無人化智能設(shè)備上路，公路養(yǎng)護(hù)新拐點
——浙江營運(yùn)高速路面無人智能化集群施工技術(shù)全球首試

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此次浙江黃衢南高速公路衢南段的無人智能化機(jī)群施工作業(yè)，不僅成功踐行了“機(jī)械化換人和智能化減人”的理念，還較大程度上減少了人員投入，降低了安全風(fēng)險。

2020年，浙江省交通投資集團(tuán)有限公司旗下浙江交通資源投資有限公司和浙江交投高速公路運(yùn)營管理有限公司與三一重工股份有限公司達(dá)成三方合作意向，深化產(chǎn)、學(xué)、研、用合作，共同研發(fā)高速公路道路養(yǎng)護(hù)施工無人技術(shù)。在三方的共同努力下，成功研制出具有高度智能化、無人化的路面罩面成套施工機(jī)械設(shè)備，并于2020年10月22日率先在浙江黃衢南高速公路衢南段進(jìn)行試點。

智能化養(yǎng)護(hù)，勢在必行

眾所周知，傳統(tǒng)勞動密集型養(yǎng)護(hù)施工模式多數(shù)依賴人工操作，存在施工質(zhì)量控制難、作業(yè)安全風(fēng)險大等痛點，在社會文明日益進(jìn)步的當(dāng)下，對企業(yè)施工人員的操作水平、持續(xù)作業(yè)能力、安全保障能力提出了更高的要求，迫切需要創(chuàng)新機(jī)械化、智能化、安全高效的施工模式。

工作人員觀摩無人化養(yǎng)護(hù)施工現(xiàn)場。

黃衢南高速公路是G3京臺高速公路（北京-臺北）的重要組成部分，也是浙江省交通規(guī)劃“二縱二橫十八連三繞二通道”的關(guān)鍵“一連”。黃衢南高速公路衢南段是典型的山區(qū)高速，橋梁、隧道占比高,路基標(biāo)準(zhǔn)寬度26米，單幅路面寬度11.25米，原路面結(jié)構(gòu)自下而上為32厘米水泥穩(wěn)定碎石底基層，20厘米厚水泥穩(wěn)定碎石基層，18厘米厚瀝青混凝土面層（包括8厘米厚AC-25C，6厘米厚sup-20，4厘米厚AC-13C），自建成通車后，路面已持續(xù)運(yùn)營12年，道路性能指標(biāo)衰減明顯。為了提升道路路面質(zhì)量、提高效率、節(jié)約成本、降低特殊路段施工的安全事故率，三方將該路段1487.41公里至1486.84公路段作為無人智能化集群施工技術(shù)的試點路段。

四大關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)精準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)

本次施工主要驗證路面無人智能化集群施工技術(shù)進(jìn)行4.5厘米的AC-16加鋪罩面的實用性，無人機(jī)群采用智能化“雙機(jī)并鋪”和無人壓路機(jī)群協(xié)同作業(yè)，采用“2+2+2+1”共7臺的組合模式，配置攤鋪機(jī)2臺、雙鋼輪震動壓路機(jī)2臺、膠輪壓路機(jī)2臺、雙鋼輪光面壓路機(jī)1臺，分區(qū)域進(jìn)行協(xié)同施工。施工作業(yè)主要采用了攤鋪機(jī)智能施工技術(shù)、壓路機(jī)群協(xié)調(diào)施工技術(shù)、群控安全技術(shù)與控制平臺技術(shù)四大關(guān)鍵技術(shù)，可確保設(shè)備平面運(yùn)行精度在5厘米以內(nèi)，并實現(xiàn)毫米級平整度控制。

施工前：GPS+模擬，保障施工質(zhì)量

在施工前，首先要設(shè)置高精度的GPS輔助定位基站，為后續(xù)機(jī)群高精度作業(yè)提供關(guān)鍵支撐；隨之，采用無人智能化攤鋪機(jī)對原路面進(jìn)行一次模擬鋪筑，采集完整路面高程、道路寬度、路側(cè)障礙物等信息，為后續(xù)施工時機(jī)組自動作業(yè)提供數(shù)據(jù)支撐。同時，根據(jù)有關(guān)道路施工技術(shù)規(guī)范要求，對擬采用設(shè)備的攤鋪速度、攤鋪厚度、攤鋪寬度以及碾壓軌跡、碾壓速度、碾壓遍數(shù)進(jìn)行參數(shù)預(yù)設(shè)，確保施工質(zhì)量符合要求。作業(yè)前，所有機(jī)群設(shè)備按照1臺伸縮攤鋪機(jī)和1臺拼裝攤鋪機(jī)組成梯隊，相鄰兩幅的攤鋪作業(yè)保持15厘米左右的搭接寬度，設(shè)備保持10～15米的前后間距。

