基于公路工程的路面機(jī)械智能化施工技術(shù)分析

摘要 近年來，以云計(jì)算、大數(shù)據(jù)為代表的智能化技術(shù)發(fā)展迅速，已成為推動(dòng)各個(gè)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。但?dāng)前的路面施工技術(shù)智能化水平較低，施工管理水平及施工質(zhì)量還有待提升?；诖?，文章闡述了路面施工技術(shù)存在的主要問題，分析了路面機(jī)械成套智能化的施工技術(shù)，指出了公路施工機(jī)械的智能化發(fā)展趨勢，旨在推廣路面機(jī)械智能化施工技術(shù)的應(yīng)用，提高路面施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 公路工程項(xiàng)目；路面工程；成套智能化；施工技術(shù)

中圖分類號(hào) U416.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）13-0115-03

0 引言

公路工程施工技術(shù)是影響路面施工質(zhì)量的主要因素，當(dāng)前路面施工的智能化技術(shù)應(yīng)用程度較低，施工過程得不到有效控制，路面壓實(shí)度與平整度與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)還有較大差距，嚴(yán)重影響了路面施工質(zhì)量。該文采用機(jī)械成套智能化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)攤鋪機(jī)、壓路機(jī)等設(shè)備的聯(lián)合作業(yè)，并運(yùn)用智能管理系統(tǒng)對(duì)工程施工、設(shè)備操作進(jìn)行了有效控制，有利于全面提升路面施工質(zhì)量。

1 路面施工技術(shù)

路面施工技術(shù)事關(guān)工程施工質(zhì)量，過去所用的施工技術(shù)較為落后，主要表現(xiàn)為：①現(xiàn)場施工管理不到位，施工環(huán)境混亂，各項(xiàng)工作雜亂無章。②施工質(zhì)量檢驗(yàn)主要采用人工方式，無法保證檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。③路面施工事故預(yù)防措施的預(yù)見性不足，多為事后檢查，施工人員的專業(yè)度達(dá)不到實(shí)際要求。采用機(jī)械成套智能化施工技術(shù)，各類施工機(jī)械可同時(shí)作業(yè)，并通過大數(shù)據(jù)技術(shù)及云平臺(tái)管理施工過程，實(shí)時(shí)監(jiān)測路面施工質(zhì)量，準(zhǔn)確預(yù)測施工過程中可能出現(xiàn)的各種問題，并提前采取預(yù)防性措施，有助于全面提高路面的施工質(zhì)量[1]。

2 路面機(jī)械成套智能化的施工技術(shù)分析

運(yùn)用成套智能化機(jī)械施工技術(shù)開展路面施工，將用到各種路面機(jī)械設(shè)備及土石方壓實(shí)機(jī)，這就要求：①施工作業(yè)前，必須按照要求仔細(xì)調(diào)試設(shè)備；②嚴(yán)格規(guī)范作業(yè)設(shè)備的操控，實(shí)現(xiàn)高效作業(yè)[2]。該智能化施工技術(shù)的主要內(nèi)容如下：

2.1 路面作業(yè)機(jī)群

智能化作業(yè)系統(tǒng)主要運(yùn)用了路徑規(guī)劃技術(shù)、三維找平技術(shù)以及可視化技術(shù)，可極大提升路面施工的智能化水平，只需要極少施工人員，甚至無人化施工。采用數(shù)字化技術(shù)，科學(xué)協(xié)同管理作業(yè)設(shè)備，提高路面施工質(zhì)量。該作業(yè)系統(tǒng)由應(yīng)用層、感知層構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。應(yīng)用層是該系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分，其功能為：①實(shí)現(xiàn)各類路面作業(yè)設(shè)備的協(xié)同作業(yè)。②攤鋪施工過程中，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)找平。③結(jié)合作業(yè)環(huán)境的實(shí)際要求，開展智能化作業(yè)。④路面設(shè)備作業(yè)時(shí)遇到障礙物，可自動(dòng)避讓。⑤結(jié)合作業(yè)環(huán)境，及時(shí)調(diào)整作業(yè)路徑。⑥快速收集作業(yè)數(shù)據(jù)，并準(zhǔn)確匯總記錄。感知層的主要功能是借助于各類定位、傳感設(shè)備收集數(shù)據(jù)，并發(fā)送給路面設(shè)備操作人員，指導(dǎo)其規(guī)范作業(yè)[3]。

