基于互聯(lián)網技術的瀝青路面質量控制體系

龍飛 馬紅昆 黃祖興 張益維 李雄周

摘 要：高速公路瀝青路面建設過程中，環(huán)節(jié)眾多且工藝復雜，存在檢測周期長、檢測結果不真實、以點概面數(shù)據(jù)不完善且難以追溯等問題，導致高速公路瀝青路面的耐久性和使用壽命往往難以達到預期的效果。因此，本文首次提出了基于物聯(lián)網技術的瀝青路面質量控制體系，把瀝青路面施工過程中的材料生產環(huán)節(jié)、運輸環(huán)節(jié)、路面攤鋪環(huán)節(jié)和路面壓實環(huán)節(jié)有機結合起來研究，行成系統(tǒng)化解決方案，對各個環(huán)節(jié)中的施工參數(shù)進行實時匯總，構建數(shù)字化監(jiān)測網絡，嚴格保證施工過程中各個環(huán)節(jié)的質量，從而保證高速公路瀝青路面的質量和性能，提高公路的使用壽命和安全保障。

關鍵詞：瀝青路面；質量控制；互聯(lián)網技術

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.136

0 引言

近年來，隨著社會經濟的不斷發(fā)展，中國高速公路建設也在迅速發(fā)展，并且取得了舉世矚目的成就。目前，在我國高速公路建設中，瀝青混凝土路面結構得到廣泛應用，但是，由于一些公路工程的施工質量難以保證，故瀝青路面破壞嚴重，耐久性差，導致我國高速公路通常情況下難以達到預期的使用壽命，并且存在巨大的安全隱患，進行大規(guī)模維修時，還會造成巨大的經濟損失和不良的社會影響。

導致瀝青路面耐久性不足和早期破壞的原因眾多，例如特殊的氣候條件或地質條件、交通超載、路面設計理論不完善、人為破壞等。但是，追本溯源，造成公路使用壽命減少的關鍵因素在于公路建設施工過程中沒有進行嚴格的質量控制，尤其是對技術細節(jié)進行嚴格的控制。例如，施工過程中，由于鋪設瀝青路面所需的材料和機械設備多種多樣，使用的工藝也種類繁多，而且鋪設過程中原材料的質量、材料之間的混合比例、施工溫度、壓實度、平整度等都存在一定的變異性，這些因素均會影響瀝青路面的質量。因此，對瀝青路面鋪設過程中的變異性進行積極有效的預防和控制，是保證瀝青路面質量的關鍵途徑。

此外，一些高度公路建設過程中，通常會存在盲目趕工期的現(xiàn)象，例如在公路建設過程中為了節(jié)省時間，而故意省去一些必要的步驟，從而造成工程質量下降。并且，收到利益等原因的驅使，一些施工單位會在用料、機械設備等投入上偷工減料等，這些都會導致瀝青路面嚴重破壞。因此，在瀝青路面鋪設過程中，對工程質量過程需要進行嚴格控制，必須完善各個時間節(jié)點的質量管理體系，從而保證瀝青路面的質量和使用壽命。

考慮瀝青路面鋪設過程中遇到的上述問題，本文在國內首次提出基于互聯(lián)網技術的瀝青路面質量控制體系，該體系應用新技術、新原理，把瀝青路面施工過程中的材料生產環(huán)節(jié)、運輸環(huán)節(jié)、路面攤鋪環(huán)節(jié)和路面壓實環(huán)節(jié)有機結合起來研究，行成系統(tǒng)化解決方案，構建數(shù)字化監(jiān)測網絡。本文提出的新體系，結合了計算機技術等信息管理手段，將互聯(lián)網技術應用于路面施工過程中，實現(xiàn)瀝青路面施工質量的動態(tài)化管理，具有廣闊的應用空間和市場前景。

