智能化管控技術(shù)在滁天高速路面施工中的應(yīng)用

文｜長(zhǎng)沙云軟信息技術(shù)有限公司 肖利君；安徽省交通控股集團(tuán)有限公司 許澤寧；長(zhǎng)沙云軟信息技術(shù)有限公司 王婭蓉

滁天高速公路采用瀝青混凝土路面施工，工程主要分為6 個(gè)標(biāo)段，本文以項(xiàng)目第三和第四標(biāo)段為例進(jìn)行路面施工介紹。標(biāo)段內(nèi)軟弱土（粉質(zhì)黏土）分布里程為450m，厚度1.5～7.0m，弱膨脹土分布里程為1150m，總體工程地質(zhì)條件一般。主線(xiàn)路面具體結(jié)構(gòu)層為4cm AC-13C（改性）+6cm AC-20C（改性）+8cm AC-25C ，基層采用36cm 水泥穩(wěn)定碎石，底基層采用20cm 低劑量水泥穩(wěn)定碎石。施工材料的好壞及施工工藝的優(yōu)劣對(duì)路面質(zhì)量起決定性作用，若能對(duì)瀝青路面的施工進(jìn)行全流程把控、精細(xì)化管理，則對(duì)提高高速公路施工質(zhì)量具有極大的應(yīng)用價(jià)值。隨著信息化、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信5G、高精度定位技術(shù)的快速發(fā)展，開(kāi)展高速公路瀝青路面施工的智能化管控也成為可能。

1.瀝青路面質(zhì)量問(wèn)題分析及解決思路

瀝青作為路面施工中一種重要的原材，其生產(chǎn)及運(yùn)輸是造成材料質(zhì)量問(wèn)題風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵因素，從源頭把控項(xiàng)目使用瀝青的唯一性是工程界所需解決的重要難題[1-2]。在混合料的拌合過(guò)程中，對(duì)原材料級(jí)配、拌合溫度、油石比、水泥參量、骨料用量及拌合時(shí)間等缺乏過(guò)程監(jiān)管，只能單方面地按照抽檢手續(xù)抽查小部分混合料質(zhì)量情況，并不能真實(shí)反映全部混合料生產(chǎn)狀況?；旌狭线\(yùn)輸時(shí)到場(chǎng)時(shí)間無(wú)法保證，運(yùn)輸過(guò)程中可能存在調(diào)包現(xiàn)象等，均可能影響混合料的使用質(zhì)量[3]。瀝青混合料攤鋪時(shí)，攤鋪速度直接影響攤鋪面的平整度；攤鋪溫度的不合格使攤鋪機(jī)熨平板出現(xiàn)拉毛現(xiàn)象，直接影響攤鋪效果，瀝青混合料出現(xiàn)溫度離析將引起不均勻的路面壓實(shí)度分布，從而降低路面平整度并大大縮短瀝青面層的使用壽命。碾壓環(huán)節(jié)中，初壓、復(fù)壓及終壓各階段的碾壓遍數(shù)及碾壓溫度無(wú)法實(shí)時(shí)掌控，超速碾壓現(xiàn)象頻發(fā)導(dǎo)致路面平整度下降等缺陷，均增加了壓實(shí)效果不理想的幾率[4-5]。

基于上述問(wèn)題，本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采用智能化監(jiān)控技術(shù)實(shí)施監(jiān)測(cè)[6-8]，重點(diǎn)監(jiān)管瀝青原材的運(yùn)輸，確保項(xiàng)目使用瀝青的唯一性；在混合料拌合過(guò)程中，對(duì)其生產(chǎn)過(guò)程關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，并設(shè)置相應(yīng)的閾值，以預(yù)警信息的方式反饋給管理人員；對(duì)混合料的運(yùn)輸時(shí)間、運(yùn)輸軌跡進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保施工用料的溯源性、真實(shí)性、有效性；對(duì)攤鋪機(jī)的攤鋪速度、攤鋪溫度、攤鋪時(shí)間進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保路面平整度達(dá)標(biāo)、避免溫度離析帶來(lái)的面層壽命降低等問(wèn)題；監(jiān)測(cè)壓路機(jī)的壓實(shí)溫度、壓實(shí)遍數(shù)、碾壓速度等，從而避免欠壓、過(guò)壓等問(wèn)題的發(fā)生。

