國省干線智能養(yǎng)護 泰州先行

文/圖|泰州市公路事業(yè)發(fā)展中心 李雙姐 盧寧 張俊龍

2021年11月25日，江蘇省普通國省道養(yǎng)護現(xiàn)代化現(xiàn)場推進會在泰州市召開，與會人員積極交流國省干線養(yǎng)護經(jīng)驗，并觀摩智慧養(yǎng)護施工現(xiàn)場。近年來，泰州公路致力豐富“蘇式養(yǎng)護”樣板內(nèi)容，為國省干線現(xiàn)代化養(yǎng)護施工示范、探路。

無人集群施工真正實現(xiàn)了路面養(yǎng)護工程的無人化、標準化和智能化。

堅持問題導向，泰州公路守正創(chuàng)新，聯(lián)合科研單位，把智慧養(yǎng)護作為新方向和新途徑，選擇貨車流量較大的省道506線長江大道段（以下簡稱“省道506線”）作為江蘇省首條國省干線智慧養(yǎng)護現(xiàn)代化施工示范段，通過建立精細化養(yǎng)護設計、智能化養(yǎng)護施工、安全性養(yǎng)護作業(yè)、全壽命周期性能監(jiān)測，以及快速、耐久、低碳的養(yǎng)護技術，構筑全方位智慧養(yǎng)護體系，充分運用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術，借助北斗高精度定位、智慧粒子監(jiān)測、無人集群協(xié)同施工、新型復合材料、新科技施工工藝，助力“蘇式養(yǎng)護”跨入“智慧養(yǎng)護”時代，以營造更舒適的公路出行環(huán)境，更好地服務公眾出行。

人工智能助力病害檢測

省道506線31公里至32.1公里段采用了攜帶高清視覺與三維探地雷達的道路檢測機器人，其在自主規(guī)劃路徑之后，可以每小時1.5萬平方米的速度對1.1公里路段的路面及路基等全部結構進行檢測，并通過無線網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)導入系統(tǒng)自動生成道路3D建模，為分析、治理道路病害奠定基礎。

檢測結果顯示，該檢測路段路面損壞235處，類型包括龜裂、縱向裂縫、橫向裂縫、坑槽、修補和唧漿，總面積約309.5平方米，其中主要類型為包含帶狀修補和塊狀修補的修補損壞，占路面損壞總面積的89.7%；該路段存在結構病害67處，類型包括裂縫、疏松、脫空和沉陷，總面積約847.7平方米，主要類型為疏松和裂縫，占結構病害總面積的86%。

根據(jù)檢測機器人的檢測結果，公路養(yǎng)護人員提出了相應建議。例如，針對該檢測路段31公里至31.3公里段下行的第二和第三車道，建議挖除原瀝青面層和水穩(wěn)基層，重新加鋪水穩(wěn)基層和瀝青面層；該檢測路段31.53公里至31.64公里段左幅的第二和第三車道，建議銑刨4厘米老舊瀝青混合料上面層，針對基層、底基層的裂縫、疏松、脫空、裂縫等結構病害，采取注漿加固措施。此外，還建議在省道506線養(yǎng)護期結束后，重新加鋪瀝青混合料上面層。

檢測機器人在采集分析路面信息后，上傳檢測結果至系統(tǒng)平臺。養(yǎng)護人員可以在平臺上根據(jù)實際養(yǎng)護工作需要，管理、使用和查詢檢測結果。檢測結果主要以二維視圖模塊、三維視圖模塊和報告管理模塊3種形式展示，能直觀清晰地反映所檢測路段在大中修養(yǎng)護前的全結構病害情況，對比驗證大中修養(yǎng)護工程項目設計方案的合理性，為進一步的精細化設計，以及降本增效提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

智能觀測守護路面健康

全壽命周期路面性能觀測站，具備連續(xù)數(shù)據(jù)自動采集功能，無需人員檢測和封路，能夠在公路運營過程中實時監(jiān)測路面性能，判斷路面健康狀況。