1 質量控制體系框架

本文提出的瀝青路面質量控制體系如圖1所示。該體系主要在瀝青材料生產環(huán)節(jié)、運輸環(huán)節(jié)、路面攤鋪環(huán)節(jié)和路面壓實環(huán)節(jié)這四個環(huán)節(jié)，利用互聯(lián)網技術把瀝青路面施工的各個階段有機結合起來，構建數(shù)字化監(jiān)測網絡，進行一致的質量控制，從而保證瀝青公路的質量和性能。此外，本文提出瀝青路面施工全過程溫度場模型，在瀝青路面攤鋪過程中的各個環(huán)節(jié)建立溫度場冷卻模型，計算出各個環(huán)節(jié)完成工作的最佳時間節(jié)點，并且給出在最佳時間段內的科學施工方案，從而保障施工質量。并且通過引入先進的技術來監(jiān)測施工過程中的關鍵參數(shù)，實現(xiàn)總體監(jiān)測和局部監(jiān)測相結合的目標。

該系統(tǒng)在實際實施工程中，簡單易行，容易理解，考慮了瀝青路面鋪設過程中的各個環(huán)節(jié)中的質量控制，主要分成四大環(huán)節(jié)，即，（1）瀝青材料生產環(huán)節(jié)質量控制，（2）運輸環(huán)節(jié)質量控制，（3）路面攤鋪環(huán)節(jié)質量控制，（4）路面壓實環(huán)節(jié)質量控制，其中，每個環(huán)節(jié)的具體過程和操作如下介紹。

2 各環(huán)節(jié)質量控制實施過程

本文提出的基于互聯(lián)技術的瀝青路面施工質量控制體系，是國內目前較為先進和信息化的一套規(guī)范化的瀝青路面質量管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)性能高、高度自動化且易于操作和使用，可以保證瀝青路面鋪設過程中各個環(huán)節(jié)中及時上傳真實可靠各項施工數(shù)據(jù)，在國內公路建設工程項目中具有重大的作用和意義。

2.1 瀝青材料生產環(huán)節(jié)質量控制

在瀝青路面建設過程中，瀝青材料的質量好壞直接決定了瀝青路面的質量高低，瀝青材料的水穩(wěn)定性能、高溫穩(wěn)定性能等都依賴于瀝青材料的好壞。因此，對瀝青材料的質量要求是保證高速公路質量的關鍵因素之一。本文提出的基于互聯(lián)網技術的瀝青路面質量控制體系中，對瀝青材料生產環(huán)節(jié)進行嚴格的質量控制，并且對瀝青材料的質量從兩個角度進行控制，即原材料和混合材料。

生產的瀝青原材料決定了瀝青品質，故在對原材料進行質量控制時，本文使用常見的用來評價瀝青質量的三個指標（即，針入度、軟化點、延度）來判斷瀝青質量的好壞。因此，基于本文提出的質量控制體系，在原材料采購環(huán)節(jié)中，采購者需要及時匯報采購材料的詳細信息，包括采購內容、采購日期、采購數(shù)量等。這些信息將會被存儲，一經上次確認后不得篡改，一旦發(fā)生問題，即可以調出信息進行原因分析。

單純的原材料難以構建高性能的瀝青路面，因此，除了選用優(yōu)質的原材料之外，還需要嚴格控制不同材料之間的配合比，生成出高質量的混合材料，以供瀝青路面的鋪設。只有各種材料之間的配合比達到最優(yōu)，才能極大限度發(fā)揮各種材料的良好性能，從而建設高性能的瀝青路面。因此，施工過程中需要對復雜混合材料的配合比進行嚴格控制。因此，基于本文提出的質量控制體系，可以對混合材料生產環(huán)節(jié)的各項關鍵參數(shù)進行實時測量和上傳分析，例如混合材料的配合比、攪拌溫度、混合材料的干濕程度等數(shù)據(jù)，都需要進行統(tǒng)一的上傳和匯總。施工方和業(yè)主同時可以監(jiān)測和管理這些數(shù)據(jù)，一旦發(fā)生問題，即可以及時解決，從而保障混合料高質量生產，并且同時可以保證工期。

2.2 運輸環(huán)節(jié)質量控制

在得到高質量的混合瀝青材料后，在運輸過程中也需要嚴格控制存儲條件。通常情況下，瀝青材料在運輸過程中，往往需要歷經較長時間，而此期間可能會導致瀝青材料發(fā)生老化，從而導致性質發(fā)生變化。例如，由于混合瀝青材料散熱快，且存放時間長便會發(fā)生離析。

