瀝青路面智能攤鋪碾壓技術(shù)的應用分析

摘要 為研究瀝青路面智能攤鋪碾壓技術(shù)，基于對智能攤鋪碾壓技術(shù)原理分析，文章依托工程案例，開展了無人集群施工方案和主控項目的分析，并對施工質(zhì)量進行了檢測。結(jié)果表明，無人駕駛壓實技術(shù)通過高精度控制和智能化操作，顯著提高了路面施工的均勻性，同時將精度偏差嚴格控制在2～3 cm，安全制動距離縮短至毫秒級，節(jié)約成本約10萬元，為項目帶來了顯著的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞 道路工程；智能攤鋪碾壓；無人集群；施工

中圖分類號 U416 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）22-0160-03

0 引言

隨著交通運輸事業(yè)的快速發(fā)展，瀝青路面作為高速公路、城市道路等基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，其建設(shè)質(zhì)量直接關(guān)系交通安全。但由于傳統(tǒng)攤鋪碾壓技術(shù)存在施工質(zhì)量不穩(wěn)定、施工效率低等問題，難以滿足現(xiàn)代交通建設(shè)需求。近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、GPS等智能技術(shù)的飛速發(fā)展，瀝青路面智能攤鋪碾壓技術(shù)應運而生，為瀝青路面施工提供了全新的解決方案。智能攤鋪碾壓技術(shù)通過集成傳感器、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析等先進技術(shù)，實現(xiàn)了對攤鋪碾壓過程的精確控制和智能化管理。因此，該文通過對瀝青路面智能攤鋪碾壓技術(shù)原理進行分析，基于工程案例對其在實際工程中的應用效果進行評價，為推動瀝青路面施工技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展提供參考。

1 瀝青路面智能攤鋪碾壓技術(shù)原理

1.1 智能攤鋪碾壓控制系統(tǒng)

瀝青路面智能攤鋪碾壓控制系統(tǒng)融合了無人駕駛、智能數(shù)據(jù)采集與傳輸、5G通訊、微波通訊、衛(wèi)星定位和碾壓控制程序等多個技術(shù)。智能攤鋪機通過精確采集施工軌跡，并通過微波通信技術(shù)將數(shù)據(jù)實時傳輸至移動式5G通信基站系統(tǒng)，利用5G網(wǎng)絡的高速度、低延遲特性，再將數(shù)據(jù)快速傳送到中央控制系統(tǒng)（電腦）[1]。

1.2 移動式5G通訊基準站系統(tǒng)

移動式5G通訊基準站系統(tǒng)可為無人集群施工提供穩(wěn)定、高效的通訊和定位服務，實現(xiàn)各個施工機械之間的協(xié)同作業(yè)，同時為施工人員提供施工過程中的遠程實時監(jiān)控。移動式5G通信基準站系統(tǒng)主要由天線支架、電源、定位終端、5G芯片、天線等組成。研究表明，5G的最低傳輸速率為4G網(wǎng)絡的10～100倍，峰值速率能夠達到4G的20倍，而4G網(wǎng)絡的時延為5G網(wǎng)絡的20～30倍，說明5G網(wǎng)絡的技術(shù)指標相較于4G網(wǎng)絡具有顯著提升。瀝青路面智能化施工示意圖如圖1所示：

圖1 瀝青路面智能化施工示意圖

1.3 攤鋪機和壓路機智能化改造

智能攤鋪機和無人駕駛壓路機主要是利用先進技術(shù)實現(xiàn)自動化、智能化的施工，以下對這兩種機械改造方案進行詳細說明：

1.3.1 攤鋪機

智能攤鋪機采用高精度定位技術(shù)，實時攤鋪機位置的監(jiān)測和定位，確保瀝青路面的攤鋪精度。通過在攤鋪機上安裝激光傳感器、超聲波傳感器，實時監(jiān)測攤鋪的厚度、平整度，從而實現(xiàn)自動化控制和調(diào)整。通過微處理器和先進算法，對傳感器采集的數(shù)據(jù)進行處理，并根據(jù)預設(shè)的攤鋪參數(shù)自動調(diào)整攤鋪機作業(yè)狀態(tài)，以達到最佳的攤鋪效果。

