基于物聯(lián)網(wǎng)的智能監(jiān)控系統(tǒng)在瀝青路面施工質(zhì)量管控中的應(yīng)用研究

馬德林

摘要： 道路工程是我國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目，其中瀝青路面具有工藝簡(jiǎn)單、行車舒適性、經(jīng)久耐用的優(yōu)勢(shì)，因此施工應(yīng)用普遍，如何提高施工質(zhì)量，成為從業(yè)人員的研究重點(diǎn)。本文首先介紹了我國(guó)瀝青路面施工質(zhì)量管控現(xiàn)狀，然后分析了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，最后結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行分析，以供參考。

Abstract： Road and bridge engineering is an infrastructure construction project in China. The asphalt pavement has the advantages of simple technology， comfortable driving and durable， so it is widely used in construction. How to improve the construction quality has become the focus of practitioners. This article first introduces the status quo of quality control and management of asphalt pavement in China， and then analyzes the application of intelligent monitoring system based on the Internet of Things. Finally， it analyzes with engineering examples for reference.

關(guān)鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng)；智能監(jiān)控系統(tǒng)；瀝青路面；施工質(zhì)量

Key words： Internet of Things；intelligent monitoring system；asphalt pavement；construction quality

中圖分類號(hào)：U416.217 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）14-0232-03

0 引言

調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2016年我國(guó)高速公路通車?yán)锍踢_(dá)到13萬km，位居全球第一，工藝技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平。與此同時(shí)，也要看到施工管理中的不足，成為阻礙道路質(zhì)量提升的重要因素。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的進(jìn)步，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)滲透到各行各業(yè)，道路施工也應(yīng)該抓住發(fā)展機(jī)遇，推廣應(yīng)用基于物聯(lián)網(wǎng)的智能監(jiān)控系統(tǒng)。以下結(jié)合瀝青路面工程案例，探討了智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值。

1 我國(guó)瀝青路面施工質(zhì)量管控現(xiàn)狀

我國(guó)高速公路建設(shè)起步晚，雖然近些年發(fā)展迅猛，但是技術(shù)儲(chǔ)備比較薄弱，因此道路建成后的性能不理想，主要是路面容易破壞。在新建成的道路中，由于交通負(fù)荷大、運(yùn)輸量大，發(fā)生車轍、泛油、開裂的風(fēng)險(xiǎn)高，因此必須提升質(zhì)量管控水平。傳統(tǒng)施工管理中，存在問題如下：

第一，拌合生產(chǎn)期間，原材料的質(zhì)量影響因素較多，由于檢測(cè)樣品代表性不具備普遍性，混合料可能會(huì)出現(xiàn)級(jí)配不穩(wěn)定、溫度不均勻等情況。而且在緊張的工期壓力下，夜間施工的工藝技術(shù)、防護(hù)措施薄弱，直接影響瀝青路面的施工質(zhì)量。

第二，混合料運(yùn)輸期間，沒有針對(duì)運(yùn)輸車輛進(jìn)行監(jiān)管，從成本節(jié)約的角度出發(fā)，為了滿足建設(shè)需求，往往采用運(yùn)輸車輛租賃形式。實(shí)踐證實(shí)，瀝青混合料在運(yùn)輸過程中，無法對(duì)司機(jī)進(jìn)行有效管理，難以保證混合料準(zhǔn)時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，甚至改變了混合料的性能標(biāo)準(zhǔn)[1]。

第三，攤鋪期間，攤鋪速度關(guān)系到混合料的攤鋪質(zhì)量，由于無法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)攤鋪機(jī)的運(yùn)行速度，因此路面各項(xiàng)路用性能得不到很好的保障。以傳統(tǒng)的攤鋪?zhàn)鳂I(yè)為例，對(duì)于攤鋪溫度的控制不準(zhǔn)確，很容易發(fā)生溫度離析現(xiàn)象，會(huì)縮短瀝青路面的使用壽命。此外，攤鋪機(jī)停機(jī)待料時(shí)疏于管理，隨著等待時(shí)間的延長(zhǎng)，混合料的溫度會(huì)不斷降低，攤鋪機(jī)的熨平板會(huì)出現(xiàn)拉毛現(xiàn)象。