因此，在本文提出的質量控制體系下，對運輸環(huán)節(jié)的各項關鍵參數(shù)也需要進行實時測量，例如需要嚴格檢驗混合材料溫度，運送時間等，確保混合料以最佳溫度送到攤鋪現(xiàn)場，并且運到攤鋪現(xiàn)場后，需要再次檢驗混合材料的溫度等性能。具體地，在運輸車輛上安裝自主研發(fā)生產的車輛身份識別跟蹤管理系統(tǒng)以及高精度GPS系統(tǒng)，對運輸車輛進行身份識別，從而使得每一車材料從出站到攤鋪全過程可監(jiān)控，并且還為后面的質量問題回溯提供了相應的數(shù)據(jù)依據(jù)。

監(jiān)理人員或業(yè)主可以實時監(jiān)測上傳的材料參數(shù)數(shù)據(jù)，從而可以判斷施工過程中是否存在質量問題和安全隱患，如果運輸途中發(fā)生故障，即可以立即進行搶修，將成本降至最低?；虍敯l(fā)現(xiàn)運輸過程中出現(xiàn)超出范圍或長時間停車時，立即進行短信等手段的報警，做到運輸問題的快速糾偏。

2.3 路面攤鋪環(huán)節(jié)質量控制

瀝青路面的攤鋪環(huán)節(jié)是建設高質量瀝青公路的技術關鍵，攤鋪前的準備工作，以及攤鋪過程中的條件控制都十分重要。例如，攤鋪前需要對攤鋪機提前加熱，攤鋪過程中需要控制攤鋪溫度，攤鋪厚度與平整度，攤鋪面積，攤鋪速度等。

因此，本文提出的基于互聯(lián)網技術的瀝青路面質量控制體系，可以有效的測量上述提到的各種攤鋪數(shù)據(jù)，從而控制路面攤鋪質量。在具體的瀝青路面攤鋪施工中，本文提出的質量控制體系將所有車輛進行統(tǒng)一交互，使得整個現(xiàn)場作為一個有機整體進行管理。攤鋪后臺界面記錄和存儲施工過程所有的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)采用國內先進水平的高精度相位差分GPS定位技術，可以精確的測量攤鋪厚度、攤鋪速度、攤鋪面積、攤鋪溫度等，同時也會實時監(jiān)測攤鋪成品的各項狀態(tài)參數(shù)，以確保攤鋪質量。在路面攤鋪過程中，如果發(fā)生波浪、離析、裂縫等異?，F(xiàn)象時，根據(jù)質量控制體系測量的數(shù)據(jù)，即可及時分析原因，并且進行修正。

2.4 路面壓實環(huán)節(jié)質量控制

除了選取優(yōu)良的材料和進行合理的攤鋪，瀝青路面承載能力和耐久性在很大程度上取決于路面壓實環(huán)節(jié)。路面壓實可以減少瀝青混合材料中的孔隙率，可以進一步提升瀝青公路的密實度和平整性，使得瀝青路面的承載能力更強。但是，路面壓實環(huán)節(jié)并不是壓實度越大越好。過度壓實會導致瀝青材料的孔隙率過小，則表面層容易產生轍槽和推擠破壞，并且較小的孔隙率也會造成抗滑下降，帶來行車安全隱患。因此，在路面壓實施工中，控制瀝青路面的壓實度是提升瀝青路面性能的重要因素之一。

本文提出的基于互聯(lián)網技術的瀝青路面質量控制體系，能夠利用先進的計算機技術，采用非接觸、實時在線路面壓實度監(jiān)測技術精確的測量路面壓實過程中的壓路機的名稱、起止樁號、當前樁號、壓幅、里程、日期、海拔、壓實度、壓實速度、壓實遍數(shù)等參數(shù)。由于采用非接觸式測量原理，不對瀝青路面產生任何影響，也不會對環(huán)境產生任何影響。此外，該質量控制體系會將測量的所有參數(shù)進行實時上傳和匯總，由專人進行監(jiān)督和管理，以避免造假和偷工，從而保障路面壓實質量。

