫度 、瀝青壓實時的溫度 、路面最終壓實度 D （以百分比表示）和溫度控制精度 。

根據瀝青路面施工質量的要求，溫度 T 直接影響壓實度 D ，兩者的關系可以通過試驗數據擬合得到一個經驗公式。假設壓實度 D 與溫度 T 之間的關系為：

式中： ——最大壓實度，假設為 98%；

T_min——最低有效溫度，假設為135；

α——與材料特性相關的常數，假設為 0.05

在施工過程中，智能溫控系統記錄了多組溫度與壓實度數據，見表1。

由表1可知，隨著施工時間的推移，瀝青的溫度逐漸降低，但由于智能溫控系統的實時調節，溫度的波動范圍控制在 以內，確保了施工過程中溫度始終在合理范圍內。同時，從壓實度數據可以看出，隨著溫度的下降，壓實度也略有降低，但仍＞95% ，表明溫度控制系統對施工質量的影響是正向的。

使用上述擬合公式可以驗證智能溫控系統的壓實度預測準確性。當 時，D_max=98%、 135， α=0.05 ，代入式（1）可得：

此結果表明，當溫度下降到某個臨界點以下時，壓實度會急劇下降，因此保持溫度在最佳范圍內尤為重要。通過智能溫控系統的控制，溫度得以穩定，避免了壓實度大幅下降的風險。

智能溫控系統具有以下功能與特點：

（1）實時溫度監測：智能溫控系統利用先進的溫度傳感器和物聯網（IoT）技術，能夠實時監測瀝青攤鋪和壓實過程中的溫度數據。傳感器通常安裝在施工機械（如攤鋪機和壓路機）上，確保能夠準確捕捉溫度變化。監測的溫度數據會被即時上傳到控制中心，便于施工人員或系統進行溫度調控[3]。

（2）自動溫度調節：根據實時監測到的溫度數據，智能溫控系統可以自動調節施工設備的運行參數。例如，系統能夠調節攤鋪速度、加熱功率或滾壓頻率，以確保瀝青材料始終處于最佳溫度范圍（通常為 165℃），從而保證路面施工的質量。

（3）數據記錄與分析：智能溫控系統會記錄整個施工過程中的溫度數據，并進行歷史數據分析。這有助于施工后對溫度與路面質量之間的關系進行評估，還可以為未來的施工提供參考。施工完成后，這些數據也可以用于質量驗收和故障追蹤。

（4）反饋與報警系統：當監測到溫度超出設定范圍時，智能溫控系統會及時發出報警，提醒施工人員采取措施，或自動調整相關設備以恢復到正常狀態。這種反饋機制確保施工溫度不會長時間偏離最優范圍，避免施工質量下降。

2數據采集與處理

在物聯網系統中，溫度數據從傳感器采集后通過無線網絡傳輸到中央控制系統，經過一系列的數據處理算法分析，生成控制指令反饋給施工設備。這一過程可以通過以下公式和步驟進行描述。

2.1數據采集

傳感器實時采集的溫度數據 在第 i 秒時刻采集到的溫度為：

式中： -環境溫度，由外部條件如空氣溫度決

定 ·

—瀝青混合料的熱升溫變化（℃）。

多個傳感器組成的網絡，每秒鐘可以采集多個數據點 ，這些數據點通過物聯網系統傳輸到控制中心。

2.2數據預處理

由于傳感器可能會受到噪聲干擾，通常使用移動平均或卡爾曼濾波器對數據進行平滑處理。例如，移動平均處理后的溫度數據 表示為：

式中： N ——濾波窗口的大小；

一"i 時刻的溫度數據 。

這一處理可以減少偶然的誤差和異常波動對系統的影響。

2.3溫度預測與控制模型

智能溫控系統通過對歷史溫度數據的分析，建立預測模型。假設溫度變化 與時間 之間的關系可以用以下模型近似表示：

式中：

——溫度隨時間的變化率

k ——與材料和環境相關的傳熱系數；

T（t） ——當前時刻的溫度（℃）；

T_target ——設定的目標溫度范圍（如145℃～165 ℃）。

控制系統利用反饋機制，當 超出設定范圍時，自動調整攤鋪速度 、加熱功率 P 等施工參數，以控制溫度回到目標范圍。控制方程為：

式中：λ和 γ ——系統根據經驗調整的比例系數；

——當前攤鋪速度/ ；

P（t） ——加熱功率/kW。

在實際施工中，溫度數據與施工設備的調整參數如表2所示。

由表2可知，智能溫控系統通過實時數據采集和反饋控制，不斷調整攤鋪速度和加熱功率，以保持瀝青路面的溫度在目標范圍內。在第0s時，溫度保持在目標值（ ），系統維持初始攤鋪速度和加熱功率；當溫度逐漸下降至154℃時（第40s），系統增加了加熱功率并降低攤鋪速度，以使溫度回升；到第60s時，溫度回升至156℃，系統自動調整加熱功率和攤鋪速度，保持穩定狀態。

