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      路面工程數(shù)字化施工的現(xiàn)狀和展望

      2022-11-05 09:52:48三一重工股份有限公司李旭張雄鐘輝平黃子超劉秋寶肖正文
      中國公路 2022年18期
      關(guān)鍵詞:機(jī)群攤鋪機(jī)壓路機(jī)

      文/圖 三一重工股份有限公司 李旭 張雄 鐘輝平 黃子超 劉秋寶 肖正文

      數(shù)字化、智能化是當(dāng)前路面工程提升的主要方向之一。隨著《數(shù)字交通發(fā)展規(guī)劃綱要》《推進(jìn)綜合交通運(yùn)輸大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)綱要(2020-2025年)》《國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》等指導(dǎo)文件的相繼發(fā)布,公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化已經(jīng)明確成為未來智慧公路發(fā)展的方向和基礎(chǔ);根據(jù)文件要求,到2035年,我國交通基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字化率要達(dá)到90%。

      近幾年物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到飛速發(fā)展,無論是感知層的智能硬件、視頻攝像頭,還是4G、5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋情況,都已經(jīng)給路面工程的數(shù)字化施工打好基礎(chǔ)。與此同時(shí),多個(gè)省份也相繼出臺(tái)文件,大力推進(jìn)“智慧工地”建設(shè),提升建設(shè)過程的數(shù)字化管控,助力建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展,越來越明確的政策讓智慧工地項(xiàng)目遍地開花。

      國內(nèi)現(xiàn)狀

      國內(nèi)數(shù)字化施工市場經(jīng)過幾年發(fā)展,產(chǎn)品日趨成熟。目前市面上主要有幾類廠商,其中有代表性的主機(jī)廠如三一重工在幾年前推出的“三一路面數(shù)字化施工平臺(tái)”。相比其他廠商,主機(jī)廠對自己品牌的設(shè)備有數(shù)據(jù)采集優(yōu)勢和設(shè)備方面的專業(yè)性,但同時(shí)也面臨其他品牌的壁壘。

      數(shù)字化施工平臺(tái)界面

      應(yīng)用價(jià)值

      數(shù)字化的根本目的是降本增效,在兼顧安全和質(zhì)量的前提下最大效率地完成工程施工,具體體現(xiàn)在以下方面:

      距離感應(yīng) 安全可控

      傳統(tǒng)的路面攤壓施工現(xiàn)場需要多名管理人員及工人配合施工,大量人員和機(jī)械的交雜和施工環(huán)境的干擾,容易導(dǎo)致機(jī)械傷害事故。尤其是公路瀝青路面施工,溫度高、機(jī)械多、工序多、人員多、戰(zhàn)線長,施工中存在機(jī)械傷害、高溫傷害、交通傷害等各種安全隱患,稍有不慎就會(huì)引發(fā)安全事故。

      鏈接:

      路面工程數(shù)字化施工在具體的產(chǎn)品內(nèi)容上,通常包括以下幾方面:

      工程管理:主要是對項(xiàng)目進(jìn)度進(jìn)行管理,包括每日的施工情況、項(xiàng)目資料管理、項(xiàng)目投入與產(chǎn)出等;

      質(zhì)量管理:主要對施工質(zhì)量進(jìn)行管理,包括各類檢測報(bào)告、實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)等;

      設(shè)備管理:對設(shè)備的管理包括設(shè)備進(jìn)退場、維修保養(yǎng)、油耗、租賃與結(jié)算等;

      人員管理:人員包括技術(shù)人員、施工人員、機(jī)手等,管理包括考勤、工資、證件、技術(shù)等方面;

      財(cái)務(wù)與成本管理:財(cái)務(wù)系統(tǒng)通常是獨(dú)立的系統(tǒng),因此通常這部分?jǐn)?shù)據(jù)需要對接使用;

      安全管理:主要是對施工現(xiàn)場的安全管理,并且通常會(huì)有實(shí)時(shí)預(yù)警、報(bào)警機(jī)制;

      智能監(jiān)控:包括對園區(qū)、設(shè)備、人員各環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,且能夠識別一些不安全行為;