第四，碾壓期間，目前采取初壓—復(fù)壓—終壓的工作流程，每個(gè)工作面會(huì)配置2臺(tái)攤鋪機(jī)，以及壓路機(jī)配合施工協(xié)助工人等。由于工作面狹小，必須有管理人員現(xiàn)場(chǎng)指揮，否則可能引起安全質(zhì)量事故。另外，瀝青路面屬于磨耗層，混合料鋪設(shè)厚度越薄，溫度散失也就越快，因此難以保證壓實(shí)度，容易出現(xiàn)空隙率大、滲水系數(shù)大等問題，在通車運(yùn)行后極易造成路面損壞。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)框架

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能監(jiān)控系統(tǒng)，是對(duì)信息傳輸技術(shù)的整合運(yùn)用，例如LTE技術(shù)、GPRS技術(shù)等。在系統(tǒng)組成上，將瀝青路面施工中的混合料生產(chǎn)、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等環(huán)節(jié)有效整合（如圖1），從而動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)反映出施工信息，為管理控制工作提供依據(jù)[2]。

第一，改性瀝青生產(chǎn)監(jiān)控子系統(tǒng)。能監(jiān)測(cè)各種原材料（基質(zhì)瀝青、改性劑和穩(wěn)定劑等）的數(shù)量比例，通過控制加工周期，來保證改性瀝青的質(zhì)量。

第二，混合料拌合監(jiān)控子系統(tǒng)。通過采集數(shù)據(jù)，對(duì)瀝青混合料的拌合進(jìn)行控制，采集數(shù)據(jù)包括：①每盤混合料的拌合時(shí)間，②熱料倉(cāng)的投放質(zhì)量，③瀝青投放質(zhì)量，④添加劑的投放質(zhì)量，⑤瀝青和集料的溫度，⑥混合料的出廠溫度等。

第三，運(yùn)輸作業(yè)監(jiān)控子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)主要有三個(gè)作用：一是識(shí)別瀝青混合料的裝料順序，二是識(shí)別出料對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)時(shí)間段，三是識(shí)別卸料時(shí)攤鋪機(jī)的具體位置，保證運(yùn)輸過程中的混合料質(zhì)量。

第四，攤鋪?zhàn)鳂I(yè)監(jiān)控子系統(tǒng)。瀝青混合料在攤鋪期間，該子系統(tǒng)能收集攤鋪溫度、攤鋪速度、鋪面溫度分布等信息，從而及時(shí)調(diào)整攤鋪指標(biāo)，避免留下質(zhì)量隱患，有效提高攤鋪效率。

第五，碾壓作業(yè)監(jiān)控子系統(tǒng)。為了控制壓實(shí)度指標(biāo)，該子系統(tǒng)能監(jiān)測(cè)壓實(shí)溫度、壓實(shí)速度、碾壓遍數(shù)三個(gè)參數(shù)。以任意樁號(hào)段落的工程為例，通過分析壓實(shí)的軌跡、遍數(shù)、速度、溫度等數(shù)據(jù)，能評(píng)價(jià)施工質(zhì)量的是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。此外，在駕駛室內(nèi)配置了反饋裝置，能明確指出超壓、漏壓等問題路段，指導(dǎo)司機(jī)開展作業(yè)。

2.2 管理功能

第一，生產(chǎn)管理。在瀝青混合料拌和站安裝管控軟件，輔助利用紅外測(cè)溫設(shè)備、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)控，獲得材料用量、瀝青溫度、骨料溫度，控制拌合時(shí)間、出料時(shí)間、出料溫度等參數(shù)，形成完善的、精確的數(shù)據(jù)資料，生成關(guān)鍵信息趨勢(shì)圖。例如以每一盤混合料的數(shù)據(jù)資料為依據(jù)，能計(jì)算各種材料的用量、比例，通過趨勢(shì)圖顯示出材料用量誤差。系統(tǒng)對(duì)比理論數(shù)據(jù)、實(shí)際數(shù)據(jù)后，判斷是否超出規(guī)定范圍，并根據(jù)誤差大小發(fā)出預(yù)警，將預(yù)警短信發(fā)送至監(jiān)控平臺(tái)上，提醒管理人員及時(shí)調(diào)整。

