智能壓實(shí)系統(tǒng)在G204 煙上線改建工程中的應(yīng)用

王玉寶 唐海濤

（煙臺(tái)市萊陽公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)中心， 山東 煙臺(tái) 265200）

1 前言

在路面施工中， 瀝青混凝土的壓實(shí)是一道關(guān)鍵工序。 在諸多檢驗(yàn)指標(biāo)中， 壓實(shí)度是一個(gè)非常重要的技術(shù)指標(biāo)， 它直接影響混凝土的若干技術(shù)指標(biāo)能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 對(duì)瀝青混凝土進(jìn)行壓實(shí)， 其目的是提高瀝青混凝土混合料的強(qiáng)度、 穩(wěn)定性以及抗疲勞性能。 所以壓實(shí)質(zhì)量的好壞直接影響到瀝青路面的平整度、 密實(shí)度， 以及瀝青混凝土路面的使用效果和使用壽命。 良好的路面質(zhì)量除了材料、 配比、 拌和、 攤鋪要達(dá)到要求外，最終的碾壓工序是實(shí)現(xiàn)瀝青混凝土路面的高強(qiáng)度和耐用性能的關(guān)鍵所在， 因此， 一定要對(duì)瀝青路面的壓實(shí)引起足夠的重視。

隨著電子技術(shù)、 傳感器技術(shù)、 計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用， 人們對(duì)道路施工機(jī)械的要求也越來越高， 不僅要求具有高的生產(chǎn)效率， 而且還要能夠自動(dòng)控制施工質(zhì)量， 對(duì)施工的整個(gè)過程進(jìn)行監(jiān)控， 實(shí)時(shí)反饋， 確保施工碾壓質(zhì)量。 因此智能壓路機(jī)成為新的發(fā)展趨勢(shì)。

2 工程概況

G204 煙上線萊陽段改建工程第一合同起點(diǎn)位于山前店鎮(zhèn)馬耳山村， 終點(diǎn)位于馮格莊街辦舊店村， 路線全長(zhǎng)27.279km。 采用一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)， 雙向四車道， 設(shè)計(jì)速度100km/h， 新建路段路基寬度26.0m， 改建路段路基寬29.5m。

新建段路基斷面型式： 0.75m 土路肩+3m 硬路肩+2×3.75m 行車道+0.75m 左側(cè)路緣帶+2m 中央分隔帶+0.75m 左側(cè)路緣帶+2×3.75m 行車道+3m 硬路肩+0.75m 土路肩， 路基寬26m。

改建段路基斷面型式： 0.75m 土路肩+5.25m硬路肩+2×3.75m 行車道+0.75m 左側(cè)路緣帶+1m中央分隔帶+0.75m 左側(cè)路緣帶+2 ×3.75m 行車道+5.25m 硬路肩+0.75m 土路肩， 路基寬29.5m。

3 傳統(tǒng)壓實(shí)方法存在問題

（1） 壓實(shí)工藝控制客觀性不強(qiáng)。

實(shí)際碾壓遍數(shù)和碾壓速度受人為、 天氣等因素影響大， 難以實(shí)現(xiàn)真正可控； 二是壓實(shí)施工檔案的真實(shí)性和準(zhǔn)確性欠缺， 質(zhì)量問題原因難追溯。

（2） 質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)準(zhǔn)確性欠缺。

壓實(shí)度、 沉降差等指標(biāo)采用抽樣檢測(cè)， 不能全面整體反映路基路面壓實(shí)質(zhì)量， 特別在填石或土石混填施工中， 這兩個(gè)指標(biāo)的準(zhǔn)確性很難保證。

（3） 質(zhì)量缺陷處理難度大。

發(fā)現(xiàn)個(gè)別抽樣點(diǎn)不滿足要求時(shí)， 很難界定重新碾壓的范圍， 返工時(shí)容易造成不合格區(qū)域的“漏壓” 和合格區(qū)域“超壓” 現(xiàn)象。

（4） 質(zhì)量監(jiān)管模式落后。

目前， 壓實(shí)質(zhì)量的管理主要是事后結(jié)果控制， 而提升到全過程監(jiān)控， 又缺乏科學(xué)有效的技術(shù)手段。

（5） 投入大效率低。

為保證壓實(shí)質(zhì)量， 傳統(tǒng)壓路機(jī)投入大量的人力物力， 如指派專人現(xiàn)場(chǎng)控制、 碾壓效率低等。而智能壓實(shí)簡(jiǎn)便快捷， 實(shí)時(shí)監(jiān)控， 對(duì)壓路機(jī)操作手起到監(jiān)督作用， 提高壓實(shí)效率和質(zhì)量。

