瀝青拌合站監(jiān)控系統(tǒng)在墩那高速公路工程項(xiàng)目中的應(yīng)用

鮮麗菊 張林

（新疆交通建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830016）

0 引言

伴隨著國(guó)家“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略，截至2019 年底，新疆公路通車(chē)總里程達(dá)19.42 萬(wàn)公里，公路建設(shè)實(shí)現(xiàn)了持續(xù)快速遞增。與此同時(shí)，瀝青路面早期病害日益突出，局部路段通車(chē)2～3 年內(nèi)出現(xiàn)了車(chē)轍、泛油、推移、擁包、麻面、坑槽等典型病害。在高速公路工程瀝青路面施工中，拌合站是必不可少的設(shè)備，其生產(chǎn)的瀝青混合料是高速公路工程中的基本材料，它們用量大，品種多，原材料復(fù)雜[1]。瀝青混合料的質(zhì)量、穩(wěn)定性、變異性，直接影響到瀝青路面的路用性能、使用壽命。因此，在高速公路工程施工管理中，對(duì)于瀝青混合料的監(jiān)控就顯得尤為重要[2]。

傳統(tǒng)的高速公路工程建設(shè)中，拌合站混合料質(zhì)量監(jiān)控需要派技術(shù)人員長(zhǎng)時(shí)間在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)督，查看拌合站生產(chǎn)廠家是否按試驗(yàn)室所給出的配方進(jìn)行生產(chǎn)[3]，且生產(chǎn)過(guò)程材料信息無(wú)法共享，當(dāng)誤差超標(biāo)時(shí)也無(wú)法及時(shí)預(yù)警，生產(chǎn)的混凝土用途也沒(méi)有進(jìn)行記錄，后期無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)追溯。管理過(guò)程繁雜，且影響生產(chǎn)效率，耗時(shí)又耗力[4]。

信息技術(shù)從工業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代開(kāi)始就發(fā)揮著作用，在當(dāng)前信息時(shí)代下，以芯片技術(shù)、光通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及軟件技術(shù)為代表的信息技術(shù)的迅速發(fā)展，并滲透到舊的工業(yè)體系中去，促進(jìn)了工業(yè)化和信息化的深度融合[5]。新疆作為“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”核心區(qū)，對(duì)外貿(mào)易的橋頭堡，在一帶一路戰(zhàn)略背景下，應(yīng)用信息技術(shù)促進(jìn)當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)的發(fā)展成為必須，充分利用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和相應(yīng)的信息處理技術(shù)極大提高運(yùn)作效率，進(jìn)而提高公路建設(shè)行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和競(jìng)爭(zhēng)能力[6]。

基于此，墩那高速公路項(xiàng)目結(jié)合自身生產(chǎn)的實(shí)際需求，開(kāi)發(fā)瀝青混凝土拌合站動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)瀝青混合料生產(chǎn)過(guò)程中的集料配合比、關(guān)鍵篩孔通過(guò)率、油石比、溫度、拌合時(shí)間、每盤(pán)重量等關(guān)鍵指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)智能提示、超量(范圍)報(bào)警、實(shí)時(shí)指導(dǎo)糾偏的監(jiān)測(cè)效果。

1 項(xiàng)目概況

國(guó)道218 線墩麻扎至那拉提高速公路項(xiàng)目（簡(jiǎn)稱墩那高速）位于新疆伊犁哈薩克自治州伊犁河谷，是新疆交通運(yùn)輸“57712”工程規(guī)劃“五橫七縱”高速、高等級(jí)公路網(wǎng)中“第5橫”的重要組成路段。項(xiàng)目起點(diǎn)順接伊墩高速公路終點(diǎn)，途經(jīng)墩麻扎、鞏乃斯種羊場(chǎng)、七十二團(tuán)、則克臺(tái)、吐?tīng)柛?、阿熱勒托別，終點(diǎn)位于那拉提，路線全長(zhǎng)202.939 公里。雙向四車(chē)道一級(jí)公路，路基寬26米，設(shè)計(jì)時(shí)速100km/h，沿線共設(shè)大橋19座、分離式立交24 處、通道78 道、互通立交7 處、服務(wù)區(qū)4處，瀝青面層厚度12cm。該項(xiàng)目的建設(shè)將進(jìn)一步優(yōu)化伊犁地區(qū)路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高道路通行能力，改善投資環(huán)境、旅游環(huán)境和生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，提高人民生活水平，具有十分重要的意義。