1.3.2 壓路機

無人駕駛壓路機主要利用高精度定位系統(tǒng)、激光雷達或攝像頭等傳感器，感知周圍環(huán)境，識別道路標志和障礙物，實現(xiàn)壓路機的自動導航和定位，確保壓路機在無人駕駛的情況下能夠安全、準確地碾壓作業(yè)。此外，在壓路機上安裝振動傳感器、溫度傳感器，實時監(jiān)測壓路機的振動頻率、溫度，同時通過智能控制系統(tǒng)對壓路機的振動輪進行精確控制，確保壓實效果滿足要求。

2 工程概況

在某大型高速公路建設(shè)項目中，采用了先進的瀝青路面無人集群施工技術(shù)，工程涉及數(shù)十公里的路面鋪設(shè)任務。為確保施工進度與質(zhì)量，引入無人駕駛壓路機機群、智能攤鋪機、移動式5G通信基站、碾壓控制程序等智能化控制系統(tǒng)。現(xiàn)場無人集群包括2臺無人駕駛雙鋼輪振動壓路機、3臺無人駕駛輪胎壓路機、1臺攤鋪機。在整個施工過程中，攤鋪機自動攤鋪，壓路機群自主導航、協(xié)同作業(yè)，確保瀝青路面的均勻碾壓，實現(xiàn)了高效率、高質(zhì)量的瀝青路面施工，大幅縮短了工期，降低了人工成本。

2.1 施工方案

根據(jù)施工組織要求，該項目試驗段配備的機械設(shè)備如表1所示：

2.1.1 攤鋪方案

采用1臺PR1655攤鋪機進行一次性攤鋪，路面寬度為10.5 m，按照預估的拌和站生產(chǎn)能力，攤鋪速度應定為2.5 m/min，夯錘等級為450 r/min。

2.1.2 碾壓方案

碾壓方案如表2所示，無人集群施工方案如圖2所示。

2.1.3 碾壓溫度

試驗段中面層的碾壓溫度要求如表3所示：

2.2 無人施工質(zhì)量控制要點

（1）當攤鋪機向前推進并拉開15 m的距離后，操作人員通過手持平板對雙鋼輪壓路機進行遠程遙控，使雙鋼輪壓路機從中間位置開始，向一端以45°進行碾壓，確保接縫處瀝青混合料的密實度和強度。碾壓過程應采用先振后靜模式，碾壓順序從已鋪設(shè)的路面逐漸跨縫向新鋪面層過渡，避免因接縫處理不當導致路面不平整或開裂。

（2）在瀝青混合料處于高溫狀態(tài)，且尚未產(chǎn)生推移、開裂時，利用高溫下的流動性，遵循“緊跟、慢壓、高頻、低幅、少水”的原則對混合料進行碾壓，確保達到預期的壓實度和平整度。

（3）無人集群系統(tǒng)通過精確路徑規(guī)劃指導壓路機進行軟起軟停、錯輪碾壓和有序階梯形碾壓，避免對混合料產(chǎn)生沖擊和重復壓實，提高施工效率和路面質(zhì)量。

（4）施工人員通過手持平板調(diào)整碾壓設(shè)備到達路面的邊緣位置，即可實現(xiàn)高效精準的邊部碾壓。針對無人集群施工中的邊部漏壓情況，應配備專業(yè)人員負責對漏壓邊部進行及時補壓，確保整體質(zhì)量不受影響。

（5）在施工過程中，當雙鋼輪壓路機需要加水時，手持平板接收到報警提醒，施工人員迅速確認并啟動加水模式，智能系統(tǒng)會自動規(guī)劃壓路機退出施工區(qū)域，避免與其他施工車輛發(fā)生沖突，需人工介入進行加水作業(yè)。與此同時，備用的雙鋼輪壓路機會自動前往接替區(qū)域，整個過程中其他施工車輛無須停車等待，大大提高了施工效率。

（6）在橋梁下方進行無人施工會影響信號的傳遞，導致車輛無法獲取準確的定位信息，為此，可以在施工區(qū)域的兩側(cè)布置定位標簽，為施工提供定位參照，同時設(shè)置高精度的定位校準基站。當施工車輛在橋梁下方作業(yè)時，車載定位設(shè)備會接收定位標簽的信號，并結(jié)合定位校準基站對數(shù)據(jù)進行校準，實時獲取高精度的定位信息，為施工車輛導航和定位提供支持。