4 智能壓實(shí)系統(tǒng)研究

破解上述問題的關(guān)鍵在于構(gòu)建壓實(shí)作業(yè)全過程中“人、 機(jī)、 場(chǎng)景” 之間的無障礙連接。 本項(xiàng)目采用山東奧聯(lián)信息科技有限公司研發(fā)的路基路面智能壓實(shí)監(jiān)控系統(tǒng)， 該系統(tǒng)為壓實(shí)作業(yè)提供智能化、 信息化、 數(shù)字化服務(wù)， 發(fā)揮無縫連接的關(guān)鍵作用。

4.1 智能壓實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)框架

系統(tǒng)總體技術(shù)框架如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)總體技術(shù)框架

工程施工現(xiàn)場(chǎng)包含兩個(gè)功能模塊， 分別為：路基施工監(jiān)控和路面使用監(jiān)控。 系統(tǒng)組成總體示意圖如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)組成總體示意圖

于傳統(tǒng)定位產(chǎn)品而言， 智能壓實(shí)系統(tǒng)更精確地給出壓路機(jī)的位置， 更高效地進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)管理。 傳統(tǒng)定位產(chǎn)品只使用GPS 或北斗定位單一的定位系統(tǒng)， 在定位時(shí)效、 精度和準(zhǔn)確性上都難以達(dá)到雙星定位系統(tǒng)的效果。

4.2 智能壓實(shí)系統(tǒng)的基本功能

（1） 壓實(shí)作業(yè)工序嚴(yán)格把關(guān)， 壓實(shí)作業(yè)工序流程圖如圖3 所示。

圖3 壓實(shí)作業(yè)工序流程圖

壓實(shí)作業(yè)開始前， 壓路機(jī)操作員啟動(dòng)壓實(shí)設(shè)備， 發(fā)送施工請(qǐng)求給現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理人員。 監(jiān)理收到信息后核實(shí)現(xiàn)場(chǎng)情況， 如果具備施工條件則發(fā)出批準(zhǔn)指令， 同時(shí)通過施工交底明確施工工藝要求。壓路機(jī)操作員收到開工指令， 嚴(yán)格按要求開始?jí)簩?shí)作業(yè)。

（2） 壓實(shí)過程智能控制

在未施工前， 首先通過添加施工按鈕將施工段樁號(hào)和具體施工部位手動(dòng)錄入系統(tǒng)。 手動(dòng)錄入壓實(shí)度、 碾壓遍數(shù)設(shè)計(jì)數(shù)值、 壓實(shí)開始和結(jié)束時(shí)間、 反饋電話、 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理和技術(shù)員等相關(guān)信息。根據(jù)設(shè)定的施工開始和結(jié)束時(shí)間實(shí)時(shí)顯示施工狀態(tài)。

壓實(shí)作業(yè)開始后， 系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集施工數(shù)據(jù)，在碾壓過程中終端設(shè)備可實(shí)時(shí)顯示壓實(shí)狀況， 顯示攤鋪溫度、 碾壓溫度、 壓實(shí)遍數(shù)、 工程機(jī)械運(yùn)行軌跡以及行駛速度等相關(guān)實(shí)時(shí)信息， 通過后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)其進(jìn)行建模和分析處理， 形成全面反映壓實(shí)狀況的壓實(shí)程度分布圖如圖4 所示， 直觀生動(dòng)的供相關(guān)管理人員時(shí)刻掌控工程施工攤鋪碾壓現(xiàn)場(chǎng)情況， 并根據(jù)施工規(guī)范要求對(duì)出現(xiàn)的情況作出相關(guān)干預(yù)措施。

圖4 路基路面智能壓實(shí)監(jiān)控系統(tǒng)界面

根據(jù)壓實(shí)狀態(tài)分布圖， 迅速定位碾壓薄弱區(qū)域， 實(shí)時(shí)顯示正在碾壓輪跡以及已經(jīng)碾壓輪跡的通過率， 有效防止過壓和欠壓， 實(shí)現(xiàn)對(duì)施工段的最優(yōu)碾壓。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比研究智能壓路機(jī)壓實(shí)和傳統(tǒng)壓路機(jī)壓實(shí)情況下壓實(shí)度， 智能壓路機(jī)壓實(shí)更加均勻，偏差系數(shù)更小， 壓實(shí)度均滿足設(shè)計(jì)要求， 而傳統(tǒng)壓路機(jī)壓實(shí)不均勻， 壓實(shí)度偏差系數(shù)大， 存在未符合規(guī)范要求的情況， 對(duì)比結(jié)果如表1 所示。

