信息化系統(tǒng)在瀝青混凝土功能層施工中的應(yīng)用

李建合 伍錦智

【摘要：】文章闡述了利用信息化系統(tǒng)監(jiān)控精準(zhǔn)掌握瀝青混凝土功能層施工級配、油石比、溫度、碾壓遍數(shù)、攤鋪速度等各項(xiàng)施工參數(shù)的應(yīng)用原理及特點(diǎn)，并結(jié)合工程實(shí)例，提出瀝青混凝土功能層信息監(jiān)控的操作應(yīng)用方法，通過在試驗(yàn)路段上記錄相關(guān)的施工技術(shù)參數(shù)，為施工問題追溯源頭、提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、優(yōu)化施工工藝，總結(jié)出可行的信息化系統(tǒng)監(jiān)控應(yīng)用操作技術(shù)。

【關(guān)鍵詞：】信息化系統(tǒng)特點(diǎn);操作要點(diǎn);信息化系統(tǒng)應(yīng)用方法;監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)反饋

U415.6A140433

0 引言

瀝青混凝土應(yīng)力吸收層主要作為功能層，其承擔(dān)載荷的能力往往不及瀝青面層。并且瀝青混凝土功能層設(shè)計(jì)厚度較薄，施工過程中溫度下降較快;對施工的碾壓和攤鋪速度、溫度的掌控，相比8 cm厚瀝青下面層、6 cm厚瀝青中面層要求更加精準(zhǔn)。因此，為了精準(zhǔn)地掌握瀝青混凝土施工參數(shù)，需引進(jìn)信息化監(jiān)控系統(tǒng)。

信息化系統(tǒng)主要通過在瀝青路面施工過程中的原材料生產(chǎn)、運(yùn)輸以及施工等環(huán)節(jié)建立遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的基本框架以及原材料采集監(jiān)控、路面攤鋪和壓實(shí)等子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了施工過程實(shí)時(shí)信息化控制，可以對瀝青混凝土功能層拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓過程進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)控，最大程度保障施工質(zhì)量。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者針對信息化系統(tǒng)在工程建設(shè)中的應(yīng)用做了一定的研究。呂東軒等[1]分析了當(dāng)前鐵路建設(shè)管理中存在的問題，探究了信息化系統(tǒng)在鐵路路基施工過程以及質(zhì)量檢測中的應(yīng)用。辛玉蟾[2]分析了鐵路項(xiàng)目建設(shè)管理中存在的問題，主要針對信息化系統(tǒng)在其中的應(yīng)用展開探討，如施工組織設(shè)計(jì)系統(tǒng)、工作日志管理系統(tǒng)等，以提高鐵路工程領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展。鄧蓉[3]在分析高速公路GIS系統(tǒng)內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，探討了GIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)及其功能，并從系統(tǒng)管理、圖形顯示與管理以及工程管理等方面，提出了GIS系統(tǒng)應(yīng)用的途徑。

目前，國內(nèi)外學(xué)者大多是針對鐵路工程建設(shè)應(yīng)用信息化進(jìn)行研究，但對信息化在公路瀝青功能層施工中的應(yīng)用研究較少。鑒于此，本文通過工程實(shí)例研究了信息化系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)，總結(jié)出了一套可行的信息化系統(tǒng)監(jiān)控應(yīng)用操作方法，為精準(zhǔn)掌握瀝青功能層施工參數(shù)提供有效方法。

1 信息化系統(tǒng)在瀝青混凝土功能層中的施工應(yīng)用特點(diǎn)

1.1 施工參數(shù)精準(zhǔn)監(jiān)控

利用信息化系統(tǒng)對級配、油石比、溫度、碾壓工藝等各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的精準(zhǔn)監(jiān)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對瀝青混凝土功能層拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓過程等施工工藝的精準(zhǔn)監(jiān)控，最大程度保障施工質(zhì)量以及施工的均勻性。

1.2 施工效率高

相較于傳統(tǒng)的瀝青路面施工工藝，本方法以信息化技術(shù)為依托，對施工流程進(jìn)行可視化處理，管理人員可遠(yuǎn)程管理，提高了管理效率和施工效率。

1.3 經(jīng)濟(jì)性好

采用信息化系統(tǒng)可精準(zhǔn)控制材料用量，避免材料用量的不均勻性，同時(shí)保障了施工質(zhì)量。并且，由于施工參數(shù)的精準(zhǔn)控制，減少了施工過程的無效功，降低了施工過程的碳排放。

1.4 適用性強(qiáng)

信息化系統(tǒng)在瀝青混凝土施工中的應(yīng)用，僅需在現(xiàn)有設(shè)備上加裝信息監(jiān)控系統(tǒng)，對操作人員進(jìn)行簡單培訓(xùn)即可上崗操作，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)備具備良好的可移植性和可推廣性。

2 信息化系統(tǒng)操作要點(diǎn)