      數(shù)字大屏:數(shù)字大屏則對外宣傳、展示的意義更大,呈現(xiàn)的效果也往往比較直觀、有科技感。

      相較于傳統(tǒng)施工的安全弊端,智能化攤壓機(jī)群施工采用群控安全技術(shù),每臺(tái)機(jī)械均配備多傳感器融合避障系統(tǒng),并通過數(shù)字化管理平臺(tái)進(jìn)行機(jī)群統(tǒng)一調(diào)度,采用科學(xué)穩(wěn)定的算法對機(jī)群的每一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行路徑規(guī)劃。在施工全程只需要少量人員參與,大大降低了機(jī)械傷人的隱患;每臺(tái)施工機(jī)械均配備自動(dòng)避障感應(yīng)系統(tǒng),當(dāng)機(jī)械識別到侵入安全限界的障礙物時(shí),可自行減速、停止,安全限界的范圍可根據(jù)客戶需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整,防止人或動(dòng)物靠近機(jī)械造成突發(fā)性傷害;機(jī)群強(qiáng)大的機(jī)械自檢功能包括制動(dòng)系統(tǒng)、油箱、水箱等關(guān)鍵部位的自檢,可防止機(jī)械因溫度過高、速度不勻、局部性能不良等原因產(chǎn)生安全隱患。

      遵規(guī)守矩 質(zhì)量可控

      結(jié)合目前國內(nèi)路面施工現(xiàn)狀,常規(guī)攤壓施工過程中,普遍存在過程質(zhì)量管控不力的情況,特別是在碾壓階段,很容易出現(xiàn)超壓或者漏壓現(xiàn)象,且一旦發(fā)生,很難在施工階段通過觀察法判斷,導(dǎo)致最終成型的路面局部壓實(shí)度不夠。隨著國內(nèi)施工人員的斷層,具備實(shí)操經(jīng)驗(yàn)的一線工人也越來越少,這就進(jìn)一步導(dǎo)致了常規(guī)施工中質(zhì)量的不可控。

      相比之下,智能化無人攤壓施工完全以過程控制為抓手,通過數(shù)字施工平臺(tái)做到實(shí)時(shí)施工、監(jiān)測、記錄、反饋,其最大優(yōu)勢是“遵規(guī)守矩”,完全按照參數(shù)施工,規(guī)避了人為因素干擾導(dǎo)致的成品性能不穩(wěn)定,從而有效保證了路面結(jié)構(gòu)層的施工質(zhì)量,具體來講,主要從以下幾個(gè)方面得以實(shí)現(xiàn):

      攤鋪機(jī)及各類壓路機(jī)的機(jī)械行走速度固定,可有效保證攤鋪均勻性及壓路機(jī)的碾壓效果;

      根據(jù)試驗(yàn)段參數(shù)嚴(yán)格控制碾壓遍數(shù),通過路徑規(guī)劃確保結(jié)構(gòu)層的任意一點(diǎn)既不會(huì)超壓,也不會(huì)漏壓,確保全路段壓實(shí)度合格;

      設(shè)置壓路機(jī)的振幅、頻率、緊跟距離等關(guān)鍵施工參數(shù),防止壓路機(jī)在施工過程中發(fā)生急停急起、快速轉(zhuǎn)彎等傳統(tǒng)機(jī)械操作弊??;

      通過下承層掃描與頂面標(biāo)高的復(fù)核確認(rèn),有效保證各結(jié)構(gòu)層厚度符合設(shè)計(jì)要求,并在攤鋪、碾壓過程中嚴(yán)格控制施工質(zhì)量,確保平整度合格,最后在收光階段,通過壓路機(jī)搭載的激光掃描系統(tǒng),全面反映已施工路面的平整度,并形成可溯源的施工記錄,作為施工方后續(xù)質(zhì)量管控的依據(jù)。

      通過數(shù)字化施工平臺(tái)與無人化設(shè)備相結(jié)合,實(shí)時(shí)記錄、保存所有設(shè)備工作狀態(tài)及施工情況,為后期質(zhì)量檢測的溯源提供依據(jù)。

      高效優(yōu)質(zhì) 進(jìn)度可控

      新建路面工程的施工進(jìn)度關(guān)系到整個(gè)項(xiàng)目的關(guān)門工期,因此非常容易形成趕工的局面,對施工單位的組織能力提出了極高要求,但進(jìn)度受制因素很多,很難做到面面俱到,一旦有一個(gè)環(huán)節(jié)脫節(jié),必然導(dǎo)致整體進(jìn)度降低,最終影響到項(xiàng)目工期的履約。