省道506線智慧養(yǎng)護工程項目采用無線版智慧粒子，選定了6個關鍵斷面，分別在重載車道輪跡帶位置埋設智慧粒子：橋面7.13公里處上下行兩個斷面，常規(guī)路面4.3公里處上行、8.3公里處上行、32.22公里處上行和31.83公里處上行4個斷面埋設顆粒。

全壽命周期路面性能觀測站實現(xiàn)了在公路運營過程中實時采集時間、溫度、路面內(nèi)部三軸正應力、三軸加速度及歐拉角四元素等數(shù)據(jù)，利用例如低功耗藍牙傳輸協(xié)議等無線方式和有線方式傳輸數(shù)據(jù)至路邊接收器，再由接收器上傳至云端數(shù)據(jù)庫分析處理，最終評價路面的力學性能，為公路后期預防性養(yǎng)護提供科學決策依據(jù)。

全壽命周期路面性能觀測站還能夠?qū)崿F(xiàn)長時多年的實時高頻數(shù)據(jù)采集。其中，采集的位移和轉(zhuǎn)角姿態(tài)信息，可以作為監(jiān)測路面車轍、推移的病害的依據(jù)；應力應變信息可以反算路面的模量，進而判斷路面的疲勞狀態(tài)；溫度、濕度信息，可以作為判斷路表是否有結冰隱患的依據(jù)，從而即時撒布融雪劑，保障行車安全。

無人集群實現(xiàn)智能施工

省道506線智慧養(yǎng)護工程項目在全省首次采用全套路面智能施工技術，實現(xiàn)“攤鋪機+壓路機”無人集群施工，真正實現(xiàn)路面養(yǎng)護工程的無人化、標準化與智能化。

省道506線智慧養(yǎng)護工程項目路面智能施工采用了3項新技術，即“攤鋪機+壓路機”無人集群施工技術、路面智能壓實技術和智能測溫測厚技術。

機器人自主檢測建模

預判風險聲光預警

“攤鋪機+壓路機”無人集群施工共包含1個攤鋪梯隊和3個壓實梯隊。第1梯隊包含1臺無人攤鋪機，第2梯隊為初壓梯隊包含2臺無人雙鋼輪壓路機，第3梯隊為復壓梯隊含2臺無人雙鋼輪壓路機，第4梯隊為終壓收面梯隊包含1臺無人雙鋼輪壓路機，碾壓梯隊采取梯形推進的方式連續(xù)作業(yè)。該無人化集群施工精度可達到2厘米以內(nèi)，結合毫米級數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計碾壓遍數(shù)，能杜絕過壓和漏壓現(xiàn)象。

路面智能壓實系統(tǒng)通過在壓路機上安裝振動加速度傳感器及溫度傳感器等，運用微波通訊天線和衛(wèi)星定位系統(tǒng)定位壓路機，實時解算當前位置的路面壓實質(zhì)量，同時運用互聯(lián)網(wǎng)無線“數(shù)字化”傳輸，實現(xiàn)電腦端和手機端全程實時的路面壓實質(zhì)量可視化監(jiān)控。

在攤鋪機的熨平板上還裝有智能測溫測厚設備，其采用獨有的雷達檢測及紅外線測溫技術，雷達波的測厚精度達到0.1毫米，能實現(xiàn)攤鋪路面的松鋪厚度和溫度的實時連續(xù)跟蹤，再輔以在線預警功能，避免厚度和溫度不滿足要求，通過圖形化展示實現(xiàn)施工過程控制可視化，可大幅提升施工質(zhì)量。

智能管控強化事前控制

為把施工質(zhì)量從事后把關轉(zhuǎn)向事前控制，省道506線智慧養(yǎng)護工程項目基于物聯(lián)網(wǎng)的公路工程施工質(zhì)量管控技術，運用動態(tài)管控的方法，為公路工程施工質(zhì)量管理提供了一種全新的信息化管理模式。