2 瀝青拌合站監(jiān)控系統(tǒng)功能

2.1 系統(tǒng)概述

瀝青拌合站監(jiān)控系統(tǒng)是通過(guò)在拌合站的攪拌機(jī)上安裝監(jiān)控系統(tǒng)，此系統(tǒng)是集實(shí)時(shí)監(jiān)控、超標(biāo)預(yù)警、超標(biāo)處理、數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)于一體的在線實(shí)時(shí)監(jiān)控管理平臺(tái)，通過(guò)對(duì)拌合樓生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和上傳，可對(duì)其拌合生產(chǎn)中的配合比、材料用量、加工溫度和拌和時(shí)間等控制性參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和無(wú)線傳輸，結(jié)合視頻安全監(jiān)控系統(tǒng)，并根據(jù)設(shè)定好的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行誤差判斷，發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和報(bào)警，對(duì)質(zhì)量、產(chǎn)能等進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)已攤鋪的路段進(jìn)行質(zhì)量追溯，在出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)快速查詢，追溯不合格數(shù)據(jù)來(lái)源，從技術(shù)角度分析原因，通過(guò)云平臺(tái)，為施工質(zhì)量評(píng)判提供大數(shù)據(jù)支持，數(shù)據(jù)可共享、可追溯，實(shí)現(xiàn)對(duì)拌和質(zhì)量的實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程監(jiān)控和動(dòng)態(tài)管理，并節(jié)省人力，做到了混合料質(zhì)量的事前控制，確保工程主體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量安全。

2.2 系統(tǒng)原理

監(jiān)控系統(tǒng)主要指將拌合站PLC(可編程邏輯控制器)所計(jì)算及記錄瀝青混合料生產(chǎn)過(guò)程中的各項(xiàng)原始參數(shù)指標(biāo)(包括各檔料重量、瀝青溫度及拌合溫度)通過(guò)GPRS上傳到服務(wù)器。之后通過(guò)服務(wù)器的內(nèi)置平臺(tái)系統(tǒng)對(duì)所上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)與現(xiàn)行公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)某檔料超出規(guī)范所規(guī)定范圍時(shí)，由平臺(tái)系統(tǒng)發(fā)送報(bào)警短信。

3 項(xiàng)目應(yīng)用效果

3.1 拌合設(shè)備

墩那高速采用的瑪連尼4000 型瀝青混合料拌合樓，為不影響拌合站原有系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)庫(kù)的正常運(yùn)行，先利用數(shù)據(jù)庫(kù)密碼查看工具，查看數(shù)據(jù)庫(kù)密碼之后，利用自行編制的數(shù)據(jù)庫(kù)瀏覽軟件，查看數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)參數(shù)格式，例如各檔料以及瀝青參數(shù)的先后順序。

3.2 服務(wù)器項(xiàng)目建立

服務(wù)器平臺(tái)網(wǎng)站建立相應(yīng)的項(xiàng)目，并設(shè)置填寫(xiě)相應(yīng)的項(xiàng)目信息，之后進(jìn)行項(xiàng)目上傳數(shù)據(jù)格式配置，包括開(kāi)始讀取數(shù)據(jù)標(biāo)志、結(jié)束數(shù)據(jù)讀取標(biāo)志、配方編號(hào)、攪拌時(shí)間、瀝青加熱溫度及各料倉(cāng)重量數(shù)據(jù)。同時(shí)輸入實(shí)驗(yàn)室給定篩分實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本項(xiàng)目下面層篩分實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2、圖3。

圖1 拌合站生產(chǎn)質(zhì)量超標(biāo)查詢、報(bào)警功能圖

圖2 篩分級(jí)配設(shè)置圖

圖3 級(jí)配上下限設(shè)置

3.3 試驗(yàn)對(duì)比分析

3.3.1 拌合溫度對(duì)比分析。試驗(yàn)采用手持激光溫槍測(cè)量的瀝青混合料的出料溫度（距離混合料3m～4m）和拌合站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的采集溫度進(jìn)行對(duì)比分析，其中最后一鍋采用插入式溫度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，來(lái)確定監(jiān)測(cè)溫度是否準(zhǔn)確，采集數(shù)據(jù)如表1。