3 瀝青路面智能攤鋪碾壓效果分析

3.1 壓實軌跡分布均勻性

通過無人駕駛智能施工管理平臺可以查看壓實軌跡與遍數(shù)，同時智能壓實界面提供了溫度、速度和振動頻率等實時數(shù)據(jù)，配備加速度傳感器和智能算法，自動識別并改善壓實不足區(qū)域，確保整體壓實的均勻性和高質(zhì)量。

根據(jù)管理平臺導出數(shù)據(jù)，無人駕駛雙鋼輪壓路機和膠輪壓路機應分別壓實4～6遍、6～8遍。據(jù)統(tǒng)計，高達97.91%的施工面積滿足規(guī)定壓實遍數(shù)要求，主要得益于5G網(wǎng)絡和GNSS高精度定位技術(shù)的完美結(jié)合，實現(xiàn)了厘米級定位，同時通過壓路機間的信息交互，智能調(diào)整各壓路機間的安全行駛距離，確保了壓實的均勻性。

3.2 壓實質(zhì)量檢測

為了驗證實際壓實質(zhì)量，檢測人員在施工后對樁號K3+015～K3+315無人駕駛壓實試驗段和樁號K3+315～K3+615的人工駕駛壓實路段進行隨機抽樣，檢測路面厚度和壓實度，并在距離中央分隔帶大約2 m的位置進行滲水系數(shù)檢測，詳細記錄檢測數(shù)據(jù)，評估無人駕駛壓實技術(shù)的實際效果及對路面質(zhì)量的具體影響[2]。檢測結(jié)果如表4所示：

由表4分析可知，檢測結(jié)果均滿足規(guī)范要求，且無人駕駛壓實試驗段的厚度、壓實度、滲水檢測結(jié)果的標準差分別達到0.7、0.1、1.1，相比人工駕駛壓實施工段，其數(shù)據(jù)變異性和離散程度更小，表明無人駕駛壓實技術(shù)顯著提升了路面整體質(zhì)量。

4 瀝青路面智能攤鋪碾壓施工效果分析

4.1 提升定位精度

施工現(xiàn)場引入了5G網(wǎng)絡通信后，通信效率和施工安全性得到了顯著提升。5G網(wǎng)絡結(jié)合千尋方案，將定位精度提升至2～3 cm，明顯優(yōu)于4G網(wǎng)絡10 cm的定位精度，使施工安全制動時間從幾秒大幅縮減至幾毫秒，從而極大地增強了施工現(xiàn)場的安全性和工作效率。

4.2 降低施工成本

使用無人駕駛智能壓實系統(tǒng)施工，每月可節(jié)省4名操作工人，節(jié)約人工費2.4萬元。通過實時數(shù)據(jù)反饋精確控制壓實遍數(shù)，比傳統(tǒng)工藝減少復壓次數(shù)1～2遍，進而降低了油料消耗和設(shè)備磨損，以本工程為例，采用此技術(shù)后的設(shè)備成本降低約8.14%，總節(jié)約成本約10萬元。

4.3 提高壓實效果

利用精準機械控制和先進的5G網(wǎng)絡及GNSS高精度定位技術(shù)，對施工邊緣區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了3 cm的高精度貼邊壓實，顯著提升了邊緣區(qū)域的壓實質(zhì)量，展現(xiàn)了無人駕駛技術(shù)在道路施工中的卓越優(yōu)勢。

5 結(jié)語

該文通過對瀝青路面智能攤鋪碾壓技術(shù)原理進行分析，依托實際工程項目，開展無人集群的攤鋪碾壓施工，并對施工質(zhì)量進行了檢測，相較于傳統(tǒng)人工駕駛施工，無人駕駛壓實技術(shù)顯著提升了路面均勻性，同時將精度偏差控制在2～3 cm，安全制動距離縮短至毫秒級，節(jié)約成本約10萬元，對于提升瀝青路面施工質(zhì)量具有重要意義。

參考文獻

[1]李青洋，劉天云，王澄.瀝青路面智能化施工系統(tǒng)研究[J].公路，2020（11）：87-90.

[2]張揚，費燕華.基于多種技術(shù)的無人駕駛壓實系統(tǒng)研究及應用分析[J].重慶建筑，2022（7）：23-26.