硬件改造方面，省道506線智慧養(yǎng)護工程項目應用的瀝青面層智能管控系統(tǒng)，主要以瀝青混合料從拌和生產(chǎn)到施工現(xiàn)場管理的全過程作為管理對象，運用質(zhì)量動態(tài)管理的方法，采用軟硬件結合的手段，通過改造或利用現(xiàn)有的各類設備，充分運用基于物聯(lián)網(wǎng)架構的傳感技術和基于4G和5G的傳輸技術，實時采集瀝青混合料的生產(chǎn)過程及施工過程中的數(shù)據(jù)信息，并采用無線網(wǎng)絡傳輸，通過通信模塊及時上報至服務器，實時分析、預警、評價，形成有關決策。

管控系統(tǒng)方面，江蘇省普通國省道養(yǎng)護現(xiàn)代化質(zhì)量管控系統(tǒng)集成現(xiàn)場管控、運輸車管控、拌和樓管控、視頻監(jiān)控4大功能。

在無人集群施工提高了作業(yè)效率的同時，保障施工質(zhì)量也是重中之重。在攤鋪作業(yè)過程中，通過在攤鋪機上安裝智能傳感、視頻監(jiān)控等設備，實時采集攤鋪時間、位置、速度、溫度、厚度等關鍵參數(shù)，指導養(yǎng)護作業(yè)規(guī)范施工。同時把采集到的壓路機碾壓溫度、速度、遍數(shù)等數(shù)據(jù)傳輸至平臺，平臺同步顯示壓實云圖，實時展示超壓、漏壓、欠壓等情況，保障無人集群施工作業(yè)規(guī)范，實現(xiàn)壓路機現(xiàn)場組網(wǎng)、機群通訊和協(xié)同作業(yè)，動態(tài)、真實地反映工程質(zhì)量狀況，發(fā)現(xiàn)偏差及時預警糾偏，消除了數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)過程中的人為干擾因素，實現(xiàn)了預防為主、生產(chǎn)施工過程控制的質(zhì)量保證體系，有效防范了假數(shù)據(jù)、假資料等弄虛作假行為。

該管控系統(tǒng)實時采集上傳運輸車的信息、時長、溫度、軌跡、到場時間、攤鋪樁號等數(shù)據(jù)，實時展示運輸車當前作業(yè)狀態(tài)，并對運輸路線設置電子圍欄，規(guī)定運輸車輛行駛路線和范圍，實現(xiàn)運輸混合料溫度預警、運輸超時預警、軌跡偏離預警，全程監(jiān)管運輸過程，并根據(jù)運輸車輛在途監(jiān)測混合料的高溫老化狀態(tài)，組織施工攤鋪。

拌和樓管控系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及移動通訊等技術，在瀝青拌和樓安裝數(shù)據(jù)采集終端，實時統(tǒng)計當天生產(chǎn)量、生產(chǎn)盤數(shù)、合格盤數(shù)、預警盤數(shù)、處置率，并統(tǒng)計分析油石比走勢、關鍵篩孔通過率波動、加熱溫度、拌和時間走勢等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)混合料生產(chǎn)“事前預控、事中監(jiān)控、事后分析”，保證瀝青混合料生產(chǎn)質(zhì)量。當數(shù)據(jù)超出預警閾值時，將分級推送預警信息至有關管理人員，實現(xiàn)質(zhì)量問題整改閉合，階段性生成技術分析報告，達到了施工過程實時全面監(jiān)管的目的，改變了傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)、施工的管理方式，一定程度上減少了人員投入，節(jié)約了人工成本。

拌和樓管控系統(tǒng)實現(xiàn)了瀝青混合料拌和環(huán)節(jié)的全程實時監(jiān)管，改變了傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)和施工的管理方式，一定程度上減少了人員投入，節(jié)約了人工成本。

現(xiàn)場攤鋪作業(yè)時，作業(yè)人員進入攤鋪機視頻監(jiān)控抓拍區(qū)域，該管控系統(tǒng)將自動抓拍，并在現(xiàn)場發(fā)出語音播報。同時，旁站監(jiān)理及時發(fā)現(xiàn)情況，提示施工作業(yè)人員迅速離開危險區(qū)域。視頻監(jiān)控設備在監(jiān)控現(xiàn)場實時影像的同時，還將識別、分析、抓拍發(fā)生在指定區(qū)域內(nèi)的不安全行為，并推送至相應責任人處。有關責任人將依據(jù)推送信息落實整改，現(xiàn)場語音也將同步播報提示，可有效避免事故的發(fā)生，保障施工的安全。