圖1為該系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)：

（1）攤鋪機(jī)：攤鋪機(jī)屬于一種主要的路面作業(yè)設(shè)備，要實(shí)現(xiàn)無人駕駛作業(yè)，應(yīng)在攤鋪機(jī)中安裝紅外線溫度感應(yīng)裝置、定位天線和通信天線等裝置，實(shí)現(xiàn)作業(yè)數(shù)據(jù)的收集匯總，并傳輸至控制裝置，確保攤鋪機(jī)穩(wěn)定、持續(xù)、自動(dòng)作業(yè)。攤鋪機(jī)在鋪面過程中，可準(zhǔn)確收集環(huán)境溫度等數(shù)據(jù)，全部存儲(chǔ)在成套系統(tǒng)中，并共享給作業(yè)設(shè)備管控平臺(tái)。運(yùn)用路面施工設(shè)計(jì)參數(shù)及三維找平模塊，構(gòu)建數(shù)字化平臺(tái)。數(shù)字化平臺(tái)的構(gòu)建，可利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)平臺(tái)設(shè)計(jì)定位基站，在路面作業(yè)設(shè)備上安裝激光發(fā)生器，利用生成的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)找平，從而為路面施工提供幫助。綜合運(yùn)用檢測到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，攤鋪機(jī)接收到指令信息后，實(shí)現(xiàn)無人化施工作業(yè)，應(yīng)保持連續(xù)的無線通信，為攤鋪機(jī)的高效作業(yè)奠定基礎(chǔ)。定位基站的主要作用是將數(shù)據(jù)信息發(fā)送至攤鋪機(jī)操控系統(tǒng)，控制路面設(shè)備持續(xù)作業(yè)。攤鋪機(jī)上安裝有激光接收器及3D控制器，負(fù)責(zé)接收來自三維找平模塊發(fā)送的信息，進(jìn)而提升設(shè)備作業(yè)效率及規(guī)范性[4]。采用3D自動(dòng)化技術(shù)可實(shí)現(xiàn)攤鋪機(jī)找平，在控制器中輸入?yún)?shù)信息，得到數(shù)字化模型，可利用此模型在各種復(fù)雜環(huán)境中開展路面施工。利用坐標(biāo)信息連續(xù)開展數(shù)據(jù)監(jiān)測，得到展示路面施工的圖像信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工作業(yè)過程的全程監(jiān)控，保持連續(xù)的施工作業(yè)。攤鋪機(jī)上安裝有紅外掃描設(shè)備，能有效控制路面設(shè)備的作業(yè)溫度，提升施工作業(yè)的規(guī)范性，確保施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求[5]。

（2）壓路機(jī)：現(xiàn)階段所用的壓路機(jī)主要包含鋼輪機(jī)、輪胎機(jī)兩類，無人駕駛壓路機(jī)的主要功能有：①作業(yè)過程中，前方出現(xiàn)障礙物時(shí)，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避讓。②路面壓實(shí)后，可收集壓實(shí)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確監(jiān)控施工作業(yè)路徑。③監(jiān)控收集施工材料的溫度數(shù)據(jù)（如圖2所示），有效提升施工作業(yè)過程的規(guī)范性，確保達(dá)到施工作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。相較于攤鋪機(jī)，壓路機(jī)上安裝的智能設(shè)備較少，主要有溫度傳感器、加速傳感器以及REK定位設(shè)備等。利用檢測設(shè)備，可收集壓路機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，主要有作業(yè)溫度、行駛位置以及路面壓實(shí)度等，并借助相應(yīng)算法設(shè)計(jì)路面的壓實(shí)作業(yè)方案。壓路機(jī)在作業(yè)過程中會(huì)對(duì)路面環(huán)境具有破壞力，需要安裝特殊的保護(hù)裝置，以減輕路面受到的破壞，提升作業(yè)質(zhì)量，確保路面施工符合設(shè)計(jì)要求[6]。壓路機(jī)上安裝的保護(hù)裝置分別為：①電子圍欄，設(shè)定具體的施工作業(yè)區(qū)域，并利用電子設(shè)備監(jiān)控壓路機(jī)作業(yè)，當(dāng)超出施工區(qū)域時(shí)，壓路機(jī)立即停止作業(yè)。②組合式雷達(dá)，檢測到前方出現(xiàn)障礙物時(shí)，壓路機(jī)會(huì)自動(dòng)降速或停車。③智能防撞設(shè)備，車身安裝有GPS定位系統(tǒng)，作業(yè)過程中應(yīng)與其他作業(yè)設(shè)備保持一定距離，確保安全施工。

2.2 土石方壓實(shí)機(jī)