（1）混合料生產(chǎn)質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)：在拌和站安裝通信設(shè)備連接拌和站控制電腦和服務(wù)器，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，將拌和站瀝青混合料生產(chǎn)過程等數(shù)據(jù)信息上傳至服務(wù)器，以監(jiān)測瀝青混合料的生產(chǎn)過程，實(shí)時(shí)與設(shè)計(jì)配合比對比，發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)通過短信及網(wǎng)頁報(bào)警。

（2）混合料運(yùn)輸監(jiān)測系統(tǒng)：在運(yùn)輸車輛上安裝車輛管理終端，監(jiān)測混合料運(yùn)輸過程，給前場及后場管理帶來極大便利。

（3）攤鋪碾壓過程監(jiān)測系統(tǒng)：針對攤鋪機(jī)進(jìn)行數(shù)字化改造，在不破壞機(jī)器的前提下加裝GNSS厘米級定位系統(tǒng)、溫度傳感器、平板電腦、工控系統(tǒng)等組件，基于高精度定位實(shí)時(shí)監(jiān)測攤鋪溫度、速度、厚度與碾壓遍數(shù)。智能壓實(shí)導(dǎo)航平板可為壓路機(jī)操作手提供實(shí)時(shí)壓實(shí)導(dǎo)航，避免漏壓。

（4）所有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至云平臺進(jìn)行存儲(chǔ)，分析。

信息化系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

都安至巴馬高速公路一分部起點(diǎn)樁號為K359+000，路線自東向西經(jīng)過都安縣澄江鄉(xiāng)、安陽鎮(zhèn)、地蘇鎮(zhèn)、大化縣大化鎮(zhèn)，終點(diǎn)樁號為K381+810，主線全長22.81 km。瀝青混凝土功能層在施工中利用信息化系統(tǒng)手段進(jìn)行監(jiān)控管理，很好地實(shí)現(xiàn)了對瀝青混凝土功能層拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓過程的精準(zhǔn)監(jiān)控。

3.2 主要電子設(shè)備

信息化系統(tǒng)配備的電子設(shè)備如表1所示。

3.3 信息化系統(tǒng)在瀝青混凝土功能層施工中的應(yīng)用方法

3.3.1 混合料拌和

混合料的拌和信息監(jiān)控系統(tǒng)是在拌和站操作間安裝通信設(shè)備，通信基站安裝在拌和站合適位置，連接后臺服務(wù)器和拌和樓各傳感系統(tǒng)。在拌和樓進(jìn)料處安裝流量系統(tǒng)一套（安裝在集料進(jìn)料口、瀝青輸送管內(nèi)部，可采集集料、瀝青用量），出料口安裝溫度紅外傳感器1個(gè)，以監(jiān)控礦料級配、油石比、混合料出料溫度變化情況。通過后臺系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置級配、油石比、溫度波動(dòng)范圍，當(dāng)混合料生產(chǎn)過程中，級配、油石比、溫度等參數(shù)波動(dòng)范圍超過閾值時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)將會(huì)通過短信、報(bào)警燈等形式引導(dǎo)操作員進(jìn)行糾偏，以保障混合料生產(chǎn)質(zhì)量。

3.3.2 混凝土運(yùn)輸

在運(yùn)輸車輛貨箱安裝紅外溫度傳感器，在運(yùn)輸車輛駕駛室安裝通信設(shè)備1套和定位設(shè)備1套，通信設(shè)備連接紅外溫度傳感器和后臺服務(wù)器，調(diào)試設(shè)備至數(shù)據(jù)正常后上報(bào)到云平臺，在云平臺將終端ID與車輛進(jìn)行設(shè)置綁定。后臺服務(wù)器可設(shè)置溫度變化范圍，實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)輸過程溫度變化情況以及運(yùn)輸車輛位置，對運(yùn)輸車輛進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)配。運(yùn)輸過程中如發(fā)現(xiàn)溫度不符合規(guī)定要求，后臺服務(wù)器可通過通信設(shè)備對運(yùn)輸車輛下達(dá)廢棄指令，以保障運(yùn)輸過程混凝土溫度始終保持在預(yù)定范圍。

3.3.3 攤鋪

攤鋪機(jī)內(nèi)部機(jī)手操作處安裝有導(dǎo)航平板1個(gè)，在攤鋪機(jī)內(nèi)部上方合適位置安裝數(shù)控中心1個(gè)和定位設(shè)備1套，攤鋪機(jī)螺旋布料器正前方安裝有紅外傳感器1個(gè)。

將高精度GNSS定位天線固定于攤鋪機(jī)駕駛棚左右駕駛座的中間位置，天線頂部無遮擋的條件下以100 Hz的超高頻率實(shí)時(shí)接收北斗衛(wèi)星定位信息，結(jié)合附近架設(shè)的RTK基準(zhǔn)站，通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)與超遠(yuǎn)距離長波電臺多路接收的RTK差分信息，實(shí)現(xiàn)3 cm內(nèi)的高精度定位，從而獲得精準(zhǔn)的攤鋪機(jī)地理位置信息，同時(shí)通過事先導(dǎo)入系統(tǒng)的曲線要素及施工樁號坐標(biāo)，可以實(shí)現(xiàn)地理位置和樁號位置的精確定位，實(shí)現(xiàn)攤鋪里程、攤鋪位置的實(shí)時(shí)管控。

