瀝青路面施工質(zhì)量動(dòng)態(tài)智能管控技術(shù)研究

馬天武，李同斌，馬天勇，陳曉東

（1.山東省濱州市公路事業(yè)發(fā)展中心，山東 濱州 256600；2.江蘇東交智控科技集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210000）

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人民生活質(zhì)量的提高，對(duì)公路工程的施工質(zhì)量要求也在不斷地提高。為提升公路工程質(zhì)量，2019年國(guó)務(wù)院印發(fā)的《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》提出了推進(jìn)智能化、數(shù)字化裝備研發(fā)，加強(qiáng)智能制造核心關(guān)鍵技術(shù)儲(chǔ)備的目標(biāo)。根據(jù)《“十四五”現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展規(guī)劃》預(yù)計(jì)2025年我國(guó)將新增公路里程約30.2萬(wàn)公里，要求工程質(zhì)量進(jìn)一步提高，交通設(shè)施耐久可靠。表明未來(lái)我國(guó)公路建設(shè)市場(chǎng)仍然存在巨大潛力。由于傳統(tǒng)的瀝青路面施工往往只注重最終的驗(yàn)收質(zhì)量，缺乏施工過(guò)程監(jiān)管的手段，導(dǎo)致瀝青混合料在拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題時(shí)無(wú)法溯源 。結(jié)合信息技術(shù)、GNSS技術(shù)以及無(wú)線通訊技術(shù)的發(fā)展，瀝青路面施工管理也向智能化方向發(fā)展。通過(guò)在原材料檢驗(yàn)、拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓各環(huán)節(jié)科學(xué)合理布設(shè)各類傳感設(shè)備，實(shí)時(shí)、全面獲取施工過(guò)程關(guān)鍵數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析、預(yù)警。預(yù)警信息分級(jí)發(fā)送至現(xiàn)場(chǎng)施工人員和后方管理人員，后方管理人員可以通過(guò)電腦、手機(jī)隨時(shí)訪問(wèn)遠(yuǎn)程服務(wù)器查詢施工現(xiàn)場(chǎng)狀況，提出處置意見(jiàn)，確保工程質(zhì)量目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

2 瀝青路面動(dòng)態(tài)智能管控關(guān)鍵指標(biāo)及預(yù)警閾值研究

2.1 瀝青路面動(dòng)態(tài)智能管控關(guān)鍵指標(biāo)研究

根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)內(nèi)外有關(guān)的研究成果，瀝青、水泥穩(wěn)定粒料基層和底基層、瀝青混凝土面層質(zhì)量檢驗(yàn)實(shí)測(cè)項(xiàng)目主要包括以下項(xiàng)目：

（1）在石油瀝青、改性瀝青材料檢測(cè)方面，在實(shí)際施工過(guò)程中，一般進(jìn)行瀝青三大指標(biāo)的檢測(cè)，根據(jù)實(shí)際檢測(cè)要求并結(jié)合實(shí)驗(yàn)儀器的信息化發(fā)展程度，目前實(shí)現(xiàn)智能管控的有瀝青的針入度、軟化點(diǎn)和延度，三大指標(biāo)等試驗(yàn)，保證原材料的性能。

（2）在水穩(wěn)基層方面，水穩(wěn)混合料的強(qiáng)度與各材料用量、級(jí)配密切相關(guān)，而壓實(shí)度、寬度、厚度等與實(shí)際施工過(guò)程攤鋪速度、碾壓速度的控制程度有關(guān)，因此，為保證水穩(wěn)基層的施工質(zhì)量，在水穩(wěn)混合料的各材料用量、水泥劑量、級(jí)配以及前場(chǎng)的攤鋪碾壓速度的控制方面應(yīng)嚴(yán)格把控，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、施工過(guò)程中對(duì)水穩(wěn)基層施工質(zhì)量的實(shí)時(shí)管控。