第二，施工管理。分別在攤鋪機(jī)、壓路機(jī)上安裝環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備、紅外測(cè)溫設(shè)備、GPS設(shè)備等，能得到機(jī)械位置、施工速度、混合料溫度、現(xiàn)場(chǎng)溫度濕度、風(fēng)力風(fēng)向等，并將這些數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控系統(tǒng)的服務(wù)器上[3]。管理人員通過管控平臺(tái)，即可了解機(jī)械設(shè)備的位置變化，能及時(shí)查看工作環(huán)境的變化，針對(duì)攤鋪速度、碾壓速度進(jìn)行控制，出現(xiàn)異常情況即可發(fā)出警報(bào)。以溫度控制為例，系統(tǒng)利用機(jī)械上的測(cè)溫設(shè)備，能對(duì)混合料溫度進(jìn)行全程監(jiān)控，包括出料、攤鋪、初壓、復(fù)壓、終壓溫度等，并且將路面溫度顯示在監(jiān)控平臺(tái)上，一旦超出溫度標(biāo)準(zhǔn)要求就分級(jí)報(bào)警。此外，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的風(fēng)速、溫度、濕度等要素，也能在平臺(tái)上顯示，方便管理人員對(duì)現(xiàn)象施工進(jìn)行調(diào)控。

第三，統(tǒng)計(jì)分析。智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，可以對(duì)施工進(jìn)度、安全預(yù)警、日產(chǎn)量、總產(chǎn)量等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。具體到瀝青路面施工中，生產(chǎn)數(shù)據(jù)包括瀝青型號(hào)、數(shù)量、施工路段、長(zhǎng)度、厚度等指標(biāo)，通過比較材料的設(shè)計(jì)用量和實(shí)際用量，得到兩者的誤差值，為施工計(jì)劃和進(jìn)度的調(diào)整提供依據(jù)[4]。此外，分析各種數(shù)據(jù)和預(yù)警情況，然后結(jié)合費(fèi)用單價(jià)，即可核算混合料的成本。

第四，登錄查詢。對(duì)智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置不同級(jí)別的權(quán)限，能為不同級(jí)別的用戶提供內(nèi)容查詢，將其作為績(jī)效考核的依據(jù)。

3 工程實(shí)例分析

3.1 工程概況

以我國(guó)某高速公路為例，線路全長(zhǎng)為60km，按照雙向四車道設(shè)計(jì)，時(shí)速為120km/h。本次研究選取其中1個(gè)標(biāo)段，探討了智能監(jiān)控系統(tǒng)在瀝青路面施工管理中的應(yīng)用。其中，系統(tǒng)硬件安裝設(shè)備見表1。對(duì)于采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，處理前首先進(jìn)行校核，以紅外測(cè)溫傳感器為例，精度影響因素多，現(xiàn)場(chǎng)安裝完成后，利用水銀溫度計(jì)進(jìn)行校核，分析校核曲線，確保滿足精度要求[5]。

3.2 施工管控方法

在原料生產(chǎn)上，目前改性瀝青應(yīng)用普遍，因此安裝改性瀝青監(jiān)控系統(tǒng)，針對(duì)材料比例、瀝青加工溫度等進(jìn)行控制，獲得改性劑和基質(zhì)瀝青的用量比例，生成相應(yīng)的曲線圖。舉例來說，如果發(fā)育溫度、溶脹溫度之間的差距較大，則說明生產(chǎn)期間改性瀝青的發(fā)育環(huán)境有明顯波動(dòng)，應(yīng)該進(jìn)一步檢驗(yàn)成品瀝青的性能指標(biāo)。

在混合料拌合上，監(jiān)控系統(tǒng)獲取熱料倉(cāng)投放質(zhì)量、瀝青質(zhì)量、添加劑質(zhì)量、油石比等數(shù)據(jù)信息，然后按照服務(wù)程序的格式要求進(jìn)行處理，利用GPRS技術(shù)傳輸至遠(yuǎn)程服務(wù)器，針對(duì)質(zhì)量波動(dòng)進(jìn)行預(yù)警，并將預(yù)警信息發(fā)送給管理人員。以級(jí)配設(shè)計(jì)指標(biāo)為例，9.5-16mm篩孔通過率的曲線離散性大，說明熱料倉(cāng)10-15mm規(guī)格的設(shè)定用量、實(shí)際用量波動(dòng)程度明顯[6]。