      傳統(tǒng)路面工程施工,三餐及夜間休息時(shí)間無法作業(yè),因此施工進(jìn)度很難保證。很多時(shí)候施工方為保進(jìn)度,只能選擇犧牲工程質(zhì)量,最終導(dǎo)致道路在交工后出現(xiàn)各類質(zhì)量問題。

      智能化機(jī)群施工則有效解決了無法連續(xù)作業(yè)的難題,施工過程僅需少量現(xiàn)場旁站、調(diào)度的管理人員即可,在燃料、后場材料保供的情況下,甚至可以做到全路面工程連續(xù)作業(yè)。同時(shí)還能有效保證施工質(zhì)量,確保進(jìn)度,及時(shí)履約。

      多元節(jié)流 成本可控

      對于需要搶工期的項(xiàng)目,搶工期間往往需要增加大量的額外成本,這就使施工方陷入兩難困境:不搶工期進(jìn)度完不成,拖延工期,業(yè)主單位不滿意;搶工期成本投入大,入不敷出。一般情況下,施工項(xiàng)目部都會(huì)選擇增加投入確保進(jìn)度履約,從而導(dǎo)致成本大大增加,甚至導(dǎo)致原本賺錢的項(xiàng)目變成虧損,失去盈利能力。

      無論何種工程,節(jié)約了工期,就是最大的成本節(jié)約。智能化機(jī)群施工可極大程度地幫助施工方加快施工進(jìn)度,大量節(jié)約施工的人、機(jī)投入及管理成本。對比常規(guī)路面施工,智能化機(jī)群施工人員投入少、材料浪費(fèi)少,因質(zhì)量、安全問題導(dǎo)致返工和賠償?shù)那闆r更是幾無可能,從各個(gè)方面減少成本損失,多元節(jié)流,有效保證了最終成本的可控。

      技術(shù)應(yīng)用

      自動(dòng)駕駛攤鋪技術(shù)

      攤鋪機(jī)自動(dòng)駕駛攤鋪技術(shù)利用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位、自動(dòng)駕駛算法、全電液控制器與攤鋪管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)攤鋪機(jī)行駛、攤鋪?zhàn)鳂I(yè)的自動(dòng)化控制。

      智能無人攤鋪機(jī)

      自動(dòng)駕駛算法 結(jié)合RTK高精度定位技術(shù),實(shí)時(shí)規(guī)劃路徑、速度等,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)行駛。

      上位機(jī)系統(tǒng)、紅外溫度監(jiān)控系統(tǒng)、攤鋪數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信網(wǎng)橋和攤鋪狀態(tài)顯示器組成攤鋪管理系統(tǒng)。通過安裝在攤鋪機(jī)上的溫度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器,對所有當(dāng)前處于施工狀態(tài)的實(shí)時(shí)參數(shù):攤鋪溫度、方量、油耗、振搗頻率、攤鋪速度、實(shí)時(shí)位置、運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行采集、記錄,并通過無線通訊傳到控制臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總與分析;通過安裝在攤鋪機(jī)上的電子LED顯示屏,結(jié)合遠(yuǎn)程控制技術(shù),對處于異常狀態(tài)的攤鋪參數(shù):料溫過低、找平異常進(jìn)行遠(yuǎn)程提示與遠(yuǎn)程干預(yù),必要時(shí)采取停機(jī)措施。

      遠(yuǎn)程操控技術(shù)通過無線電技術(shù)、無線網(wǎng)橋及高清攝像頭等設(shè)備,實(shí)現(xiàn)攤鋪機(jī)實(shí)時(shí)施工場景的遠(yuǎn)程監(jiān)控,并通過無線遙控技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制臺(tái)遠(yuǎn)程控制攤鋪機(jī)的各種動(dòng)作。

      3D數(shù)字找平技術(shù)將路面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D找平控制器,通過GNSS接收機(jī)采用RTK(載波相位差分)技術(shù),實(shí)時(shí)獲取攤鋪機(jī)熨平板的實(shí)時(shí)厘米級3D點(diǎn)位信息并計(jì)算出相對應(yīng)的高程設(shè)計(jì)信息;基于域激光發(fā)射器與激光接收器,將3D點(diǎn)位接收到的激光信號轉(zhuǎn)換為電信號,并根據(jù)電信號的量值與變化計(jì)算出實(shí)測高程與設(shè)計(jì)高程的差值,并控制找平電磁比例液壓換向閥,實(shí)現(xiàn)毫米級的找平精度;最后,通過后臺(tái)數(shù)據(jù)處理,實(shí)現(xiàn)無樁化攤鋪,減少人為干預(yù)帶來的攤鋪誤差,實(shí)現(xiàn)頻繁變坡及曲線的施工要求。

