瀝青混凝土路面施工過(guò)程智能化控制研究與應(yīng)用

（嘉興學(xué)院南湖學(xué)院，嘉興 314000）

0 引言

近年以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值已經(jīng)躍居世界第二[1]。各地區(qū)之間經(jīng)濟(jì)往來(lái)的頻率也隨之不斷增加，交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展是聯(lián)系不同區(qū)域的一個(gè)重要因素，同時(shí)也是衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的標(biāo)志之一。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)公路總里程數(shù)達(dá)到457 萬(wàn)公里，其中高速公路達(dá)到12.35 萬(wàn)公里，全國(guó)等級(jí)公路里程占公路總里程的85%以上[2]，其中瀝青混凝土路面占了80%以上。

我國(guó)瀝青道路施工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法和結(jié)果的反饋存在滯后性，其檢測(cè)結(jié)果往往在施工結(jié)束后才出來(lái)，無(wú)法在施工過(guò)程中獲得有效數(shù)據(jù)并做出及時(shí)調(diào)整；還有人為影響因素容易造成偏差；因此，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、北斗導(dǎo)航、傳感器等先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合控制圖與GPS 等方法，建立一套完整的施工過(guò)程智能化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)瀝青混凝土路面從混合料的拌合到材料的運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等過(guò)程的可視化引導(dǎo)與管控、提高瀝青混凝土路面質(zhì)量、延長(zhǎng)使用壽命是非常有必要的。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

瀝青路面智能化控制系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)當(dāng)采用當(dāng)前技術(shù)成熟、先進(jìn)和符合技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的設(shè)備和系統(tǒng)[3]。系統(tǒng)選用分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的分階段建設(shè)或者擴(kuò)容；整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)該設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易懂，實(shí)現(xiàn)提高工作效率的功能，滿足施工中壓實(shí)質(zhì)量管控的需求；此外，該控制系統(tǒng)還應(yīng)滿足高效性、可維護(hù)性、網(wǎng)絡(luò)化、人性化等特點(diǎn)。壓實(shí)業(yè)務(wù)應(yīng)采用行業(yè)主流基于服務(wù)構(gòu)架，與行業(yè)主流一致，以保證業(yè)務(wù)與需求的快速應(yīng)用和無(wú)縫接入拓展，更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)進(jìn)行指導(dǎo)和管理。

除上述的原則外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)還符合有關(guān)規(guī)范及施工工藝的管理和使用要求，充分考慮設(shè)備的性能與產(chǎn)值之間的關(guān)系，綜合考慮一次性購(gòu)置所需的安裝成本和長(zhǎng)期運(yùn)行維護(hù)所需的成本。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

瀝青混凝土路面施工過(guò)程智能化控制系統(tǒng)主要工作包括四個(gè)部分，即瀝青拌和生產(chǎn)監(jiān)控、瀝青混合料運(yùn)輸監(jiān)控、瀝青路面攤鋪現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、路面壓實(shí)監(jiān)控。

1.2.1 瀝青混合生產(chǎn)控制系統(tǒng)

在瀝青混合料生產(chǎn)過(guò)程中，容易出現(xiàn)多種質(zhì)量問(wèn)題，如：拌合易出現(xiàn)廢料的問(wèn)題、料倉(cāng)出現(xiàn)超尺寸顆粒、瀝青和骨料加熱沒(méi)達(dá)到規(guī)定溫度及混合料級(jí)配不符合設(shè)計(jì)要求等等。對(duì)生產(chǎn)瀝青混合料拌和生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)處理是系統(tǒng)的主要功能。

1.2.2 瀝青混合料運(yùn)輸控制系統(tǒng)

施工生產(chǎn)過(guò)程中，即使攪拌站生產(chǎn)的混合料質(zhì)量?jī)?yōu)良，如果措施不得當(dāng)、路面狀況及外界環(huán)境影響等因素，在運(yùn)輸過(guò)程中，拌和料如果出現(xiàn)離析和溫度離析的狀況，將嚴(yán)重降低瀝青路面的使用性能和使用壽命。通過(guò)安裝在瀝青運(yùn)輸車上的各類傳感器和監(jiān)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)瀝青運(yùn)輸過(guò)程中行駛軌跡以及混合料狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控是系統(tǒng)的功能之一。

1.2.3 路面攤鋪現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)