表1 智能壓路機(jī)與傳統(tǒng)壓路機(jī)壓實(shí)度對(duì)比

在必要時(shí)， 施工管理人員 （包括技術(shù)員、 監(jiān)理） 可發(fā)布指令干預(yù)壓實(shí)作業(yè)， 施工操作員也可將施工過程中發(fā)生的意外情況及時(shí)反饋給管理者。 當(dāng)施工完畢后向監(jiān)理發(fā)送施工結(jié)束請(qǐng)求， 系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)當(dāng)前工作面的壓實(shí)施工質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，監(jiān)理根據(jù)評(píng)估結(jié)果確認(rèn)是否同意結(jié)束施工， 如果滿足結(jié)束條件則壓路機(jī)操作員關(guān)閉電源即可， 否則需通過系統(tǒng)導(dǎo)航重新設(shè)定為碾壓不合格區(qū)域。

（3） 壓實(shí)數(shù)據(jù)信息化應(yīng)用

壓實(shí)作業(yè)結(jié)束后， 系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)當(dāng)前工作面的壓實(shí)施工質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估， 自動(dòng)生成壓實(shí)質(zhì)量報(bào)告， 并對(duì)項(xiàng)目所有質(zhì)量報(bào)告進(jìn)行歸檔存儲(chǔ)， 形成可永久保存、 可追溯查詢的電子檔案。 各級(jí)公路建設(shè)管理人員可以通過移動(dòng)通信互聯(lián)和跨平臺(tái)的Web 方式訪問該系統(tǒng)， 為路基路面壓實(shí)質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定提供真實(shí)可靠的依據(jù)， 為工程計(jì)量提供詳實(shí)壓實(shí)數(shù)據(jù)。 壓實(shí)數(shù)據(jù)信息化如圖5 所示。

圖5 壓實(shí)數(shù)據(jù)信息化圖標(biāo)

4.3 智能壓實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)的振動(dòng)壓實(shí)相比， 智能化壓實(shí)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1） 該系統(tǒng)將壓實(shí)質(zhì)量的管理從事后結(jié)果控制提升到全過程監(jiān)控， 最大限度的杜絕人為干預(yù)， 客觀、 真實(shí)、 準(zhǔn)確表達(dá)壓實(shí)工藝， 及時(shí)反饋給施工管理人員， 并及時(shí)做出相關(guān)干預(yù)， 確保壓實(shí)質(zhì)量。

（2） 本系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、 耐候性能卓越，特別適應(yīng)在各種復(fù)雜工況與氣象條件下長(zhǎng)期使用。 智能壓實(shí)監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)備如圖6 所示。

圖6 智能壓實(shí)監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)備

（3） 該系統(tǒng)利用移動(dòng)通信互聯(lián)、 云計(jì)算服務(wù)以及Web 訪問方式， 可為全國(guó)多條道路的壓實(shí)質(zhì)量控制提供自主化的監(jiān)管手段， 為實(shí)現(xiàn)國(guó)家層級(jí)道路質(zhì)量管理體系提供科學(xué)可行的技術(shù)方案，亦可為未來重型工程機(jī)械無人化施工提供模塊化的監(jiān)管平臺(tái)。

（4） 使用智能壓實(shí)系統(tǒng)可以為路基路面壓實(shí)質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定提供真實(shí)可靠的依據(jù)， 增強(qiáng)壓實(shí)施工檔案的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。

（5） 使用智能壓實(shí)系統(tǒng)不需要更多的特殊培訓(xùn)， 其操作平臺(tái)簡(jiǎn)單易懂， 并且在大部分情況下都是選擇使用自動(dòng)壓實(shí)。

5 結(jié)語

本智能壓實(shí)監(jiān)控系統(tǒng)綜合利用現(xiàn)代傳感器、三星精確定位、 物聯(lián)網(wǎng)、 移動(dòng)通信等技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)了壓實(shí)作業(yè)工序嚴(yán)格把關(guān)、 壓實(shí)過程智能控制、壓實(shí)數(shù)據(jù)信息化應(yīng)用三大功能， 完美解決了對(duì)路基路面壓實(shí)作業(yè)的全過程、 全面監(jiān)控的難題。 隨著施工技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步， 相信智能型壓路機(jī)在今后的公路工程施工中將會(huì)發(fā)揮更大的作用。