基于動(dòng)態(tài)控制方法的瀝青路面施工智能管控技術(shù)研究

周維鼎 李強(qiáng) 牛榮 康文 郭桂爽

（1 甘肅路橋公路投資有限公司，甘肅 蘭州 730030；2 蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 211112）

0 背景

在“一帶一路”國家戰(zhàn)略交通先行的背景下，“十三五”期間我國公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將處于集中建設(shè)、加速成網(wǎng)的關(guān)鍵階段，全國高速公路將新增通車?yán)锍?.6萬公里。甘肅省《“十三五”交通運(yùn)輸發(fā)展規(guī)劃》提出將新建高速公路3700公里以上，新（改）建普通國省道約12000公里。隨著甘肅省公路里程不斷增加，交通量及其軸重也越來越大，對建立高質(zhì)量的瀝青路面的要求也越來越高。

當(dāng)前，管理人員對施工環(huán)節(jié)質(zhì)量控制的重要性有廣泛共識，但在傳統(tǒng)施工體系中發(fā)包人或監(jiān)理人無有效的精力對瀝青路面施工環(huán)節(jié)進(jìn)行全過程監(jiān)督和管理，易導(dǎo)致施工出現(xiàn)不穩(wěn)定和不均勻現(xiàn)象，例如混合料的級配、油石比以及攤鋪壓實(shí)質(zhì)量波動(dòng)造成了混合料橫縱向的不均勻排布，出現(xiàn)瀝青路面松散、坑槽、車轍等早期病害。一旦出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，傳統(tǒng)的管理方法很難識別問題是出在混合料配合比、拌和工藝、運(yùn)輸過程還是攤鋪碾壓等其他環(huán)節(jié)，給分析問題和整改造成極大困難。因此如何從管理舉措中快速、及時(shí)、準(zhǔn)確地采集瀝青路面施工過程數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)對錯(cuò)誤進(jìn)行指導(dǎo)和調(diào)整，是施工管理中急需解決的問題。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)相連接，并進(jìn)行信息交換和通訊，實(shí)現(xiàn)采集參數(shù)的智能化識別、監(jiān)控和管理工作。因此本項(xiàng)目在研究路面施工質(zhì)量管控措施時(shí)引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以期實(shí)現(xiàn)對瀝青路面工程瀝青路面施工控制技術(shù)也在向智能化方向發(fā)展。

1 系統(tǒng)架構(gòu)需求分析

目前瀝青路面施工主要從拌合樓、運(yùn)輸、攤鋪及碾壓四個(gè)工序環(huán)節(jié)進(jìn)行，為了實(shí)現(xiàn)對各個(gè)環(huán)節(jié)關(guān)鍵點(diǎn)控制，本課題針對項(xiàng)目管理人員和施工人員對質(zhì)量控制提出的要求開展研究分析，從施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)和用戶交互遠(yuǎn)程中心處理分析平臺(tái)建立瀝青路面施工智能監(jiān)控框架體系。施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括拌合樓數(shù)據(jù)采集設(shè)備、運(yùn)輸攤鋪一體化數(shù)據(jù)采集設(shè)備、碾壓數(shù)據(jù)采集設(shè)備，遠(yuǎn)程中心處理分析平臺(tái)應(yīng)具備施工現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的接收、實(shí)施監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能，用戶交互從施工現(xiàn)場管理人員、辦公室管理人員和施工操作人員考慮，研究針對不同用戶的平臺(tái)交互軟件。

1.1 施工現(xiàn)場質(zhì)量控制需求分析

施工現(xiàn)場質(zhì)量控制需求主要包括拌合、運(yùn)輸、攤鋪及壓實(shí)環(huán)節(jié)。具體需求分析和解決措施如圖1。

圖1 施工現(xiàn)場質(zhì)量控制需求分析

1.2 用戶交互遠(yuǎn)程中心處理分析平臺(tái)

用戶遠(yuǎn)程中心處理分析平臺(tái)應(yīng)具備施工現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的接收、實(shí)施監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和處理功能。用戶交互遠(yuǎn)程中心處理分析平臺(tái)依據(jù)的是施工現(xiàn)場質(zhì)量需求分析而設(shè)，以滿足現(xiàn)場人員的操作和管理需要。具體架構(gòu)如圖2。

圖2 用戶遠(yuǎn)程中心處理分析平臺(tái)架構(gòu)

2 現(xiàn)場安裝設(shè)備配置系統(tǒng)