目前在瀝青攤鋪現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控管理，特別是對(duì)瀝青溫度和攤鋪機(jī)行走速度的實(shí)時(shí)控制是很難做到的。路面攤鋪現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)，通過(guò)攝像設(shè)備、3G/4G數(shù)據(jù)采集模塊和通訊終端實(shí)現(xiàn)對(duì)攤鋪現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集并將現(xiàn)場(chǎng)各類數(shù)據(jù)及時(shí)反饋至監(jiān)控中心，綜合分析以指引施工。

1.2.4 路面壓實(shí)控制系統(tǒng)

對(duì)瀝青混合料壓實(shí)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)將數(shù)據(jù)采集模塊用于碾壓遍數(shù)、壓實(shí)軌跡、壓實(shí)溫度等現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)的采集，并將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)控中心綜合分析，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)質(zhì)量和流程進(jìn)行積極的指導(dǎo)和管理。

1.3 系統(tǒng)整體構(gòu)架

管理系統(tǒng)的接入通過(guò)統(tǒng)一的門戶網(wǎng)站或者項(xiàng)目管理平臺(tái)，整個(gè)系統(tǒng)包括瀝青拌和生成監(jiān)控子系統(tǒng)、車輛運(yùn)輸監(jiān)控子系統(tǒng)、路面攤鋪監(jiān)控子系統(tǒng)、路面壓實(shí)監(jiān)控子系統(tǒng)。每個(gè)子系統(tǒng)接入統(tǒng)一的管理平臺(tái)，以保證各子系統(tǒng)的一致性，其邏輯圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)邏輯構(gòu)架

瀝青混凝土路面施工過(guò)程智能化控制系統(tǒng)包含多種類型的數(shù)據(jù)監(jiān)控，比如監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的視頻流、北斗/GPS 終端采集的車輛定位信息、溫度傳感器采集的溫度信息、壓實(shí)智能終端采集的壓實(shí)質(zhì)量信息，以及拌和生產(chǎn)的拌料參數(shù)信息等。這些數(shù)據(jù)的信息量大，頻率高，經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)智能模塊接入公路現(xiàn)場(chǎng)智能網(wǎng)絡(luò)方案，發(fā)送至各種類型服務(wù)器。

包括瀝青混凝土路面攤鋪現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控子系統(tǒng)、壓實(shí)監(jiān)控子系統(tǒng)、生產(chǎn)監(jiān)控子系統(tǒng)、瀝青拌和生產(chǎn)監(jiān)控子系統(tǒng)、瀝青運(yùn)輸監(jiān)控子系統(tǒng)、等多個(gè)應(yīng)用平臺(tái)。如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)物理構(gòu)架

2 系統(tǒng)主要組成模塊

2.1 瀝青混合料拌和生產(chǎn)控制系統(tǒng)

道路施工建設(shè)所需的瀝青混合料等材料都是通過(guò)拌和站集中生產(chǎn)的。這些材料的質(zhì)量直接影響到公路的質(zhì)量。所以要對(duì)這些材料的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，該系統(tǒng)主要針對(duì)原料的配合比和溫度進(jìn)行監(jiān)控。并且實(shí)時(shí)通過(guò)智能網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊送達(dá)瀝青拌和生產(chǎn)監(jiān)控服務(wù)中心[4]。如果有參數(shù)不達(dá)標(biāo)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)短信至業(yè)主手機(jī)進(jìn)行報(bào)警，以便業(yè)主及時(shí)處理。

2.2 運(yùn)輸系統(tǒng)

在工程運(yùn)輸領(lǐng)域，工程施工材料如何及時(shí)安全的送達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)，取決于工程運(yùn)輸車的運(yùn)行情況，以及企業(yè)對(duì)車輛的統(tǒng)一調(diào)度管理和后期車輛運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用結(jié)算等，因此建立一套對(duì)工程運(yùn)輸車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)一監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)顯得十分必要。

2.3 瀝青攤鋪控制系統(tǒng)

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的改造或者直接使用，充分利用基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的傳感技術(shù)和基于3G[5]的傳輸技術(shù)，將瀝青混合料在路面攤鋪施工過(guò)程中產(chǎn)生的關(guān)鍵控制參數(shù)，通過(guò)通信模塊及時(shí)上報(bào)到瀝青攤鋪監(jiān)控服務(wù)中心，實(shí)時(shí)地反映路面攤鋪狀況，有效避免數(shù)據(jù)造假、資料造假等行為，實(shí)現(xiàn)各參與方對(duì)路面攤鋪的動(dòng)態(tài)控制，設(shè)計(jì)分析預(yù)警機(jī)制，實(shí)時(shí)分析攤鋪質(zhì)量問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量波動(dòng)狀況形成質(zhì)量追溯檔案，確保工程質(zhì)量目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