      壓路機(jī)自動(dòng)駕駛技術(shù)

      壓路機(jī)自動(dòng)駕駛技術(shù)利用RTK高精度定位、自動(dòng)駕駛算法、全電液控制器與壓實(shí)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)壓路機(jī)自動(dòng)行駛、自動(dòng)化壓實(shí)。

      智能無人輪胎壓路機(jī)

      自動(dòng)駕駛算法 結(jié)合RTK高精度定位技術(shù),實(shí)時(shí)規(guī)劃路徑、速度等,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)行駛。

      智能壓實(shí)系統(tǒng) 通過加速度傳感器、溫度傳感器實(shí)時(shí)反饋瀝青密實(shí)度、溫度,通過顯示屏實(shí)時(shí)顯示壓路機(jī)的速度;壓實(shí)數(shù)據(jù)利用高精度車載定位系統(tǒng)、無線通訊上傳至控制中心管理、存儲(chǔ),實(shí)現(xiàn)施工過程可查。

      開發(fā)機(jī)群無線通信系統(tǒng),建立控制中心與機(jī)群設(shè)備,以及機(jī)群設(shè)備之間的高速無線通信。

      建立機(jī)群安全調(diào)度機(jī)制,通過平臺(tái)給所有壓路機(jī)進(jìn)行任務(wù)的分配和施工路徑動(dòng)態(tài)規(guī)劃。控制壓路機(jī)之間的安全距離,防止碰撞發(fā)生。

      毫米波雷達(dá)、超聲波傳感系統(tǒng)組成安全避障系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)壓路機(jī)自動(dòng)避障、避險(xiǎn),檢測到周圍安全范圍內(nèi)有人或物壓路機(jī)自主剎車,待人或物移開又可自主起步。

      自動(dòng)灑水作業(yè),無人駕駛壓路機(jī)自動(dòng)灑水功能優(yōu)化。施工前提前灑水,施工過程中,可遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)灑水量。

      多機(jī)種協(xié)同作業(yè)技術(shù)

      機(jī)群協(xié)同作業(yè)

      任務(wù)協(xié)同 研究初壓壓路機(jī)自動(dòng)跟隨攤鋪機(jī)作業(yè),施工范圍由攤鋪機(jī)的已施工區(qū)域和道路數(shù)據(jù)確定。復(fù)壓壓路機(jī)則根據(jù)初壓壓路機(jī)的施工數(shù)據(jù)進(jìn)行自主作業(yè)。

      速度自適應(yīng) 攤鋪速度與壓路機(jī)速度控制自適應(yīng)研究。防止壓路機(jī)跟隨太慢而引起的冷料問題,以及壓路機(jī)速度過快而導(dǎo)致的過壓和能量浪費(fèi)問題。

      目前路面工程數(shù)字化產(chǎn)品的基礎(chǔ)功能已經(jīng)比較完備,如何做好升級優(yōu)化,是下一階段需要重點(diǎn)考慮的問題。從原材料到攪拌站的瀝青、混凝土生產(chǎn),再到運(yùn)輸、攤鋪、壓實(shí),以及最后的實(shí)驗(yàn)室檢測,全流程均可實(shí)現(xiàn)在線化、數(shù)字化管控。這其中涉及的環(huán)節(jié)非常多,構(gòu)建一套全流程數(shù)字化體系,從而產(chǎn)生數(shù)據(jù)價(jià)值、協(xié)同價(jià)值尤為重要。

      此外,將工地上的監(jiān)控系統(tǒng)、財(cái)務(wù)系統(tǒng)、考勤系統(tǒng)、攪拌站管理系統(tǒng)等各個(gè)系統(tǒng)連接起來,有利于數(shù)據(jù)資源的整合,也有利于加強(qiáng)與主機(jī)廠的合作,打破數(shù)據(jù)孤島,深度挖掘設(shè)備數(shù)據(jù)同樣前景廣闊。

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