2.施工材料生產(chǎn)及運(yùn)輸?shù)闹悄芄芸?/h2>

2.1 改性瀝青生產(chǎn)監(jiān)管

通過(guò)安裝在改性瀝青生產(chǎn)加工工控機(jī)上的采集軟件，實(shí)時(shí)獲取生產(chǎn)過(guò)程中的各項(xiàng)指標(biāo)，如加工溫度、聚合物與基質(zhì)瀝青的比例（SBS 摻量）、發(fā)育時(shí)間周期等；通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)安裝PCI 串口卡、無(wú)線(xiàn)模塊，將數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器；設(shè)置數(shù)據(jù)分析模型，自動(dòng)分析產(chǎn)品生產(chǎn)穩(wěn)定性、計(jì)量穩(wěn)定性和關(guān)鍵參數(shù)的變化趨勢(shì)等，同時(shí)設(shè)置預(yù)警上下限，方便生產(chǎn)管理人員及時(shí)處理，確保產(chǎn)品質(zhì)量合格。

2.2 瀝青運(yùn)輸過(guò)程監(jiān)管

在瀝青運(yùn)輸車(chē)輛車(chē)頂灌裝入口處和罐底出口處安裝電子鎖，根據(jù)開(kāi)鎖權(quán)限配置實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開(kāi)鎖功能，同時(shí)加裝移動(dòng)式車(chē)載視頻監(jiān)控實(shí)時(shí)獲取現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面。生產(chǎn)廠(chǎng)家瀝青充裝完成后，供貨商在系統(tǒng)內(nèi)新建一條供貨信息，將運(yùn)輸車(chē)牌號(hào)、駕駛員信息、瀝青型號(hào)參數(shù)、重量、預(yù)計(jì)運(yùn)輸時(shí)間等信息上傳系統(tǒng)，檢測(cè)報(bào)告隨車(chē)攜帶并上傳平臺(tái)，將運(yùn)輸車(chē)輛瀝青罐所有出入口電子鎖鎖定；并在系統(tǒng)內(nèi)申請(qǐng)發(fā)車(chē)，經(jīng)監(jiān)理、業(yè)主等代表會(huì)簽同意方可發(fā)車(chē)。

在運(yùn)輸車(chē)輛安裝車(chē)載GPS 設(shè)備，實(shí)時(shí)獲取車(chē)輛位置及運(yùn)行軌跡，系統(tǒng)預(yù)設(shè)路線(xiàn)帶狀電子圍欄區(qū)域，運(yùn)輸過(guò)程中，車(chē)輛偏離電子圍欄區(qū)域、或者長(zhǎng)時(shí)間停留超過(guò)一小時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警提示，并短信/微信提醒運(yùn)輸車(chē)駕駛員、供應(yīng)商項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、監(jiān)理、業(yè)主代表等。

在路面標(biāo)場(chǎng)站出入口地磅處安裝智慧地磅設(shè)備，自動(dòng)讀取車(chē)牌號(hào)、時(shí)間、進(jìn)出站車(chē)載重量；監(jiān)管系統(tǒng)根據(jù)進(jìn)出站車(chē)載重量自動(dòng)換算出該次瀝青的實(shí)際數(shù)量，以此掌控瀝青的入場(chǎng)數(shù)量。驗(yàn)收合格后，供貨商在系統(tǒng)內(nèi)對(duì)此次運(yùn)輸進(jìn)行申請(qǐng)開(kāi)鎖，施工單位、監(jiān)理單位、中心試驗(yàn)室、業(yè)主代表各方等在系統(tǒng)會(huì)簽，對(duì)此次運(yùn)輸?shù)臑r青型號(hào)、數(shù)量、車(chē)牌號(hào)、交貨地點(diǎn)等信息進(jìn)行簽字確認(rèn)，會(huì)簽完成電子鎖方可打開(kāi)。

2.3 混合料拌合生產(chǎn)在線(xiàn)監(jiān)管

在拌合站控制室安裝采集硬件終端，配合拌合機(jī)控制電腦上安裝的軟件采集端，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、自動(dòng)收集，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)向監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的傳送。變混合料生產(chǎn)質(zhì)量事后把關(guān)為事前預(yù)控，從源頭解決混合料的質(zhì)量控制問(wèn)題。

拌合站智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)水穩(wěn)站主要采集水泥摻量、各骨料用量、用水量及拌和時(shí)間等關(guān)鍵信息。以配合比信息為基礎(chǔ)，對(duì)數(shù)據(jù)誤差進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算分析，并根據(jù)配合比誤差范圍設(shè)置初級(jí)、中級(jí)和高級(jí)報(bào)警，預(yù)警信息發(fā)送給對(duì)應(yīng)的管理人員，方便整改處理，節(jié)省處理時(shí)間及成本，如圖1所示。匯總形成原料及成品統(tǒng)計(jì)表，方便管理人員掌握拌合站使用情況、產(chǎn)量、產(chǎn)品質(zhì)量及原材庫(kù)存情況等。