紅外溫度傳感器采用定制支架進(jìn)行安裝固定，安裝時(shí)紅外溫度傳感器距攤鋪面的高度要保持在20～30 cm并牢固固定，確保采集溫度數(shù)據(jù)精準(zhǔn)。

導(dǎo)航平板通過專用支架固定在攤鋪機(jī)操作臺上方，導(dǎo)航平板上設(shè)置瀝青混凝土功能層混合料攤鋪溫度波動(dòng)區(qū)間為135 ℃～150 ℃，通過安裝在攤鋪設(shè)備上的紅外傳感器監(jiān)控瀝青混合料攤鋪溫度，溫度過高或過低，信息監(jiān)控系統(tǒng)均會(huì)發(fā)出報(bào)警。

將數(shù)控中心固定在攤鋪機(jī)操作平臺上方合適的位置后，將紅外溫度傳感器、GNSS接收機(jī)、導(dǎo)航平板電腦等通過連接線接入數(shù)控中心。最后，將攤鋪機(jī)電源接入數(shù)控中心，啟動(dòng)瀝青路面攤鋪溫度、速度實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。

將LED大屏固定在攤鋪機(jī)操作室后上方合適位置，可以實(shí)時(shí)顯示攤鋪機(jī)的攤鋪速度和攤鋪溫度，方便現(xiàn)場人員實(shí)時(shí)掌握攤鋪數(shù)據(jù)，把控?cái)備佡|(zhì)量。

3.3.4 碾壓

碾壓設(shè)備機(jī)手操作間安裝有導(dǎo)航平板，碾壓設(shè)備外部正前方安裝有LED大屏1塊，碾壓設(shè)備靠近瀝青混合料位置安裝有紅外傳感器1個(gè)、定位設(shè)備1套。碾壓過程由信息監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)掌控，后臺形成碾壓云圖，方便現(xiàn)場施工人員了解現(xiàn)場情況并實(shí)時(shí)調(diào)整，保障碾壓的均勻性。后臺還可通過通信設(shè)備將信息傳輸至導(dǎo)航平板上，指導(dǎo)碾壓機(jī)手進(jìn)行碾壓。對于溫度過高區(qū)域，導(dǎo)航平板會(huì)提示機(jī)手等待溫度降低到合適的碾壓溫度后再進(jìn)行碾壓。同時(shí)，導(dǎo)航平板上會(huì)顯示碾壓遍數(shù)等信息，防止超壓和漏壓。

3.4 信息化監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)反饋

（1）通過在現(xiàn)場機(jī)械設(shè)備上安裝路面質(zhì)量檢測系統(tǒng)及相關(guān)硬件設(shè)備，對路面攤鋪壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，然后利用互聯(lián)網(wǎng)上傳至云平臺，管理單位可以通過電腦遠(yuǎn)程進(jìn)入系統(tǒng)實(shí)時(shí)了解現(xiàn)場施工過程中機(jī)械設(shè)備的攤鋪碾壓遍數(shù)、速度、溫度等相關(guān)數(shù)據(jù)。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，編寫相關(guān)的施工質(zhì)量報(bào)告（見圖2）。

通過施工質(zhì)量數(shù)據(jù)報(bào)告可以直接反映現(xiàn)場施工每段施工技術(shù)的參數(shù)如級配、油石比、溫度、碾壓遍數(shù)、速度、攤鋪速度工藝等，具有一定的指導(dǎo)性。

4 結(jié)語

瀝青功能層是路面攤鋪壓實(shí)的最底層，是面層的基礎(chǔ)，所以對功能層的質(zhì)量要求相對較高。為了解決現(xiàn)場質(zhì)量無法及時(shí)把控問題，本文結(jié)合實(shí)際工程對信息化系統(tǒng)的操作應(yīng)用，通過在現(xiàn)場機(jī)械設(shè)備上安裝路面質(zhì)量檢測系統(tǒng)及相關(guān)硬件設(shè)備，對路面攤鋪壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，然后利用互聯(lián)網(wǎng)上傳至云平臺，管理單位可以通過電腦遠(yuǎn)程進(jìn)入系統(tǒng)，實(shí)時(shí)了解現(xiàn)場施工過程中機(jī)械設(shè)備的攤鋪碾壓遍數(shù)、速度、溫度等相關(guān)數(shù)據(jù)，此外還對拌和站物料配合比、拌和時(shí)間、溫度等進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，使整個(gè)施工過程做到了事前預(yù)警、事中把控、事后溯源等施工管控。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂東軒，魯文軍，班學(xué)鋒，等.信息化系統(tǒng)在鐵路路基施工及質(zhì)量檢測中的應(yīng)用[J].江西建材，2021（9）：164，166.

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[3]鄧 蓉.高速公路建設(shè)信息化系統(tǒng)應(yīng)用的探討[J].科技與企業(yè)，2012（9）：105.