該管控系統(tǒng)支撐省道506線智慧養(yǎng)護工程項目達到全面質(zhì)量管理的要求，實現(xiàn)各方對工程質(zhì)量的動態(tài)控制，確保公路工程施工質(zhì)量、施工安全，對延長瀝青路面使用壽命，節(jié)約后期運營養(yǎng)護成本具有重要的推廣意義。

物聯(lián)傳感可視化管理

免振免養(yǎng)水穩(wěn)基層技術

傳統(tǒng)水泥穩(wěn)定碎石基層由于水泥膠結材料特性，施工完成后需要7天保水養(yǎng)生，對施工效率及施工連續(xù)性造成很大影響。為提高水穩(wěn)基層施工效率，省道506線智慧養(yǎng)護工程項目采用免振免養(yǎng)水穩(wěn)基層技術，保障大中修養(yǎng)護路段施工快速通車，減少施工過程中道路通行安全隱患。

省道506線智慧養(yǎng)護工程項目安排專業(yè)團隊，從施工前期培訓工作開始介入，對室內(nèi)驗證、拌和樓調(diào)試免振壓劑摻量、生產(chǎn)、運輸、攤鋪、碾壓及后續(xù)的灑水養(yǎng)生全過程進行質(zhì)量管控。

在拌和樓設備改造與調(diào)試時，根據(jù)經(jīng)驗確定皮帶轉(zhuǎn)速，單放集料，取樣稱出100厘米輸料帶上不同規(guī)格集料的重量，計算實際用料的配比，并根據(jù)施工配合比進行調(diào)整；按正常生產(chǎn)產(chǎn)量拌制水穩(wěn)混合料，在輸料帶上取水穩(wěn)混合料，測定含水量和水泥劑量，對拌和樓計量系統(tǒng)的精確性和混合料級配進行了進一步測試，經(jīng)檢測拌和樓的性能完全能滿足施工要求。免振壓劑采用料倉投放，在下料口用點焊的方式用擋板擋住，預留約5厘米作為下料口，采用4%水泥劑量對應10%免養(yǎng)生材料比例生產(chǎn)。

免養(yǎng)生水泥穩(wěn)定碎石施工時料車運輸、倒料均采用全程油布覆蓋的方式進行，混合料運輸?shù)浆F(xiàn)場的含水量能得到保證。壓實方案為初壓：雙鋼輪壓路機靜壓2遍；復壓：單鋼輪壓路機靜壓8遍；終壓：膠輪壓路機靜壓2遍。本次施工過程共投入設備為1臺攤鋪機、1臺雙鋼輪壓路機、2臺單鋼輪壓路機和1臺膠輪壓路機。

在養(yǎng)生滿足20小時養(yǎng)生期后對施工段落進行取芯工作，免養(yǎng)生水泥穩(wěn)定碎石芯樣基本完整，芯樣厚度基本滿足要求。從室外檢測結果可以得知，選用免養(yǎng)生水泥穩(wěn)定碎石取芯結果能夠達到預期的效果。免振免養(yǎng)水穩(wěn)基層施工完成后，隨即進行上層瀝青結構層施工，在封閉的環(huán)境中快速達到與傳統(tǒng)水穩(wěn)要求的通車強度，減少交通封閉時間和安全隱患。不需振動僅靠靜力壓實就能滿足設計要求，有效降低施工噪音和振動對周邊環(huán)境的影響，具有很好的環(huán)境友好特性。

灌漿復合瀝青路面

省道506線智慧養(yǎng)護工程項目針對國省干線交叉口、貨運通道等渠化交通嚴重，反復發(fā)生車轍的病害路段，采用灌漿復合瀝青路面，解決常規(guī)瀝青路面車轍病害這一“頑疾”。

