智能監(jiān)控系統(tǒng)在瀝青路面攤鋪施工中的應(yīng)用

張波

（杭州市綜合交通運輸研究中心，浙江 杭州 310014）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代公路工程施工也需要積極采用各種智能技術(shù)、信息技術(shù)加強施工建設(shè)和管理。對于瀝青路面攤鋪施工而言，其對路面的標(biāo)高、強度、平整度等都有著嚴(yán)格的要求。考慮到攤鋪施工流程的復(fù)雜性，需要工程施工單位科學(xué)地采用智能監(jiān)控系統(tǒng)對瀝青混合料的拌和、運輸、攤鋪、碾壓等環(huán)節(jié)進行精準(zhǔn)控制，確保各個施工要點都嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)，以提高施工水平，保障施工順利進行。

1 智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀及瀝青路面施工中存在的問題

隨著我國公路建設(shè)的快速發(fā)展，有關(guān)部門也加強了公路工程施工技術(shù)方面的研究，雖然取得了一系列研究成果，但是在路面質(zhì)量管理和智能監(jiān)控系統(tǒng)上的研究還略顯不足，其主要原因是我國當(dāng)前公路工程施工管理技術(shù)水平較低，尤其是瀝青路面攤鋪施工中的智能監(jiān)控水平有待提升。隨著社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國公路施工技術(shù)也得到了較快的發(fā)展，人們對公路路面質(zhì)量提出了新的要求，信息技術(shù)和數(shù)字技術(shù)被逐步應(yīng)用到了瀝青路面攤鋪施工中。為確保路面質(zhì)量滿足施工需求，需要科學(xué)地采用智能監(jiān)控技術(shù)對施工全過程進行動態(tài)化監(jiān)控，以隨時發(fā)現(xiàn)施工中存在的問題并及時采取有效措施，使瀝青路面更加堅固耐用。

由于我國高速公路建設(shè)起步較晚，施工技術(shù)及管理方式尚不成熟，導(dǎo)致工程在施工和運營階段出現(xiàn)很多問題，路面質(zhì)量往往無法滿足設(shè)計要求，且公路運輸中存在車輛超載現(xiàn)象，過大的荷載導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)遭受較大的破壞，甚至一些新建的瀝青路面在剛通車后不久即出現(xiàn)了車轍、開裂、泛油、坑槽等病害。對于這些問題，公路工程部門需要加強重視，例如在攤鋪施工的過程中加強監(jiān)控，以提高路面施工質(zhì)量。目前，在路面施工中主要存在以下三類問題。

第一，拌和站生產(chǎn)系統(tǒng)問題。因為拌和站生產(chǎn)系統(tǒng)自身和原材料類型復(fù)雜等問題，導(dǎo)致級配不符合要求、混合料生產(chǎn)溫度過高、油石比不穩(wěn)定等，都會影響瀝青路面施工質(zhì)量。

第二，瀝青混合料運輸系統(tǒng)問題。工程單位對瀝青混合料的運輸監(jiān)管不到位，為了降低成本，往往會隨意租賃社會車輛運輸原材料，因為缺乏監(jiān)管，導(dǎo)致瀝青混合料在運輸過程中出現(xiàn)結(jié)塊、離析等問題。

第三，瀝青混合料攤鋪和碾壓系統(tǒng)問題。工程單位采用傳統(tǒng)的人工監(jiān)控方法對瀝青路面施工進行監(jiān)控，無法準(zhǔn)確獲取攤鋪過程中瀝青路面溫度變化等實時數(shù)據(jù)，攤鋪面難以保證密實度，且容易出現(xiàn)離析等各種問題，嚴(yán)重影響瀝青路面的質(zhì)量。另外，在瀝青混合料碾壓的過程中，工程單位往往也沒有對其初壓、復(fù)壓、終壓等流程進行實時監(jiān)控，同時攤鋪機、壓路機、灑水車的運行數(shù)據(jù)也沒有實時采集，現(xiàn)場也沒有專門的人員進行指揮和管理，導(dǎo)致路面壓實度和平整度達不到設(shè)計需求。

2 智能監(jiān)控系統(tǒng)功能及特點

智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用主要包括拌和、運輸、攤鋪、碾壓等多個流程，具體如圖1所示。

圖1 智能監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 各個子系統(tǒng)主要功能

第一，瀝青混合料拌和監(jiān)控系統(tǒng)。其主要對瀝青混合料的拌和時間、力度、速度以及原材料的配合比、投放順序、用量、質(zhì)量、溫度等要素進行監(jiān)控。

第二，運輸車輛監(jiān)控系統(tǒng)。其可以對瀝青混合料的裝料流程、出料時間、卸料時間等進行監(jiān)控。

第三，攤鋪監(jiān)控系統(tǒng)。該子系統(tǒng)可以對瀝青混合料的攤鋪溫度、速度以及定位等參數(shù)信息進行動態(tài)化監(jiān)控。