（3）在瀝青面層方面，在實(shí)際施工過(guò)程中的質(zhì)量檢驗(yàn)，一般檢驗(yàn)項(xiàng)目為壓實(shí)度、平整度、滲水系數(shù)、抗滑及厚度檢測(cè)。壓實(shí)度、滲水、抗滑性能指標(biāo)一般與瀝青混合料的級(jí)配類型、攤鋪碾壓時(shí)的溫度與速度有關(guān)；而且平整度也與攤鋪速度有一定的關(guān)系，不連續(xù)攤鋪施工，一定程度上會(huì)影響瀝青路面的平整度；路面厚度和攤鋪厚度直接關(guān)聯(lián)，攤鋪機(jī)松鋪系數(shù)的控制直接關(guān)系到壓實(shí)后的路面厚度。因此，在瀝青混合料生產(chǎn)和施工過(guò)程中，對(duì)上述相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行有效監(jiān)控，在出現(xiàn)偏差時(shí)及時(shí)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)在施工過(guò)程中有效控制施工質(zhì)量，從而保證瀝青路面的壓實(shí)度、平整度、滲水、抗滑及厚度滿足檢測(cè)要求。

（4）在附屬材料生產(chǎn)及投放方面，在混合料生產(chǎn)過(guò)程中，附屬材料的摻量較小，如木質(zhì)纖維素的添加量為瀝青混合料的4‰左右，在每盤混合料的控制中，摻量準(zhǔn)確度較難把控，且一般生產(chǎn)過(guò)程中較多情況下也為粗放控制，容易產(chǎn)生摻量或多或少的情況，摻量過(guò)少路面易泛油、析漏，摻量過(guò)多則容易聚團(tuán)，直接影響瀝青面層的質(zhì)量，因此，附屬材料的投放量控制也是瀝青路面生產(chǎn)施工控制的關(guān)鍵點(diǎn)。

通過(guò)對(duì)上述質(zhì)量控制關(guān)鍵環(huán)節(jié)的因素分析，同時(shí)根據(jù)綠色環(huán)保節(jié)能減排的需求，瀝青路面施工質(zhì)量動(dòng)態(tài)智能管控體系見(jiàn)表1。

表1 瀝青路面施工質(zhì)量動(dòng)態(tài)智能管控體系

2.2 瀝青路面動(dòng)態(tài)智能管控關(guān)鍵指標(biāo)閾值研究

在確定瀝青路面施工質(zhì)量動(dòng)態(tài)智能管控體系的同時(shí)，需建立關(guān)鍵指標(biāo)的評(píng)價(jià)系統(tǒng)，制定各關(guān)鍵指標(biāo)相應(yīng)預(yù)警閾值，并提供分析預(yù)警機(jī)制，對(duì)接收到的各關(guān)鍵指標(biāo)的海量數(shù)據(jù)及時(shí)分析，與評(píng)價(jià)系統(tǒng)中的設(shè)定的預(yù)警閾值進(jìn)行動(dòng)態(tài)比對(duì)，超出容許偏差實(shí)時(shí)短信預(yù)警，并形成質(zhì)量追溯檔案 ，使相關(guān)技術(shù)人員能夠在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)質(zhì)量波動(dòng)狀況，便于及時(shí)糾偏，確保工程質(zhì)量。瀝青路面動(dòng)態(tài)智能管控預(yù)警對(duì)象及預(yù)警閾值見(jiàn)表2和表3。

表2 瀝青混合料拌和預(yù)警閾值以及報(bào)送對(duì)象

表3 瀝青混合料運(yùn)輸、攤鋪與碾壓過(guò)程預(yù)警閾值以及報(bào)送對(duì)象

3 瀝青路面動(dòng)態(tài)智能管控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究

3.1 瀝青路面動(dòng)態(tài)智能管控系統(tǒng)需求分析

通過(guò)調(diào)研分析可知傳統(tǒng)的施工管理模式存在以下不足和弊端：

（1）施工方、監(jiān)理方和業(yè)主方對(duì)施工過(guò)程信息的掌握不能同步且各方對(duì)信息的掌握準(zhǔn)確性和完整性得不到保證；