省道506線智慧養(yǎng)護工程項目安排專業(yè)團隊，從施工前期培訓工作開始介入，全過程參與配合比設計優(yōu)化，對混合料拌和從質(zhì)量控制，到施工現(xiàn)場的混合料攤鋪、碾壓，以及灌漿實施進行全程技術把關。施工期間氣溫在15攝氏度以上，滿足灌漿施工要求，在基體瀝青混合料空隙率高達20%至28%的路面中，灌注以特殊漿體為主要成分的復合路面，按時保質(zhì)地完成了灌漿復合瀝青路面施工任務。

在施工期間，技術團隊從配合比設計、瀝青混合料生產(chǎn)、現(xiàn)場施工攤鋪、碾壓等環(huán)節(jié)進行全過程質(zhì)量監(jiān)控，確保了基體瀝青混合料質(zhì)量；灌漿復合瀝青路面既保留瀝青混凝上路面主要使用品質(zhì)，又具有水泥混凝土路面部分性能的路面結構型式，形成剛柔并濟的路面結構層，具有瀝青路面美觀舒適的同時兼?zhèn)鋭傂月访娴姆€(wěn)定性，有效解決了瀝青路面在重載、高溫條件下產(chǎn)生嚴重車轍病害的問題；施工后2小時即可通車，減少交通封閉時間和安全隱患。

省道506線智慧養(yǎng)護工程項目通過智能化升級養(yǎng)護人員傳統(tǒng)的穿戴設備，實現(xiàn)了在車輛沖向養(yǎng)護作業(yè)區(qū)域時，養(yǎng)護人員可以提前獲得預警并及時撤離危險區(qū)域。

智慧粒子高精度采集

智能預警保護項目安全

為保障公路養(yǎng)護作業(yè)安全，結合實際情況，省道506線智慧養(yǎng)護工程項目擬通過對傳統(tǒng)的養(yǎng)護作業(yè)安全設施及養(yǎng)護作業(yè)人員穿戴設備進行智能化升級，以實現(xiàn)當發(fā)生過往車輛正對養(yǎng)護區(qū)域沖擊時，養(yǎng)護人員能夠提前獲得預警并及時撤離危險區(qū)域，全面保障養(yǎng)護人員人身安全。

省道506線智慧養(yǎng)護工程項目應用了安全智能警示裝置，例如安全哨兵和智能手環(huán)等，為養(yǎng)護作業(yè)人員提供主動防撞預警。

其中，智能警示錐桶由微波雷達、5G傳輸、多色警示燈、大容量電池和高響度揚聲器組成，標準配置為1組2臺，分為探測桶和警示桶，警示桶設置在作業(yè)區(qū)中間，探測桶布置于作業(yè)區(qū)后方，探測桶主要通過警示燈引導車輛避讓，同時使用微波雷達波實時探測后方入侵車輛，如果過往車輛以不低于每小時40公里的速度正對養(yǎng)護作業(yè)區(qū)域沖擊，當車輛與探測錐桶的距離小于30米時，警示錐桶與人員肩燈將發(fā)出聲光電預警，提醒養(yǎng)護人員及時撤離危險區(qū)域。兩錐桶之間最大通訊距離是200米，作業(yè)人員收到提醒后有6秒至10秒的黃金逃生撤離時間，避免人員傷亡事故的發(fā)生。如果遇到險情，養(yǎng)護施工人員可以通過手環(huán)一鍵呼救，管理中心及時收到報警定位和現(xiàn)場情況信息，并迅速采取應急措施。

“十三五”以來，江蘇公路取得的成就與經(jīng)驗，蟬聯(lián)全國干線公路養(yǎng)護管理評價第一名，實現(xiàn)“三連冠”，泰州市也高質(zhì)量完成了迎檢任務。為做好新時期養(yǎng)護工作，泰州市將在養(yǎng)護組織模式、養(yǎng)護管理機制、養(yǎng)護資金多渠道籌集上繼續(xù)實現(xiàn)新突破，為國省干線養(yǎng)護現(xiàn)代化、智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型先行先試，為解決普遍性養(yǎng)護難題提供江蘇智慧、江蘇樣板。