表1 拌合站瀝青混合料溫度記錄表

由表2、圖5 可知，距離瀝青混合料3m 采用手持激光測(cè)溫，測(cè)量溫度145℃～155℃占測(cè)量溫度總量的80.2 %，比較穩(wěn)定；由采用插入式溫度計(jì)測(cè)量每車(chē)最后一鍋料的溫度在170℃上下浮動(dòng)可知，瑪連尼拌合站性能較為穩(wěn)定，由圖4、圖5 可以看出，系統(tǒng)采集的溫度變化浮動(dòng)比較大，經(jīng)分析知，拌合站成品料的溫度無(wú)法獲取，采集骨料溫度、瀝青溫度、結(jié)合原料比例計(jì)算出溫度。

表2 檢測(cè)溫度分布

圖4 溫度折線圖

圖5 溫度分布直方圖

3.3.2 混合料級(jí)配對(duì)比分析。由表3 及圖6 可知，拌合站采集溫度和試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本重合，能夠?qū)嶋H反應(yīng)混合料級(jí)配。

表3 拌合站生產(chǎn)配合比與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總表

圖6 拌合站系統(tǒng)采集配合比與試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線圖

3.3.3 油石比對(duì)比分析。由表4、圖7可以看出，試驗(yàn)室和系統(tǒng)測(cè)定的油石比在3.8%范圍浮動(dòng)，比較穩(wěn)定，系統(tǒng)能反應(yīng)出實(shí)際瀝青混合料的瀝青含量。

表4 油石比含量采集表

表4 （續(xù)表）

圖7 油石比折線圖

3.3.4 激光測(cè)溫和插入式測(cè)溫的數(shù)據(jù)對(duì)比分析。從表5、圖8 可以看出，激光測(cè)溫和插入式測(cè)溫測(cè)得溫度趨勢(shì)基本一致。平均相差12℃左右。

表5 針入測(cè)溫與紅外測(cè)溫?cái)?shù)值匯總

圖8 激光測(cè)溫和插入式測(cè)溫折線圖

3.3.5 施工全過(guò)程溫度變化分析。由表6、圖9可以看出，拌合站生產(chǎn)溫度與攤鋪溫度平均溫差為18℃左右，攤鋪后溫度與初壓溫度平均溫差為14℃，初壓溫度與復(fù)壓溫度平均溫差為18℃，復(fù)壓溫度與終壓溫度平均溫差為33℃。攤鋪溫度均值為153℃（規(guī)范＞130℃），初壓溫度為139℃（規(guī)范＞125℃），復(fù)壓溫度為121℃，終壓溫度為89℃（規(guī)范＞60℃）。瀝青路面施工質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在墩那高速公路一標(biāo)瀝青路面的下面層和中面層施工過(guò)程中應(yīng)用。

表6 拌合站—攤鋪—碾壓各環(huán)節(jié)間溫度記錄表

圖9 施工全過(guò)程溫度變化折線圖

3.4 施工過(guò)程控制

可以根據(jù)拌合站、級(jí)配類型、日期、類型選擇查詢所需要的數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)中查看按鈕，在此處可以查看每盤(pán)料油石比、溫度、級(jí)配曲線，如圖10～12所示。

圖10 實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)查詢

圖11 歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

圖12 單批次集配曲線圖

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在瀝青路面施工中應(yīng)用瀝青路面施工動(dòng)態(tài)質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)，保持?jǐn)?shù)據(jù)鏈完整，保證數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量；短信嵌入監(jiān)控系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)短信智能報(bào)警技術(shù)；直接從PLC上讀取終端傳感器數(shù)據(jù)。

與傳統(tǒng)拌合站管理相比，拌合站信息化管理可以從源頭上對(duì)混凝土質(zhì)量進(jìn)行了把控，減少了由于返工和不合格瀝青混合料的廢棄而造成的經(jīng)濟(jì)損失，降低管理成本，提高工程質(zhì)量，保障施工進(jìn)度，提高工作效，本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)推動(dòng)新疆高速公路工程施工項(xiàng)目信息化管理進(jìn)程。