圖1 拌合站監(jiān)管

拌合站智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)瀝青站主要監(jiān)測(cè)瀝青質(zhì)量、混合料級(jí)配、油石比、生產(chǎn)溫度、各規(guī)格集料的質(zhì)量、礦粉質(zhì)量等參數(shù)，自動(dòng)生成級(jí)配圖表，直觀(guān)展示級(jí)配變化過(guò)程；通過(guò)預(yù)先錄入的控制閥值，如油石比的控制上下限，篩孔通過(guò)率的上下限，一旦超過(guò)控制閥值，則進(jìn)入預(yù)警狀態(tài)，發(fā)送預(yù)先設(shè)置好的警告類(lèi)型。便于管理人員把控瀝青混合料的真實(shí)生產(chǎn)過(guò)程，及時(shí)處理異常情況。

2.4 混合料的運(yùn)輸監(jiān)管

混合料運(yùn)輸監(jiān)管將施工前后場(chǎng)的數(shù)據(jù)連接起來(lái)，其應(yīng)用使得路面逐樁號(hào)的鋪面材料質(zhì)量溯源得到實(shí)現(xiàn)。對(duì)混合料運(yùn)輸車(chē)的運(yùn)輸時(shí)間進(jìn)行監(jiān)管，防止因?yàn)樗€(wěn)料的凝固和瀝青料溫度降低產(chǎn)生質(zhì)量影響；對(duì)運(yùn)輸?shù)能壽E進(jìn)行記錄，設(shè)置電子圍欄，超出圍欄立即預(yù)警，防止司機(jī)不按規(guī)定路線(xiàn)行駛，以及瀝青混合料運(yùn)輸過(guò)程中可能存在調(diào)包現(xiàn)象；結(jié)合混合料的攤鋪起止時(shí)間及攤鋪起止樁號(hào)，形成完整的運(yùn)輸監(jiān)管鏈?？蓪?shí)現(xiàn)運(yùn)輸分析、運(yùn)輸信息查詢(xún)、質(zhì)量預(yù)警查詢(xún)等。

具體為采用無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別技術(shù)（RFID技術(shù)）進(jìn)行自動(dòng)辨識(shí)與追蹤物體，其優(yōu)點(diǎn)是能夠快速安裝并實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)量。在混合料拌合后場(chǎng)、攤鋪前場(chǎng)分別安裝采集天線(xiàn)，而在運(yùn)輸車(chē)輛的側(cè)廂、尾廂位置安裝抗金屬干擾的電子標(biāo)簽卡。運(yùn)輸車(chē)輛從拌合后場(chǎng)出發(fā)時(shí)，即可監(jiān)控到出廠(chǎng)的時(shí)間，而車(chē)輛到達(dá)前場(chǎng)時(shí)，安裝在攤鋪機(jī)械上天線(xiàn)可掃描車(chē)輛的信息，此時(shí)，即記錄混合料的攤鋪時(shí)間，當(dāng)混合料卸料結(jié)束離開(kāi)前場(chǎng)，則記錄混合料的結(jié)束攤鋪的時(shí)間，借助攤鋪機(jī)械上的高精度定位設(shè)備獲取攤鋪的起止樁號(hào)、左右幅信息?？刹榭磳?shí)時(shí)運(yùn)輸情況以歷史運(yùn)輸記錄，在歷史運(yùn)輸模塊中對(duì)運(yùn)輸時(shí)長(zhǎng)超過(guò)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)標(biāo)注紅色底紋，并發(fā)送信息提醒至指定的管理人員，還可查看歷史運(yùn)輸軌跡回放，如圖2所示。

圖2 混合料歷史運(yùn)輸

3.瀝青路面施工過(guò)程智能管控

3.1 混合料攤鋪監(jiān)管

監(jiān)管系統(tǒng)通過(guò)在攤鋪機(jī)上安裝高精度定位傳感器、線(xiàn)陣紅外溫度傳感器，在線(xiàn)獲取攤鋪速度、溫度和離析情況等參數(shù)；實(shí)現(xiàn)施工在線(xiàn)管理，統(tǒng)計(jì)攤鋪軌跡，并設(shè)置一定閾值，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)聲光預(yù)警、微信預(yù)警。