2.1 拌合監(jiān)控系統(tǒng)布置

在混合料拌合環(huán)節(jié)，通過在瀝青拌合樓布置傳感器和控制器對生產(chǎn)過程中的計(jì)量數(shù)據(jù)、時(shí)間數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并實(shí)時(shí)傳輸至后臺(tái)數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、計(jì)算分析和智能反饋，實(shí)現(xiàn)瀝青混合料級配、油石比、出料溫度實(shí)時(shí)控制。前場施工人員和管理者可以通過手機(jī)終端和PC客戶端對生產(chǎn)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢。

圖3 拌合監(jiān)控系統(tǒng)布置

2.2 運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)布置

在混合料運(yùn)輸環(huán)節(jié)，通過在拌合樓、運(yùn)輸車和攤鋪機(jī)上安裝射頻識別器（RFID）和電子標(biāo)簽等監(jiān)控設(shè)備，能夠準(zhǔn)確識別運(yùn)輸車進(jìn)出拌合場、進(jìn)出攤鋪現(xiàn)場以及運(yùn)輸軌跡等信息，具備運(yùn)輸時(shí)間、運(yùn)輸車軌跡監(jiān)控以及混合料溯源功能。

2.3 攤鋪監(jiān)控系統(tǒng)布置

在攤鋪環(huán)節(jié)，通過在攤鋪斷面布置紅外傳感器陣列，實(shí)時(shí)獲取整個(gè)攤鋪斷面溫度數(shù)據(jù)，并通過距離傳感器或高精度GPS對攤鋪機(jī)行駛速度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。攤鋪溫度與速度信息通過LED顯示屏實(shí)時(shí)展示，并實(shí)時(shí)傳輸至后臺(tái)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行存儲(chǔ)和發(fā)布。

2.4 碾壓監(jiān)控系統(tǒng)布置

在碾壓環(huán)節(jié)，通過基站與移動(dòng)站的差分計(jì)算，實(shí)現(xiàn)壓路機(jī)厘米級定位，實(shí)時(shí)獲取壓路機(jī)碾壓速度和碾壓遍數(shù)碾壓，通過紅外溫度傳感器獲取碾壓溫度。碾壓溫度、碾壓速度和碾壓遍數(shù)彩圖通過平板電腦、LED顯示屏實(shí)時(shí)展示，指導(dǎo)操作手快速識別欠壓或超壓區(qū)域。

圖4 運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)布置

圖5 攤鋪監(jiān)控系統(tǒng)布置

圖6 碾壓監(jiān)控系統(tǒng)布置

3 工程實(shí)施效果

本項(xiàng)目研發(fā)的職能管控系統(tǒng)在蘭州南繞城項(xiàng)目進(jìn)行工程實(shí)踐，具體應(yīng)用效果如下：

3.1 拌合生產(chǎn)監(jiān)控子系統(tǒng)（圖8）

3.2 運(yùn)輸監(jiān)控子系統(tǒng)（圖9）

3.3 攤鋪監(jiān)控子系統(tǒng)（圖10、圖11）

3.4 碾壓監(jiān)控子系統(tǒng)（圖12、圖13）

3.5 預(yù)警管理子系統(tǒng)（圖14）

圖7 系統(tǒng)登錄界面

圖8 監(jiān)控系統(tǒng)界面

圖9 拌合生產(chǎn)監(jiān)控子系統(tǒng)界面

圖10 運(yùn)輸監(jiān)控子系統(tǒng)界面

圖11 攤鋪監(jiān)控子系統(tǒng)界面

圖12 碾壓監(jiān)控子系統(tǒng)界面

圖13 碾壓監(jiān)控現(xiàn)場電腦顯示

圖14 預(yù)警管理子系統(tǒng)界面

4 結(jié)語

本文從項(xiàng)目路面智能監(jiān)控信息化需求分析、監(jiān)控設(shè)備研發(fā)和工程應(yīng)用，研發(fā)了基于動(dòng)態(tài)控制方法的瀝青路面施工智能管控技術(shù)，能實(shí)時(shí)監(jiān)控瀝青路面施工過程中關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息，動(dòng)態(tài)、真實(shí)地反映工程質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對施工過程的動(dòng)態(tài)控制，提供分析預(yù)警機(jī)制，及時(shí)分析質(zhì)量問題，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量波動(dòng)，確保工程質(zhì)量目標(biāo)，同時(shí)還具有提高工程效率、節(jié)約成本、保護(hù)環(huán)境和提高安全性能等優(yōu)點(diǎn)。瀝青路面全過程智能施工監(jiān)控技術(shù)可減少建設(shè)過程返工，提升建設(shè)質(zhì)量和效率，節(jié)約初期建設(shè)成本及后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，具有直接的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，同時(shí)由于質(zhì)量提升帶來的長期效益更顯著。