路面壓實階段，遠程數(shù)據(jù)提取裝置是安裝在壓路機駕駛室內，包含單片機、GPS定位模塊以及3G無線數(shù)傳模塊。收集數(shù)據(jù)時，每隔10秒鐘，該數(shù)據(jù)提取裝置會將壓路機所處位置的經緯度坐標通過3G無線數(shù)傳模塊自動地發(fā)送到服務器，并進行存儲。服務器數(shù)據(jù)庫存儲了擬修建的公路的路基中心線的經緯度坐標，然后根據(jù)遠程數(shù)據(jù)提取裝置采集到的壓路機所在位置的坐標和路基中心線坐標，從而自動計算出路基壓實遍數(shù)，并將實時統(tǒng)計結果存儲在服務器數(shù)據(jù)庫中。另一端，計算機根據(jù)服務器的發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，生成web頁面，監(jiān)理人員或雇主即可以通過IE瀏覽器進行瀏覽。

本文采用的壓路機管理裝置可對公路或鐵路施工過程中的各處路基壓實遍數(shù)進行自動精確的統(tǒng)計，從而實時監(jiān)測各臺壓路機的具體位置，并能記錄壓路機的軌跡和回放壓路機的工作軌跡，從而極大程度地確保了施工質量。

3 監(jiān)控分析與處理要求

各個階段采集的數(shù)據(jù)都上傳至數(shù)據(jù)中心，然后進行分析處理，主要功能是分析整合前端設備采集回來的數(shù)據(jù)，并以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式、統(tǒng)一的展示效果呈現(xiàn)在管理人員眼前。主要包括以下幾個功能。

（1）自動建立報告及臺帳。數(shù)據(jù)監(jiān)控設備按試驗室名稱，分別建立報告臺帳，可以直觀地檢索、查看各個壓力機的試驗時間、樣品編號、試驗類型、設計強度、承壓面積、齡期、荷載等工程信息。

（2）杜絕強度不達標混凝土。在系統(tǒng)中設置設計強度或強度標準， 系統(tǒng)自動檢索不合格的試驗報告，并用紅色字體標示，第一時間安排質量安全檢查，杜絕質量隱患的出現(xiàn)，處理結果還可以在臺帳中記錄。

（3）有效控制混凝土強度的離散性。在系統(tǒng)中設置混凝土強度區(qū)間，一旦超過設計強度的1.5倍時會自動提示，使混凝土強度必須大于設計強度且嚴格控制在設計強度的1.5倍以內。工程實際實施過程中，大批量的混凝土必然會出現(xiàn)局部混凝土強度離散現(xiàn)象的發(fā)生，以致數(shù)據(jù)在后期評定中，離散系數(shù)過大，影響評定結果。通過軟件的質量分析可以更直觀的反映數(shù)據(jù)出現(xiàn)離散的征兆，及時檢查影響混凝土質量的可能存在的材料品質、施工工藝、工程管理等因素，及時對其進行糾正處理。

（4）綜合統(tǒng)計。系統(tǒng)通過大量數(shù)據(jù)的綜合統(tǒng)計分析，試驗數(shù)據(jù)指標出現(xiàn)非正態(tài)分布時，數(shù)據(jù)的置信度在5%以外的，說明存在質量風險，系統(tǒng)將自動建議開展一次專項檢查。

（5）對比分析。系統(tǒng)提供對相同型號、相同等級條件的混凝土強度進行對比分析功能，出具對比分析報告。

（6）比對試驗。當發(fā)現(xiàn)各個試驗室的檢測水平出現(xiàn)偏差的時候，組織試驗室進行比對試驗，促進試驗室提高檢測技術水平。該系統(tǒng)具有比對試驗功能，只要給各個試驗室發(fā)放相同的樣品進行試驗，試驗數(shù)據(jù)和報告上傳后，系統(tǒng)將自動生成“比對試驗匯總報告”，報告記錄公議強度、平均值、標準差、合格數(shù)和偏差值等信息，直接反映各個試驗室的技術水平。監(jiān)管部門可以有針對的提出改進意見，促使各個試驗室共同進步。

4 質量控制體系的技術指標

本文提出的基于互聯(lián)網技術的瀝青路面質量控制體系，在每一個質量控制環(huán)節(jié)都配備有遠程數(shù)據(jù)提取裝置，能夠實時采集施工設備所處位置的經緯度左邊信息，并且將經緯度坐標信息按照一定的時間間隔，經過手機基站無線信號發(fā)送給服務器。然后，服務器對接收的數(shù)據(jù)進行分析，并將數(shù)據(jù)分析結果返回給計算機。