（2）傳統(tǒng)的質(zhì)量監(jiān)控手段獲取的信息量少，一旦發(fā)生較為嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題，需要重新搜集施工過(guò)程信息以便進(jìn)行問(wèn)題原因的分析，問(wèn)題處理的效率低下；

（3）業(yè)主方在對(duì)問(wèn)題進(jìn)行決策時(shí)，主要參考行業(yè)專家技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，主觀因素影響較大，且時(shí)間流程長(zhǎng)；

（4）問(wèn)題處理意見(jiàn)的反饋需要逐級(jí)傳達(dá)給一線施工人員，流程時(shí)間長(zhǎng)、環(huán)節(jié)多，由于時(shí)間延誤發(fā)生的返工現(xiàn)象較多。

為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)質(zhì)量控制手段的不足，瀝青路面動(dòng)態(tài)智能管控系統(tǒng)必須滿足以下功能需求：

（1）數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸。智能施工管理系統(tǒng)的核心要素，數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在生產(chǎn)—管理—決策者之間平等共享，實(shí)現(xiàn)參建各方都能隨時(shí)隨地查詢施工信息。

（2）數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和有效性。施工信息的采集數(shù)據(jù)精度是系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)和前提，動(dòng)態(tài)智能管控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)不僅要作為施工質(zhì)量評(píng)價(jià)的依據(jù)，還是出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題時(shí)進(jìn)行原因分析的重要參考。

（3）全方面的系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集。動(dòng)態(tài)智能管控系統(tǒng)旨在對(duì)瀝青路面施工全過(guò)程，從拌合生產(chǎn)、運(yùn)輸、攤鋪到碾壓整個(gè)工序的關(guān)鍵信息進(jìn)行采集，全面掌控施工質(zhì)量，在出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，也能提供全方位的數(shù)據(jù)支撐。

（4）信息的及時(shí)反饋。質(zhì)量管控的“管控”只是手段，對(duì)問(wèn)題處于初期萌芽狀態(tài)時(shí)就進(jìn)行有效的糾偏才是最終的目的。因此動(dòng)態(tài)智能管控系統(tǒng)應(yīng)具有信息及時(shí)反饋的功能，使得問(wèn)題出現(xiàn)后得到及時(shí)、有效的落實(shí)和解決。

（5）可擴(kuò)展功能。動(dòng)態(tài)智能管控系統(tǒng)在未來(lái)與路面管理系統(tǒng)、長(zhǎng)期性能觀測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)等都有可能進(jìn)行對(duì)接，因此系統(tǒng)應(yīng)具有靈活的可擴(kuò)展功能，提供用戶定制服務(wù)。

3.2 瀝青路面動(dòng)態(tài)智能管控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

采用B/S+C/S系統(tǒng)架構(gòu)（C/S架構(gòu)用于數(shù)據(jù)信息采集，B/S架構(gòu)用以用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢分析），用戶只需登錄遠(yuǎn)程服務(wù)器系統(tǒng)網(wǎng)頁(yè)即可實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)備伿┕み^(guò)程，查看各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，平臺(tái)采用J2EE（Java 2 Platform， Enterprise Edition：是一個(gè)為大企業(yè)主機(jī)級(jí)的計(jì)算類型而設(shè)計(jì)的Java平臺(tái)）架構(gòu)，使各項(xiàng)業(yè)務(wù)獨(dú)立管理，分步實(shí)施。

3.3 瀝青路面動(dòng)態(tài)智能管控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)應(yīng)以保障工程建設(shè)質(zhì)量要求為主，從工程信息管理、試驗(yàn)檢測(cè)管控、拌和管控、運(yùn)輸管控、攤鋪管控、碾壓管控等幾個(gè)方面開(kāi)展建設(shè)。

（1）工程信息管理。工程信息管理主要是對(duì)工程相關(guān)信息進(jìn)行維護(hù)，工程信息管理的功能包括工程基本信息管理、標(biāo)段信息管理、路面基本信息和路面結(jié)構(gòu)信息管理、混合料配比信息管理、拌合樓基本信息管理、報(bào)警信息設(shè)置功能。