第四，碾壓監(jiān)控系統(tǒng)。該子系統(tǒng)主要對壓路機的碾壓速度和頻率等進行監(jiān)控，可以根據(jù)實際情況及時調(diào)整，并根據(jù)不同路段樁體的工程需求、壓實信息等進行記錄、檢查，確保施工人員精準(zhǔn)把握整個壓實過程、路面狀態(tài)等。

2.2 系統(tǒng)特點

第一，智能監(jiān)控系統(tǒng)下設(shè)置有專家數(shù)據(jù)庫模塊，該模塊可以對瀝青原材料生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息進行記錄、整合，在發(fā)現(xiàn)各種異常情況后會自動報警。管理人員根據(jù)實際情況優(yōu)化混合料級別配置，有效改變傳統(tǒng)的原材料檢測方法，確保其有效滿足動態(tài)化質(zhì)量控制目標(biāo)。

第二，系統(tǒng)可對瀝青原材料的級配、油石比、配合比，攤鋪的定位、厚度、密實度以及碾壓的溫度、壓實度、平整度等進行動態(tài)化監(jiān)控，當(dāng)其中任何一項參數(shù)不符合設(shè)計要求時，可以根據(jù)系統(tǒng)提示信息即時進行整改。

第三，系統(tǒng)可有效減少材料浪費現(xiàn)象的發(fā)生，有效提高瀝青原材料的生產(chǎn)拌和效率和質(zhì)量，節(jié)約生產(chǎn)成本。

第五，系統(tǒng)設(shè)置有遠程云服務(wù)器，可對現(xiàn)場進行實時動態(tài)管理，有效減少各種質(zhì)量問題的發(fā)生。

3 智能監(jiān)控系統(tǒng)在瀝青路面攤鋪、碾壓施工中的應(yīng)用

智能監(jiān)控系統(tǒng)在瀝青路面攤鋪施工中的應(yīng)用主要分為數(shù)據(jù)信息獲取和傳輸、數(shù)據(jù)分析和處理、數(shù)據(jù)結(jié)果分析及展示等流程，智能監(jiān)控系統(tǒng)可對施工數(shù)據(jù)信息進行搜集、整理、分析，便于工程人員及時、高效地把控施工現(xiàn)場的各個環(huán)節(jié)，行之有效地實現(xiàn)路面的高效、高質(zhì)量施工。在整個系統(tǒng)中最為核心的是瀝青混合料拌和、運輸、攤鋪、碾壓等監(jiān)控子系統(tǒng)，各個子系統(tǒng)之間既可以獨立運行，也可以整體運行，并在遠程云服務(wù)器的管理下，確保施工全過程監(jiān)控工作的順利進行。

3.1 瀝青混合料拌和監(jiān)控子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)可以有效監(jiān)控原材料進入拌和樓的狀態(tài)、質(zhì)量及數(shù)量，并對各拌和樓中熱料倉的集料和瀝青原材料質(zhì)量進行監(jiān)控。實時采集數(shù)據(jù)上傳至遠程云服務(wù)器，通過專家系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行計算，得到最優(yōu)比例，并對數(shù)據(jù)進行分析、篩選、提取后，繪制相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)流圖。

對于瀝青路面攤鋪、碾壓施工而言，因為工程量大、混合料需求多，所以在瀝青拌和料實際生產(chǎn)的過程中會發(fā)生級配不符合施工需求的問題，對此，系統(tǒng)將實時預(yù)警，便于管理人員及時調(diào)整各種參數(shù)。

通過瀝青混合料拌和監(jiān)控子系統(tǒng)對級配數(shù)據(jù)進行分析，將級配數(shù)據(jù)與設(shè)計要求進行對比，便于管理人員直接通過計算機對瀝青混合料的級配進行管理。對關(guān)鍵生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息進行計算，得出實際盤數(shù)和總盤數(shù)之間的比例，便于管理人員有效控制施工原材料質(zhì)量。另外，瀝青混合料拌和監(jiān)控子系統(tǒng)采用BS 網(wǎng)絡(luò)模式，對于各個操作主體設(shè)置有不同的權(quán)限和功能，且軟件頁面信息可實時自動更新，確保數(shù)據(jù)信息的完整性，便于各個單位、部門直接通過瀝青混合料拌和監(jiān)控子系統(tǒng)了解原材料的具體情況；對不同路段內(nèi)的實時施工信息、對不同時間段混合料的生產(chǎn)總量和生產(chǎn)質(zhì)量進行查詢、抓取；通過圖表的形式得出各種數(shù)據(jù)報表，如油石比、拌和時間和溫度等，幫助工作人員了解瀝青拌和料生產(chǎn)過程中的每一個細節(jié)。