3智能溫控在瀝青路面施工質量控制中的應用

在瀝青路面施工過程中，溫度是影響施工質量的關鍵因素之一。施工中的溫度波動會影響壓實度、平整度以及材料的抗疲勞性能，因此采用智能溫控技術對施工溫度進行實時監控和調整，是確保瀝青路面施工質量的核心手段。質量控制的核心在于確保施工溫度保持在設定的最佳范圍內，并通過溫度的控制來影響路面的物理性能指標，如壓實度、平整度等。施工質量控制主要集中在溫度與壓實度 D 、平整度 s 之間的關系。基于試驗數據和理論分析，瀝青路面施工質量控制可以用以下公式描述[4]。

壓實度 D 取決于瀝青混合料的溫度 T ，可用以下經驗公式表示：

通過以上兩個公式，可以推導溫度變化對施工質量的直接影響。在實際施工中，智能溫控系統會持續采集溫度數據，并根據溫度調節施工參數（如攤鋪速度、加熱功率）。通過監控溫度變化，可以分析其對壓實度和平整度的影響。溫度與施工質量的關系如表3所示。

由表3可知，隨著施工溫度的下降，壓實度和平整度逐漸降低，智能溫控系統通過調整攤鋪速度和加熱功率，盡可能將溫度控制在理想范圍內，減緩質量下降的速度。

根據壓實度公式，以第30S的溫度 為例， α=0.05 ，代入式（7）得：

此推導結果表明，在溫度較低時，壓實度迅速下降，智能溫控系統需要通過提高加熱功率、降低攤鋪速度、維持瀝青的施工溫度，以提高壓實效果。

平整度 s 受溫度偏差的影響，以第40s的溫度 T= 148為例， ，代入式（8）得：

由此可見，溫度偏差較大會導致平整度降低，因此控制溫度穩定在目標范圍內至關重要。通過智能溫控系統對溫度的精確控制，可以顯著提升瀝青路面的施工質量。數據和推導表明，施工溫度與壓實度和平整度密切相關。通過對溫度進行實時監控和反饋調整，施工質量得以優化。未來，隨著傳感器技術和智能控制算法的進一步發展，智能溫控系統在瀝青路面施工中的應用將更加廣泛，并能夠更好適應復雜施工環境中的質量控制需求。

4 應用效果評估

智能溫控系統在瀝青路面施工中，通過實時監控和動態調節施工溫度，對質量控制產生了顯著的效果。本文從壓實度、平整度、施工效率、成本效益等方面，評估智能溫控技術在施工質量控制中的應用效果[5。

4.1壓實度提升效果

壓實度是衡量瀝青路面施工質量的核心指標之一。良好的壓實度能夠提高路面的承載力、抗疲勞性和耐久性，減少早期開裂和路面變形的發生。傳統施工中，溫度波動較大，容易導致局部壓實度不足，而智能溫控技術通過精準控制溫度，顯著提升了壓實效果。通過智能溫控系統的溫度控制，施工溫度能夠精確維持在瀝青的最佳壓實溫度范圍內 。智能溫控系統施工和傳統施工后壓實度的對比數據如表4和圖2所示。

由表4與圖2可知，智能溫控施工相比傳統施工，壓實度普遍提升 2% 左右，尤其是在溫度逐漸下降的過程中，智能溫控系統顯著減緩了壓實度的下降趨勢。

4.3施工效率與成本效益提升

通過智能溫控系統的自動調節功能，施工過程中的溫度控制更加精準，減少了施工中的調整時間與返工風險。傳統施工中，溫度波動較大時，施工隊伍需要頻繁檢查溫度并手動調整設備，而智能溫控系統的自動化控制降低了這種干預需求，提升了整體施工效率。通過智能溫控系統施工，整體施工時間減少約 10% ，加熱功率使用更合理，節省了能耗。

智能溫控系統通過提升施工質量和效率，從長遠來看降低了維護成本。盡管智能溫控設備的初期投資較高，但長期來看，減少了路面的返修、養護需求，延長了路面的使用壽命，從而實現了整體成本的節約。通過智能溫控技術，路面早期損壞減少，維護成本降低。

4.2平整度改善效果

平整度是另一個衡量路面施工質量的重要指標。高平整度能夠減少行駛阻力，提升車輛舒適性并降低噪聲。溫度波動會導致路面局部不均勻，影響平整度，而智能溫控技術通過維持穩定溫度，確保施工過程中的均勻壓實，進而改善路面平整度。通過使用智能溫控系統施工，溫度控制的精確性使得路面的平整度指標顯著提升。智能溫控施工與傳統施工后的平整度對比數據如表5和圖3所示。

5結語

通過本研究，可以清晰地看到智能溫控技術在瀝青路面施工質量控制中的顯著效果。與傳統施工方法相比，智能溫控系統能夠更精確地控制施工溫度，顯著提升路面的壓實度和平整度，進而提高路面的耐久性和使用壽命。數據表明，智能溫控技術不僅在施工階段能夠減少人為干預，提升施工效率，還能在長遠的維護和成本控制中產生積極影響。隨著傳感技術和物聯網的進一步發展，智能溫控技術將在未來的道路建設中扮演更加重要的角色，有望成為提升施工質量和效率的核心技術之一。W

參考文獻

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[4]桑黎陽.瀝青路面施工質量控制技術研究[J].城市建設理論研究，2025（2）：46-48.

[5]陳石龍.單片機智能溫控灌溉系統設計與實現[J]寧德師范學院學報（自然科學版），2022，34（2）：146-150，173