路面施工信息化管理系統(tǒng)在瀝青路面施工中的應用

作者簡介：

李杰科（1988—），工程師，主要從事高速公路工程建設管理工作。

為提高瀝青路面施工效率，增強路面性能，減少不必要的返工及延長路面使用壽命，文章以大新至憑祥高速公路為例，在瀝青路面施工過程中引入路面施工信息化管理系統(tǒng)，對混合料的生產(chǎn)、運輸、攤鋪及碾壓等信息進行實時監(jiān)控，通過可視化、數(shù)據(jù)化的方式反映路面施工情況。結果表明：該系統(tǒng)可有效提高瀝青路面施工過程中機械的作業(yè)效率，同時降低了安全生產(chǎn)風險及管理成本；通過對施工過程中的關鍵數(shù)據(jù)進行實時采集、分析，實現(xiàn)了現(xiàn)場實時輔助糾偏和遠程管理，助力提升路面施工質量。

高速公路；瀝青路面；路面施工信息化管理系統(tǒng)；實時監(jiān)控

中圖分類號：U416.217 A 10 028 4

0 引言

瀝青路面因其行車舒適性好、抗滑性能優(yōu)、施工方便及后期養(yǎng)護便捷等優(yōu)點，成為高速公路鋪裝的首選工藝［1-2］。然而瀝青混合料在拌制、運輸、攤鋪、碾壓等過程中的質量控制對路面的耐久性影響極大。在混合料拌制過程中，過高的溫度會影響瀝青與集料的粘結性，從而使混合料的穩(wěn)定性降低；在運輸過程中，應嚴格對混合料進行保溫和防污染，減少外部因素對混合料施工工藝的影響［3］；在混合料攤鋪過程中，攤鋪工藝、攤鋪速度等，都會影響路面的使用壽命［4］；碾壓過程對路面的空隙率、壓實度及其耐久性的控制起著重要作用，如欠壓會使路面空隙率偏大，進而導致水穩(wěn)定性較差，易出現(xiàn)水損害現(xiàn)象，過壓則會導致路面施工機械設備成本的增加，同時表層混合料易出現(xiàn)被壓碎現(xiàn)象［5］。在傳統(tǒng)瀝青路面施工過程中，碾壓一般由現(xiàn)場管理人員進行管控，隨每日工作時長的增加易出現(xiàn)碾壓遍數(shù)混淆、碾壓溫度把控不嚴格等問題［6］。

為此，本文基于前人的研究，在高速公路瀝青路面施工過程中引入路面施工信息化管理系統(tǒng)，加強現(xiàn)場管理、過程控制和施工質量可追溯性，旨在提高瀝青路面施工質量、增強路面性能、延長路面壽命。

1 路面施工信息化管理系統(tǒng)

路面施工智能管理系統(tǒng)主要基于物聯(lián)網(wǎng)技術，通過在拌和、運輸、攤鋪、碾壓四個環(huán)節(jié)布設各類傳感設備及定位設備，對施工過程中的關鍵數(shù)據(jù)進行實時采集、實時分析和實時反饋，實現(xiàn)現(xiàn)場實時輔助糾偏和遠程管理，助力提升路面施工質量和管理效率。其技術框架如圖1所示。

1.1 智能拌和系統(tǒng)

智能拌和系統(tǒng)（圖2）的工作流程主要分為四個步驟：（1）實時監(jiān)控生產(chǎn)狀況，包括配合比、礦粉計量、油石比、溫度等；（2）分析評價生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過生產(chǎn)過程實時監(jiān)控指標的數(shù)據(jù)波動，利用極差、變異系數(shù)等對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行分析；（3）匯總生產(chǎn)數(shù)據(jù)，主要包括異常數(shù)據(jù)、產(chǎn)量、原料消耗；（4）提醒生產(chǎn)問題，根據(jù)前三步流程，按照管理角色進行分級預警。通過智能拌和系統(tǒng)的實時檢測提醒，能更及時、準確地發(fā)現(xiàn)拌和時出現(xiàn)的問題。