3.2 攤鋪監(jiān)控子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)可以對瀝青混合料攤鋪過程進行動態(tài)監(jiān)控，幫助施工人員實時把握瀝青混合料的攤鋪溫度、攤鋪后路面溫度、攤鋪高精度位置等信息，保證攤鋪質(zhì)量。通過在攤鋪斷面布置紅外傳感器（數(shù)據(jù)采用Modbus 協(xié)議進行傳輸），實時讀取整個攤鋪斷面的溫度數(shù)據(jù)以及攤鋪料斗內(nèi)瀝青混合料的溫度數(shù)據(jù)。同時攤鋪機內(nèi)部安裝的高精度定位模塊可以實時采集攤鋪機的高精度位置，計算攤鋪機行駛速度。攤鋪完成的瀝青路面溫度信息也可以通過LED 顯示屏實時展示給施工人員，便于施工人員掌控溫度是否符合攤鋪需要；并將該信息實時傳輸至后臺數(shù)據(jù)中心進行存儲和發(fā)布。攤鋪監(jiān)控子系統(tǒng)的主要功能總結(jié)為以下六點：第一，實現(xiàn)瀝青混合料的攤鋪溫度、速度、厚度、作業(yè)里程監(jiān)控。第二，可通過網(wǎng)絡(luò)實時查詢攤鋪作業(yè)狀態(tài)，包括攤鋪前混合料溫度和攤鋪后路面溫度，以及攤鋪機的運行速度、軌跡、具體位置等信息。第三，可隨時通過網(wǎng)絡(luò)查詢攤鋪歷史數(shù)據(jù)且長期保持。第四，根據(jù)采集的各種數(shù)據(jù)可生成攤鋪報表即攤鋪溫度區(qū)間分布圖表；展示每臺攤鋪機攤鋪溫度區(qū)間分布情況。第五，提供遠程監(jiān)控視頻，對采集的實時攤鋪數(shù)據(jù)進行印證。第六，對攤鋪速度進行分析，得到速度區(qū)間分布分析報告，同時可在地圖上對每臺攤鋪機進行軌跡回溯展示。

3.3 碾壓監(jiān)控子系統(tǒng)

碾壓監(jiān)控子系統(tǒng)主要對瀝青路面碾壓施工進行監(jiān)控，確保碾壓符合標(biāo)準(zhǔn)要求，有效保證碾壓質(zhì)量。系統(tǒng)中設(shè)置有壓路機碾壓數(shù)據(jù)采集模塊，該模塊采用了特定的算法，可以實時獲取真實、完整的壓路機碾壓數(shù)據(jù)信息，并在三角定位原理指導(dǎo)下獲取準(zhǔn)確的壓路機運行數(shù)據(jù)，便于施工人員準(zhǔn)確把握其運行速度和施工流程。碾壓數(shù)據(jù)可通過通信模塊將各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和應(yīng)用數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程云服務(wù)器中，便于管理人員將壓路機運行數(shù)據(jù)和參數(shù)進行融合。同時，施工作業(yè)人員可通過駕駛艙的指示平板電腦查看路面碾壓遍數(shù)及碾壓薄弱區(qū)域，以加強碾壓；監(jiān)理及現(xiàn)場管理人員可通過移動終端及時查看施工中存在的問題，并可針對碾壓薄弱區(qū)域進行選點，開展常規(guī)檢測，使檢測更具有針對性。碾壓監(jiān)控子系統(tǒng)的主要功能總結(jié)如下：第一，系統(tǒng)可實現(xiàn)瀝青混合料碾壓溫度、速度、遍數(shù)以及過程監(jiān)控，及時反饋壓實控制情況。第二，系統(tǒng)可通過駕駛艙平板電腦顯示碾壓溫度、碾壓遍數(shù)區(qū)間分布情況并以圖表形式進行展示。第三，系統(tǒng)可對碾壓速度進行分析，得到速度區(qū)間分布分析報告，同時可在地圖上對每臺壓路機進行軌跡回溯展示。第四，系統(tǒng)可提供遠程監(jiān)控視頻，以對采集的實時碾壓數(shù)據(jù)進行印證。

3.4 其他子系統(tǒng)

系統(tǒng)支持在瀝青路面施工現(xiàn)場安裝超高精度定位儀器，建立定位基站，對攤鋪機、壓路機等設(shè)備的運行軌跡進行高精度定位及測量，便于及時發(fā)現(xiàn)施工過程中的各種異常情況。

4 結(jié)語

在智能控制系統(tǒng)下可以對瀝青路面攤鋪、碾壓施工過程中的攤鋪厚度、攤鋪速度、碾壓軌跡、碾壓溫度、碾壓速度、碾壓遍數(shù)等參數(shù)信息進行實時監(jiān)控，確保施工人員有效做好瀝青路面施工工作，提高路面質(zhì)量檢測合格率，降低檢測成本。瀝青路面攤鋪施工智能監(jiān)控系統(tǒng)的部署，可以有效預(yù)防過壓、欠壓等各種問題的發(fā)生，可以精密控制路面下封層、下面層、中面層、上面層的厚度，確保路面施工質(zhì)量。