2.4 智能壓實(shí)控制系統(tǒng)

整個(gè)壓實(shí)智能監(jiān)控管理平臺(tái)采用全數(shù)字化體系，系統(tǒng)架構(gòu)為計(jì)算中心和業(yè)務(wù)中心雙中心級(jí)架構(gòu)。

施工現(xiàn)場(chǎng)為前端為接入層，包括壓路機(jī)的GPS 位置、CMV 壓實(shí)度、溫度等信息采集；業(yè)務(wù)中心負(fù)責(zé)壓路機(jī)原始數(shù)據(jù)的采集，工程施工信息、狀況、施工成果的發(fā)布展示；計(jì)算中心負(fù)責(zé)壓實(shí)遍數(shù)、軌跡、CMV 等成果的實(shí)時(shí)計(jì)算生成，其通過(guò)監(jiān)控客戶端來(lái)進(jìn)行計(jì)算結(jié)果修正和工程信息的錄入和修改等；用戶瀏覽端和移動(dòng)用戶通過(guò)internet 查看壓實(shí)成果和當(dāng)前工程施工情況。

3 工程實(shí)例分析

某高速公路瀝青路面智能控制系統(tǒng)充分使用物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的傳感技術(shù)和3G 傳導(dǎo)技術(shù)，及時(shí)的收集瀝青路面在施工全過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)信息通信模塊實(shí)時(shí)的傳送到服務(wù)器，能夠真正的及時(shí)反映工程施工質(zhì)量情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)道路施工質(zhì)量的過(guò)程控制，提供分析數(shù)據(jù)并且打到預(yù)警機(jī)制，實(shí)時(shí)分析產(chǎn)生的質(zhì)量問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)過(guò)程數(shù)據(jù)波動(dòng)情況，確保實(shí)現(xiàn)道路質(zhì)量目標(biāo)。系統(tǒng)統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了瀝青混合料拌合、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓全過(guò)程、實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)控，改變傳統(tǒng)的事后檢測(cè)、抽樣檢測(cè)的模式，可有效提高瀝青路面施工質(zhì)量。整套系統(tǒng)包括瀝青拌合樓管控系統(tǒng)、運(yùn)輸管控系統(tǒng)、攤鋪管控系統(tǒng)和碾壓管控系統(tǒng)。

瀝青混合料運(yùn)輸車輛控制系統(tǒng)，通過(guò)GPS、RFID 射頻技術(shù)等對(duì)運(yùn)輸車輛的信息進(jìn)行跟蹤。

路面攤鋪過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控主要是對(duì)攤鋪軌跡、溫度進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)不同的顏色，表示不同的溫度，從而有效提醒工作人員施工進(jìn)度。

通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控可以看出壓路機(jī)的碾壓位置、次數(shù)、溫度等信息，在如圖3所示，綠色框的部分代表壓路機(jī)目前所在位置，同時(shí)在框中還顯示出了樁號(hào)、溫度、速度信息。

圖3 實(shí)時(shí)壓實(shí)彩色圖與信息

4 結(jié)論

瀝青混凝土路面施工過(guò)程質(zhì)量控制對(duì)路面質(zhì)量影響非常大，混合料的拌和、運(yùn)輸、攤鋪、壓實(shí)等施工工藝是控制路面質(zhì)量的關(guān)鍵步驟。由于施工過(guò)程控制是整個(gè)質(zhì)量控制的難點(diǎn)，因此，提出了瀝青混凝土路面智能化施工控制系統(tǒng)，包括系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)、主要組成、主要組成模塊等。最后，根據(jù)具體工程案例，實(shí)現(xiàn)主要負(fù)責(zé)人對(duì)工程整體的控制，現(xiàn)場(chǎng)施工人員也可以及時(shí)了解施工作業(yè)情況，通過(guò)最后的質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果可以說(shuō)明，智能化施工可以保證路面施工質(zhì)量，解決傳統(tǒng)施工過(guò)程中的控制缺陷與不足。