1.2 運輸智能管控

運輸智能管控系統(tǒng)（圖3）利用車輛識別技術，在瀝青施工前后場分別安裝定位識別器，并在運輸車輛上安裝識別終端設備，能夠準確識別瀝青混合料運輸車車輛位置、駕駛員信息、裝卸料時間、運輸軌跡、攤鋪位置及時長等多重信息并進行全過程跟蹤，保證了瀝青路面施工前后場的有效銜接。

1.3 攤鋪智能管控

攤鋪智能管控利用溫度傳感器、基站等完成對攤鋪過程工藝的實時監(jiān)測展示，實時監(jiān)控路面攤鋪施工關鍵數(shù)據(jù)，如攤鋪速度、溫度和攤鋪厚度等；通過后臺數(shù)據(jù)中心對監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)進行實時分析，包括攤鋪溫度波動分析、攤鋪速度波動分析、溫度離析分析和攤鋪里程統(tǒng)計等。見圖4。

1.4 智能壓實系統(tǒng)

在碾壓設備上安裝定位識別器實現(xiàn)碾壓速度和遍數(shù)的采集，并將信息發(fā)送至車載觸屏控制器，以實現(xiàn)實時查看壓路機所在位置的樁號、碾壓溫度、碾壓速度、碾壓遍數(shù)彩圖及碾壓溫度彩圖；為機手提供作業(yè)指導，避免漏壓、過壓現(xiàn)象的發(fā)生，減少返工，提高使用效率。與此同時，壓實數(shù)據(jù)主要包括碾壓遍數(shù)統(tǒng)計分析、碾壓溫度統(tǒng)計分析、碾壓速度波動分析、碾壓速度和溫度的分布分析，可將其永久保存至后臺數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)現(xiàn)場攤鋪質量的可追溯性。智能壓實系統(tǒng)如圖5所示。

路面施工信息化管理系統(tǒng)通過以上四個環(huán)節(jié)的智能管理子系統(tǒng)，提高了瀝青路面施工過程的效率，并具有以下技術優(yōu)勢：

（1）容錯率理論：報警機制采用容錯率理論，貼合實際情況，能有效避免報警信息冗余、受眾范圍不當、崗位針對性不強等問題。

（2）壓實均勻性分析：以路面全寬度范圍為分析對象，精準分析每延米路面壓實的均勻性。

（3）數(shù)據(jù)智能處理：對異常值和有效異常值進行智能篩選。

（4）精準溯源：以路面為對象，以時間、里程樁號為導線，實現(xiàn)對拌和、運輸、攤鋪、壓實全過程數(shù)據(jù)的溯源。

2 工程實例

以大新至憑祥高速公路為例，本文在混合料拌和樓、碾壓、攤鋪設備及運輸車輛上安裝了智能壓實監(jiān)控系統(tǒng)硬件，并進行了系統(tǒng)調試以確保在施工過程中的可行性。

2.1 試驗路段信息

該路段的路面結構形式為4 cm AC-13C改性瀝青混凝土+6 cm AC-20C改性瀝青混凝土+8 cm AC-25C瀝青混凝土+1 cm同步瀝青碎石封層+20 cm 5%水泥穩(wěn)定碎石上基層+18 cm 5%水泥穩(wěn)定碎石下基層+18 cm 4%水泥穩(wěn)定碎石底基層+16 cm級配碎石墊層。本文選取K260+000～K260+700段左幅瀝青下面層作為試驗路段，進行路面施工信息化管理系統(tǒng)的應用研究分析。

該路段粗集料采用經(jīng)過二級破碎+整形處理得到的石灰?guī)r，其針片狀含量≤6.0%；細集料采用項目自產(chǎn)的高品質機制砂，其砂當量≥70%；油石比采用3.9%，礦粉用量為3%。礦料級配及國產(chǎn)殼牌A級70#基質瀝青。指標分別如表1、表2所示。

2.2 試驗段施工

施工流程可分為下承層準備、測量放樣、混合料拌和、運輸、攤鋪、碾壓及交通管制七個步驟。其中，混合料壓實采用“2+4+1+1”（2臺雙鋼輪壓路機、4臺膠輪壓路機、1臺前鋼后膠小型壓路機、1臺雙鋼輪壓路機）布排進行。碾壓遵循“緊跟、慢壓、高頻、低幅、少水”的原則，初壓采用雙鋼輪前靜后振2遍+振動碾壓2遍，速度為2～3 km/h；復壓采用膠輪碾壓5遍，速度為3～5 km/h；最終采用雙鋼輪靜壓收面至無明顯輪跡，速度為3～6 km/h。將此碾壓方式、速度、溫度錄入路面施工信息化管理系統(tǒng)中，并以藍、綠、紅三種顏色分別代表不同的碾壓遍數(shù)、碾壓溫度及碾壓速度。