本次施工的碾壓作業(yè)流程與常規(guī)施工方式相同，分為初壓、復(fù)壓、終壓三個階段，配置不同壓路機(jī)進(jìn)行分區(qū)施工。

施工中：雷達(dá)+定位，保障安全距離

在施工過程中，由于高速路面兩側(cè)存在波形鋼護(hù)欄、路緣石等附屬設(shè)施，在確保攤鋪寬度的同時，需根據(jù)現(xiàn)場實際情況預(yù)設(shè)好機(jī)群設(shè)備與上述附屬設(shè)施的安全距離參數(shù)，確保機(jī)群設(shè)備在無人化作業(yè)過程中，利用高精度定位及雷達(dá)技術(shù)與其保持安全距離，安全距離一般控制在10～15厘米；同時由于運(yùn)料車仍采用人工駕駛形式，為避免運(yùn)料車撞擊無人駕駛攤鋪機(jī)，需由專人指揮運(yùn)料車在攤鋪機(jī)前10～30厘米處空檔等候，由攤鋪機(jī)主動推動前進(jìn)，運(yùn)輸車開始緩慢卸料，指揮人員需在攤鋪斗刮板尚有約10厘米厚的熱拌料時，指揮下一輛運(yùn)料車開始卸料，做到連續(xù)供料，并做好溫度控制，避免出現(xiàn)瀝青混合料離析現(xiàn)象。

雙鋼輪壓路機(jī)按照預(yù)設(shè)參數(shù)緊跟攤鋪機(jī)進(jìn)行初壓作業(yè)，本次預(yù)設(shè)初壓區(qū)長度參數(shù)控制在20～30米，在確保設(shè)備具有安全距離的情況下，以減少熱量損失。壓路機(jī)預(yù)設(shè)軌跡參數(shù)為從外側(cè)向中心碾壓，在超高路段由低向高碾壓，在坡道上將驅(qū)動輪從低處向高處碾壓，同時確保相鄰碾壓帶重疊長度均在輪寬的1/2至1/3左右，折回位置呈階梯狀隨攤鋪機(jī)向前推進(jìn)，前后兩次折返點應(yīng)相距1米以上，保證折回處不在同一橫斷面上。輪胎壓路機(jī)復(fù)壓作業(yè)時，應(yīng)將軌跡參數(shù)中的碾壓長度設(shè)置在50～80米，同時為保持輪胎清潔，需安裝自動噴淋隔離劑的裝置，在行走過程中間歇性地向膠輪噴灑隔離液。終壓緊接在復(fù)壓后進(jìn)行，采用雙鋼輪振動壓路機(jī)靜碾，直至輪跡消除。

智能化控制，把控養(yǎng)護(hù)精準(zhǔn)度

施工流程智能管理

機(jī)群集成了數(shù)據(jù)采集、計算建模、駕駛控制和可視化監(jiān)控等全自動技術(shù)，并利用數(shù)字化智能管控平臺，實現(xiàn)攤鋪、碾壓全過程的數(shù)字化自動施工。無人智能化攤鋪機(jī)利用高精度定位和衛(wèi)星定位系統(tǒng)確定設(shè)備位置和控制設(shè)備運(yùn)行，利用激光技術(shù)找平攤鋪，實現(xiàn)毫米級施工平整度控制，大幅提高路面平整度施工水平?？刂浦行墓芸仄脚_實施監(jiān)控機(jī)群設(shè)備工況數(shù)據(jù)，專業(yè)技術(shù)人員可實時監(jiān)控和調(diào)整設(shè)備攤鋪和碾壓速度、長度、寬度、厚度等施工參數(shù)，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量。同時，系統(tǒng)可實現(xiàn)對施工過程系統(tǒng)數(shù)據(jù)自動記錄保存，并按需轉(zhuǎn)換生成數(shù)據(jù)報表，為后續(xù)施工總結(jié)、過程回溯和工藝參數(shù)改進(jìn)等提供數(shù)據(jù)支撐。

施工質(zhì)量自動監(jiān)測

機(jī)群集成了紅外溫度監(jiān)測設(shè)備系統(tǒng)和壓實度模擬檢驗系統(tǒng)，可實時監(jiān)測路面瀝青混合料攤鋪和碾壓溫度，實現(xiàn)質(zhì)量檢測手段新的突破，解決了傳統(tǒng)施工模式下人為因素引起的施工質(zhì)量檢測問題。

施工安全主動預(yù)警

營運(yùn)高速路面無人智能化集群施工技術(shù)現(xiàn)場會。

機(jī)群還集成了安全預(yù)警系統(tǒng)，通過設(shè)置安全電子圍欄，設(shè)備觸界后會自動駐車和報警。無人智能化壓路機(jī)搭載高精度、高靈敏度毫米波激光探測雷達(dá)，遇障礙可主動減速和停車，并利用系統(tǒng)平臺內(nèi)的設(shè)備定位信息，保持各協(xié)同作業(yè)設(shè)備之間的安全間距，能夠靈敏感應(yīng)設(shè)備機(jī)身周圍2米左右圍界，當(dāng)有人員和其他設(shè)備誤闖圍界時，設(shè)備能夠自動報警并減速停車。