在運(yùn)輸作業(yè)上，利用RFID技術(shù)對(duì)瀝青混合料的運(yùn)輸全程進(jìn)行監(jiān)控，可以實(shí)現(xiàn)車輛的定位、識(shí)別等功能。例如：攤鋪時(shí)的開始樁號(hào)、結(jié)束樁號(hào)距離短，說明結(jié)構(gòu)層厚較大；瀝青混合料的出場(chǎng)時(shí)間、開始攤鋪時(shí)間間隔較長(zhǎng)，說明拌和站和施工現(xiàn)場(chǎng)的距離遠(yuǎn)，應(yīng)該制定最優(yōu)運(yùn)輸路線。

在攤鋪?zhàn)鳂I(yè)上，GNSS定位板卡的應(yīng)用，識(shí)別精度達(dá)到厘米級(jí)；RTK技術(shù)的應(yīng)用，能獲得攤鋪運(yùn)動(dòng)痕跡的地理信息，實(shí)現(xiàn)攤鋪速度、里程的監(jiān)管統(tǒng)計(jì)。此外，紅外溫度傳感器的使用，可以對(duì)攤鋪溫度、鋪面均勻性進(jìn)行控制，了解混合料是否發(fā)生離析。而LED屏作為反饋體系，實(shí)現(xiàn)了施工可視化，便于施工人員獲得攤鋪信息，調(diào)整施工作業(yè)。

在碾壓作業(yè)上，定位流動(dòng)站能提供位置差分信號(hào)，結(jié)合WIFI網(wǎng)絡(luò)，將壓路機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控系統(tǒng)，用來引導(dǎo)施工作業(yè)。具體應(yīng)用時(shí)，一方面能查看現(xiàn)場(chǎng)施工狀況，包括機(jī)械數(shù)量、碾壓次數(shù)、超壓漏壓等情況；另一方面可以查看任何路段的壓實(shí)質(zhì)量，查詢碾壓溫度、碾壓速度信息，為質(zhì)量評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

3.3 管控成果分析

在質(zhì)量層面，將瀝青路面分為上面層、下面層、上基層三個(gè)部分，經(jīng)數(shù)據(jù)的采集、統(tǒng)計(jì)、處理，最后進(jìn)行質(zhì)量評(píng)分，結(jié)果表明得分為97.5分、98.4分、94.2分，滿足質(zhì)量控制目標(biāo)。在效益層面，該監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了管理的信息化，獲得的施工數(shù)據(jù)為維修管理提供了支持，不僅延長(zhǎng)了路面使用壽命，而且節(jié)約了養(yǎng)護(hù)成本，因此經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 結(jié)語

綜上所述，目前瀝青路面施工管理中存在一些問題，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能監(jiān)控系統(tǒng)，能對(duì)整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)施工流程進(jìn)行監(jiān)控，具有生產(chǎn)管理、施工管理、統(tǒng)計(jì)分析、登錄查詢等功能。文中結(jié)合工程案例，探討了該系統(tǒng)的具體應(yīng)用，結(jié)果顯示不僅提高了瀝青路面的施工質(zhì)量，而且經(jīng)濟(jì)效益顯著，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 林通，焦生杰，葉敏，等.高速公路瀝青路面遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，35（1）：26-32.

[2]王宣，唐建亞，邢永忠，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能監(jiān)控系統(tǒng)在瀝青路面施工中的應(yīng)用研究[J].公路交通技術(shù)，2017，33（3）：23-28.

[3]陶福貴，陳幫鵬.物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)及相關(guān)技術(shù)研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2014（20）：4939-4940.

[4]蒲政，葉煒.瀝青路面施工質(zhì)量管控系統(tǒng)應(yīng)用分析[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2016，13（3）：92-94.

[5]程善剛.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的瀝青路面施工質(zhì)量智能管控系統(tǒng)應(yīng)用介紹[J].項(xiàng)目管理與質(zhì)量控制，2015（12）：185-188.

[6]劉恒強(qiáng).基于GTM高速公路瀝青路面質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2016（34）：723，728.