具體地，本文提出的質量控體系的監(jiān)測系統(tǒng)網絡架構包括遠程數(shù)據(jù)提取裝置、服務器和計算機（客戶端IE瀏覽器）三大部分，如圖1所示。其中遠程數(shù)據(jù)提取裝置包括GPS定位、單片機和無線數(shù)據(jù)傳送這三大模塊。每個部分的具體技術指標如下。

（1）遠程數(shù)據(jù)提取裝置均為車載型終端，內含工業(yè)級GPS定位模塊和CDMA遠程數(shù)傳模塊，具有超強穩(wěn)定性，適應在惡劣環(huán)境下工作?；跈C器設備的蓄電池取電，電壓為9-48伏，電流為50-100毫安，工作溫度為-45攝氏度至85攝氏度，且預設的數(shù)據(jù)傳送時間間隔為5-30秒。該設備安裝簡單、體積小、功耗低，可在壓路機上快速完成安裝。

（2）單片機通過9針串口線分別與GPS定位模塊和無線數(shù)據(jù)傳送相連接，從而通過9針串口線和RS-232協(xié)議來讀取GPS定位模塊采集的時間、速度和經緯度坐標信息。

（3）GPS定位模塊采用北斗衛(wèi)星定位模塊，可以精確的進行位置數(shù)據(jù)采集并上傳。

（4）無線數(shù)據(jù)傳輸模型涵蓋了2G無線數(shù)傳模塊、3G無線數(shù)傳模塊和4G無線數(shù)傳模塊。

（5）手機基站無線信號采用3G手機基站無線信號或CDMA手機基站無線信號。

（6）服務器放置于監(jiān)控中心，技術指標如表1所示。

5 質量控制體系的“智慧”特性

由于本文提出的瀝青路面質量控制體系是基于互聯(lián)網技術的產物，充分具有物聯(lián)網（IOT）時代的“智慧”特性，因此，本部分主要對該質量控制體系的“智慧”特性進行總結和分析。

總體來看，本文提出的質量控制體系是基于“云服務+PDCA+APP”的項目質量管理云平臺，依據(jù)此原理將物聯(lián)網技術、循環(huán)管理、云計算等技術應用到公路建設信息化管理中，形成系統(tǒng)化的“智慧”解決方案，很好地滿足了公路施工過程中各個環(huán)節(jié)監(jiān)測的需要，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、實時監(jiān)測、壓實遍數(shù)統(tǒng)計、軌跡回放、報表、通信等功能。此外，系統(tǒng)運行于網絡環(huán)境下，提供了友好的用戶界面，操作簡單，維護方便?？傊?，該基于互聯(lián)網技術的瀝青路面質量控制體系，實現(xiàn)了以科學的程序進行全面的質量管理，能夠有效的提高施工效率，縮短施工時間，降低工程成本，最大限度地減少返工，基于互聯(lián)網技術進行更快更精確的控制，進一步促進了智慧工地建設和發(fā)展。

6 實際監(jiān)測數(shù)據(jù)展示

這部分對本文系統(tǒng)在公路工程中的部分監(jiān)測數(shù)據(jù)及分析處理結果進行展示。反映了拌合機生產混凝土時構成材料的用量柱狀圖，從而可以控制材料配比及用量是否合理。展示了瀝青混合材料生產級配曲線，可以對實際施工數(shù)據(jù)進行分析反饋。對階段性的施工信息進行概覽，包括來料追蹤、運輸追蹤、攤鋪信息、壓實信息等，以供監(jiān)理人員進行決策。

7 總結

瀝青路面鋪設過程中，環(huán)節(jié)眾多且工序復雜，因此，對施工過程中各個環(huán)節(jié)進行嚴格的質量控制是建設高性能瀝青公路的必要前提。本文提出了基于互聯(lián)網技術的瀝青路面質量控制體系，把瀝青路面施工過程中的各環(huán)節(jié)通過物聯(lián)網技術有機結合起來，在瀝青路面施工過程領域形成一套完善的監(jiān)測方案，大幅提高瀝青路面施工質量，在實際應用中具有廣闊的應用前景。

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作者簡介：龍飛（1970-），男，本科，電氣、公路工程專業(yè)工程師，研究方向：建筑智能化、通信工程、高速公路工程。