具體實(shí)施時(shí)，為確保網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的穩(wěn)定，在項(xiàng)目部建立一個(gè)無(wú)線(xiàn)電基站，若條件允許在中途再建立一個(gè)無(wú)線(xiàn)電中繼站；在混合料攤鋪機(jī)上安裝高精度GNSS 定位板卡（支持GPS 和北斗，識(shí)別精度為厘米）獲得攤鋪位置及攤鋪速度信息，形成攤鋪速度明細(xì)，并自動(dòng)統(tǒng)計(jì)速度合格率，如圖3所示；在攤鋪機(jī)熨平板處安裝多個(gè)溫度傳感器實(shí)時(shí)采集同一攤鋪斷面不同位置的溫度信息及溫度離析情況，并形成溫度明細(xì)，輔以溫度-里程坐標(biāo)圖直觀(guān)展示各攤鋪溫度，以占比圖展示溫度總合格率情況；在攤鋪機(jī)頂棚處外掛LED 屏，供現(xiàn)場(chǎng)人員實(shí)時(shí)查看攤鋪溫度、速度信息。

圖3 攤鋪速度

在攤鋪里程模塊中，施工結(jié)果分布圖直觀(guān)地展示出各層施工狀態(tài)，分顏色標(biāo)注出全路段已施工與未施工情況，如圖4所示；另外在坐標(biāo)圖中統(tǒng)計(jì)出每日攤鋪的左幅及右幅里程；再羅列攤鋪明細(xì)表，記錄各結(jié)構(gòu)層攤鋪的起止時(shí)間、起止樁號(hào)、所屬左右幅位置。

圖4 施工結(jié)果分布

3.2 路面智能壓實(shí)監(jiān)管

監(jiān)管壓實(shí)機(jī)械的軌跡是獲取碾壓速度及遍數(shù)的基礎(chǔ)，本監(jiān)管系統(tǒng)建立了定位參考基站，在壓實(shí)機(jī)械上加裝了定位流動(dòng)站，通過(guò)相對(duì)定位基站的位置差分信息，可實(shí)現(xiàn)壓實(shí)機(jī)械厘米級(jí)定位，從而得到壓實(shí)軌跡信息；利用加裝在壓實(shí)機(jī)械紅外傳感器，測(cè)量路面溫度；安裝的無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)將數(shù)據(jù)及時(shí)上傳到中心平臺(tái)，系統(tǒng)自動(dòng)判斷混合料的壓實(shí)狀態(tài)，通過(guò)建立的現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)，進(jìn)行多壓路機(jī)測(cè)量數(shù)據(jù)共享；同時(shí)在各壓路機(jī)駕駛室內(nèi)安裝一個(gè)液晶顯示屏，以彩圖的形式將壓實(shí)遍數(shù)反饋給操作手，進(jìn)而引導(dǎo)操作人員按照正確的施工方案進(jìn)行施工，同時(shí)設(shè)置一定閾值，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)聲光預(yù)警、微信預(yù)警。

各碾壓監(jiān)控指標(biāo)分別形成明細(xì)臺(tái)賬，詳細(xì)記錄碾壓日期、起止樁號(hào)、各指標(biāo)正常與否的占比等。其中碾壓速度還輔以餅狀圖標(biāo)識(shí)出總體的過(guò)快速度占比及正常速度占比；碾壓遍數(shù)中輔以餅狀圖展示遍數(shù)正常百分比和過(guò)低百分比，以坐標(biāo)圖形式展示每日鋼壓與膠壓的欠壓率，并在樁號(hào)-碾壓遍數(shù)與樁號(hào)-欠壓率坐標(biāo)圖中分別展現(xiàn)遍數(shù)與欠壓率的分布情況；碾壓溫度中輔以樁號(hào)-碾壓溫度坐標(biāo)圖展示各樁號(hào)處的鋼壓與膠壓碾壓溫度。同時(shí)配置施工成果圖，成果圖中將碾壓遍數(shù)用不同顏色進(jìn)行標(biāo)識(shí)區(qū)分，如圖5所示。

圖5 施工成果圖

4.結(jié)語(yǔ)

在滁天高速瀝青路面的施工過(guò)程中，采用智能化管控技術(shù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)大量施工數(shù)據(jù)的自動(dòng)分析及利用，從而可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確直觀(guān)地反映工程質(zhì)量狀況，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并分析質(zhì)量問(wèn)題，采取有效的處理措施，避免了傳統(tǒng)施工的盲目性和被動(dòng)性，能有效降低路面質(zhì)量問(wèn)題出現(xiàn)的概率，對(duì)提高高速公路瀝青路面的施工質(zhì)量及耐久性，以及縮短工期及減少施工材料的浪費(fèi)等，都具有明顯的應(yīng)用價(jià)值。