2.3 數(shù)據(jù)檢測

根據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG 3450-2019）［8］，對該段瀝青下面層進行瀝青混合料體積參數(shù)指標、平整度檢測，試驗結果如表3所示。由表3可知，采用路面施工信息化管理系統(tǒng)進行瀝青路面施工，其壓實質量滿足規(guī)范要求。

2.4 對比分析

為驗證采用信息化管理系統(tǒng)在瀝青路面施工中的可行性，采用同種材料、礦料級配及施工組合方式于K258+000～K258+700段左幅進行瀝青下面層施工，過程中安排專人對各個階段的溫度、碾壓遍數(shù)及速度進行檢測，以確保各個環(huán)節(jié)碾壓到位，降低非必要因素對施工質量的影響。施工結束后進行數(shù)據(jù)檢測，試驗結果如表4所示。

對比表3、表4兩個路段的試驗數(shù)據(jù)，結果如表5所示，信息化管理系統(tǒng)與人工得到的試驗數(shù)據(jù)誤差較小。所以，采用信息化管理系統(tǒng)可實現(xiàn)在保證瀝青路面施工質量的前提下，節(jié)省相應人力、物力的投入。

2.5 應用效果評價

（1）降低管理成本。

實現(xiàn)碾壓速度、溫度、遍數(shù)等全過程數(shù)據(jù)的共享，避免各方重復投入人力物力。路面信息化管理系統(tǒng)的投入使用，使業(yè)主方的管理不僅涉及工后抽樣檢測以評價施工質量，亦可通過PC端對施工過程中的攤鋪碾壓作業(yè)信息進行查詢，發(fā)現(xiàn)問題并將其及時傳達施工現(xiàn)場管理人員進行整改，避免后期返工處理。

（2）降低管理風險。

系統(tǒng)可以主動發(fā)現(xiàn)問題，如油石比、礦料級配等偏離既定值時即向施工方管理人員預警，并及時進行生產(chǎn)比例的適當調整，減少因信息傳遞滯后、過程管理深度不足、精度不夠、問題反映不直接等導致的管理決策失誤或不當?shù)葐栴}。

（3）提升管理效率。

通過PC端實現(xiàn)遠程管理，可以實時查看現(xiàn)場施工質量情況?；旌狭系陌韬蜕a(chǎn)、運輸、攤鋪及碾壓數(shù)據(jù)均被收集傳送至后臺數(shù)據(jù)中心，系統(tǒng)可進行每天的產(chǎn)能、攤鋪、碾壓分析，實現(xiàn)過程管理與結果管理在數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)上的可追溯性，提高解決問題的效率并有效預防問題出現(xiàn)。

（4）降低生產(chǎn)安全風險。

瀝青路面施工溫度約為140 ℃，加之夏季天氣炎熱，施工作業(yè)現(xiàn)場人員極易中暑。采用路面施工信息化管理系統(tǒng)，可以替代人工在高溫環(huán)境下進行溫度檢測、旁站工作，從而減少高溫傷害等。

3 結語

（1）路面施工信息化管理系統(tǒng)能夠實時反饋混合料拌和、攤鋪、碾壓等過程中的施工參數(shù)，為現(xiàn)場管理人員及施工作業(yè)人員提供指引，減少不必要的返工處理。

（2）通過對攤鋪碾壓作業(yè)相關信息的實時收集與反饋，實現(xiàn)了施工過程中人、料、機的充分利用，提高了施工機械設備的工作效率，在保證質量的同時降低了施工成本。

（3）通過對收集的數(shù)據(jù)進行產(chǎn)能分析、施工進度統(tǒng)計及質量分析等，更有利于各參建單位對瀝青路面的施工進度、質量的把控，從而實現(xiàn)項目的有效管理。

參考文獻

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［7］JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術規(guī)范［S］.

［8］JTG 3450-2019，公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程［S］.

收稿日期：2022-10-08