無人智能化施工技術(shù)綜合利用數(shù)字化平臺管理、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)控制，將道路原路面基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備型號功能等與養(yǎng)護(hù)罩面施工參數(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)化融合、智能化處理、精準(zhǔn)化輸出，還可實現(xiàn)對路面施工機(jī)械設(shè)備攤鋪、碾壓作業(yè)的實時動態(tài)監(jiān)測和控制調(diào)度管理。

無人化養(yǎng)護(hù)，施工中的優(yōu)與劣

無人智能化機(jī)群施工養(yǎng)護(hù)的優(yōu)勢

多層級保障施工安全無人智能化機(jī)群配置了多級安全預(yù)警設(shè)備，能實時監(jiān)控監(jiān)測施工現(xiàn)場，自動采取主動預(yù)警、緊急避險、避障等安全措施，保障施工現(xiàn)場井然有序，降低施工作業(yè)安全風(fēng)險，為道路施工安全保駕護(hù)航。

高水平提升施工質(zhì)量無人智能化道路施工設(shè)備能根據(jù)施工實地環(huán)境自動計算并建立施工模型，精準(zhǔn)控制施工技術(shù)參數(shù)，相較人工作業(yè)模式，控制精度可提高約50%；攤鋪壓實過程中，可實時采集攤鋪速度、攤鋪溫度、攤鋪的平整度、壓實密實度、壓實軌跡以及壓實遍數(shù)、設(shè)備行進(jìn)速度等，實現(xiàn)透明化、可視化管理，保證施工規(guī)范性，有效提高施工質(zhì)量。

大幅度降低施工成本采用系統(tǒng)平臺智能化控制智慧機(jī)群協(xié)同作業(yè)，可減少和避免多壓、漏壓情況出現(xiàn)，將施工效率提高約25%；無需傳統(tǒng)放樣作業(yè)，用智能化機(jī)械替代人員施工，不僅可以實現(xiàn)24小時機(jī)械連續(xù)作業(yè)，還能夠大幅減少施工過程中的人工占比，綜合節(jié)約施工成本約15%。

無人化養(yǎng)護(hù)施工現(xiàn)場

無人智能化機(jī)群施工養(yǎng)護(hù)的缺點

新技術(shù)的應(yīng)用也存在一些不足，一是現(xiàn)階段無人智能化機(jī)群設(shè)備、安裝調(diào)試模擬時間長，成套技術(shù)成熟度仍待提升。目前，攤鋪機(jī)需對擬實施路段進(jìn)行高程、行走路徑模擬，用以采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)，與快速、高效養(yǎng)護(hù)的愿景目標(biāo)尚存在一定差距。二是路面無人智能化集群施工技術(shù)涉及多種前沿技術(shù)綜合應(yīng)用，對設(shè)備軟硬件兼容性要求高，很多方面仍需進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)。比如壓路機(jī)在碾壓過程中，會出現(xiàn)偶發(fā)性的停頓，在折返過程中，由于安全設(shè)置問題會出現(xiàn)緊急制動，在起步和折返點會出現(xiàn)急啟和急停等現(xiàn)象，對路面平整度控制有一定影響。

通車營運(yùn)高速路面采用無人智能化集群施工技術(shù)，不僅成功踐行了“機(jī)械化換人和智能化減人”的理念，還較大程度上減少了人員投入，降低了安全風(fēng)險。值得一提的是，此次施工中形成的浙江高速公路集約化養(yǎng)護(hù)施工模式，還為未來實現(xiàn)24小時連續(xù)作業(yè)提供了基礎(chǔ)，既能最大程度降低養(yǎng)護(hù)施工給道路運(yùn)行帶來的影響，又可有效提高司乘人員出行的獲得感。

目前，受現(xiàn)實條件制約，設(shè)備智能化程度有限，專業(yè)人員結(jié)構(gòu)也不完善。后續(xù)研究需進(jìn)一步增加投入，引進(jìn)更多的機(jī)械設(shè)備、計算機(jī)、系統(tǒng)開發(fā)等各專業(yè)人員參與綜合開發(fā)，推進(jìn)“無人智能化施工”發(fā)展進(jìn)程。未來，隨著衛(wèi)星定位、傳感、大數(shù)據(jù)、5G、物聯(lián)網(wǎng)、遙感、智能化管控系統(tǒng)等先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的長足發(fā)展和深度融合，無人智能化施工將形成更加人性化、便利化的施工“生態(tài)系統(tǒng)”，實現(xiàn)從施工籌備到竣工，全過程數(shù)據(jù)智能分析，通過對程序和模型進(jìn)行設(shè)定、實施和管控，真正實現(xiàn)“一人化管理”和“一鍵式操作”的無人智能化施工管理。