（2）試驗(yàn)檢測(cè)管控。結(jié)合施工中傳統(tǒng)的檢測(cè)數(shù)據(jù)，將施工過(guò)程中關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)，一方面結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的抽提試驗(yàn)，與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比較分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)料源、拌合樓數(shù)據(jù)造假等異常情況。同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并不能代替整個(gè)施工過(guò)程的檢測(cè)，通過(guò)施工過(guò)程中關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)后臺(tái)，可以建立更為完善的施工期數(shù)據(jù)中心，為后期路面長(zhǎng)期項(xiàng)目分析提供支撐。

（3）拌和管控。通過(guò)拌合樓數(shù)據(jù)采集軟件及設(shè)備，對(duì)拌合樓控制數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行監(jiān)控。實(shí)時(shí)采集各材料用量、油石比、溫度、級(jí)配等數(shù)據(jù)，并基于無(wú)線傳輸設(shè)備將采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器。

（4）運(yùn)輸管控。基于RFID技術(shù)，通過(guò)讀取運(yùn)輸車配置的電子標(biāo)簽，記錄開(kāi)始裝料與結(jié)束裝料時(shí)間、開(kāi)始卸料與結(jié)束卸料時(shí)間，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸時(shí)間的監(jiān)管。

（5）攤鋪管控。在攤鋪設(shè)備上安裝GNSS與溫度傳感設(shè)備，對(duì)攤鋪施工時(shí)間、位置、 速度、溫度等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，真實(shí)反映攤鋪斷面的溫度、厚度、離析分布情況，通過(guò)LED實(shí)時(shí)展示攤鋪溫度和攤鋪速度。

（6）碾壓管控。在壓路機(jī)上安裝GNSS、溫度傳感、振動(dòng)傳感等設(shè)備，對(duì)壓路機(jī)的碾壓遍數(shù)、速度、溫度、軌跡等信息實(shí)時(shí)采集，壓路機(jī)操作室配置平板電腦、LED顯示屏和蜂鳴預(yù)警設(shè)備，實(shí)時(shí)反饋給現(xiàn)場(chǎng)人員，指導(dǎo)施工。

4 瀝青路面動(dòng)態(tài)智能管控技術(shù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

通過(guò)瀝青路面動(dòng)態(tài)智能管控技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)施工質(zhì)量控制關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)化連續(xù)采集，并實(shí)時(shí)傳輸、分析與預(yù)警，改變了傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)、施工、試驗(yàn)的管理方式，一定程度上減少了人員數(shù)量的投入，節(jié)約了人工成本。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)中、高級(jí)預(yù)警及時(shí)采取處治措施，嚴(yán)格保證瀝青路面的施工質(zhì)量，避免早期病害的發(fā)生，降低瀝青路面后期養(yǎng)護(hù)成本。

4.2 社會(huì)效益分析

瀝青路面動(dòng)態(tài)智能管控技術(shù)的應(yīng)用，確保了工程施工質(zhì)量。一方面可以延長(zhǎng)瀝青路面使用壽命，降低路面運(yùn)維成本，另一方面可以降低養(yǎng)護(hù)維修路面時(shí)對(duì)交通的干擾，保證道路服務(wù)功能，具有重要的社會(huì)意義。

5 結(jié)論

本文針對(duì)瀝青路面施工過(guò)程質(zhì)量控制的需求，采用物聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)技術(shù)，研究了瀝青路面施工質(zhì)量動(dòng)態(tài)智能管控技術(shù)，確定了瀝青路面動(dòng)態(tài)智能管控關(guān)鍵指標(biāo)及預(yù)警閾值，構(gòu)建了瀝青路面智能管控系統(tǒng)的框架，明確了試驗(yàn)檢測(cè)管控、拌和管控、運(yùn)輸管控、攤鋪管控、碾壓管控的功能要求，把瀝青路面的施工質(zhì)量從事后把關(guān)，轉(zhuǎn)變成全過(guò)程控制，提高了瀝青路面施工的管理效率與質(zhì)量。