采用智能化系統(tǒng)管控土石方壓實(shí)機(jī)作業(yè)，可通過設(shè)定管控路徑實(shí)現(xiàn)無人化駕駛，最多可保證15臺(tái)壓力機(jī)同時(shí)施工作業(yè)；壓實(shí)作業(yè)環(huán)節(jié)比較穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)較高質(zhì)量的壓實(shí)；該系統(tǒng)在機(jī)場建設(shè)工程項(xiàng)目方面具有廣泛的應(yīng)用。壓實(shí)機(jī)的施工作業(yè)環(huán)節(jié)，需要做好如下布置：①合理布局移動(dòng)控制基站，為壓實(shí)機(jī)的施工作業(yè)提供持續(xù)的通信保障，并安裝數(shù)量充足的發(fā)電機(jī)，確保作業(yè)環(huán)節(jié)有持續(xù)供電。②設(shè)計(jì)科學(xué)的施工工藝方案，準(zhǔn)確測定施工區(qū)域坐標(biāo)，在此基礎(chǔ)上設(shè)定壓實(shí)機(jī)作業(yè)速度。③各類路面設(shè)備聯(lián)合作業(yè)，通過智能化系統(tǒng)管控，實(shí)現(xiàn)無人化施工作業(yè)[7]。

人工手段檢測作業(yè)數(shù)據(jù)，基本是施工人員在作業(yè)完成后開始測量，測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有較大差距。而采用智能化施工管控系統(tǒng)，一方面可進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)時(shí)檢測，具體分析施工作業(yè)環(huán)節(jié)，自動(dòng)獲取數(shù)據(jù)，且具有較高準(zhǔn)確度；另一方面還可以提取到路面壓實(shí)度及作業(yè)位置信息，將其與施工作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作比較，如果出現(xiàn)較大差異，可及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，為提升施工質(zhì)量管控奠定基礎(chǔ)。施工作業(yè)過程中，應(yīng)保證實(shí)際作業(yè)質(zhì)量與施工技術(shù)要求相一致，合理管控路面作業(yè)設(shè)備；路面壓實(shí)作業(yè)時(shí)，應(yīng)合理控制壓路機(jī)的行進(jìn)速度及路面溫度，表1為路面碾壓相關(guān)參數(shù)。

2.3 智能管理系統(tǒng)

智能化作業(yè)系統(tǒng)的管理對(duì)象，主要為工程項(xiàng)目、作業(yè)設(shè)備及作業(yè)過程等，通過嚴(yán)格控制施工作業(yè)設(shè)備，提升工程作業(yè)質(zhì)量。采用大數(shù)據(jù)技術(shù)提取施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)，將其傳輸至質(zhì)量管理系統(tǒng)后，系統(tǒng)能夠作出反饋指令，以指導(dǎo)作業(yè)設(shè)備嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求施工作業(yè)，從而有效提高公路工程施工建設(shè)質(zhì)量。該系統(tǒng)能通過可視化手段，輸出施工作業(yè)質(zhì)量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)追溯性也明顯提升，有利于充分發(fā)揮施工作業(yè)數(shù)據(jù)信息的價(jià)值，為提高施工質(zhì)量奠定基礎(chǔ)[8]。

此外，用戶可在得到授權(quán)進(jìn)入系統(tǒng)，然后根據(jù)實(shí)際需要下載打印施工資料，還可定制個(gè)性化模塊，滿足自身實(shí)際需求。設(shè)備管理系統(tǒng)利用大數(shù)據(jù)技術(shù)檢測現(xiàn)場施工的作業(yè)設(shè)備，提取設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上管控作業(yè)流程，施工作業(yè)效率明顯提升，工程施工質(zhì)量也得到提高[9]。

3 公路機(jī)械的智能化發(fā)展趨勢

將智能化技術(shù)應(yīng)用于公路機(jī)械的施工作業(yè)環(huán)節(jié)，能極大地提高機(jī)械設(shè)備的作業(yè)效率，一方面有利于充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的價(jià)值作用，另一方面能有效提高公路工程施工作業(yè)質(zhì)量。近年來，各種智能化技術(shù)已廣泛應(yīng)用于公路機(jī)械控制，并取得了良好的效果，設(shè)備作業(yè)效率明顯提升，公路項(xiàng)目施工建設(shè)質(zhì)量也越來越高。此外，還可將智能化技術(shù)應(yīng)用于公路機(jī)械設(shè)備的研制生產(chǎn)，不但有利于增強(qiáng)設(shè)備的作業(yè)精度，還可擴(kuò)展設(shè)備產(chǎn)品線，從而衍生出更多類型的公路機(jī)械，充分滿足各類公路工程項(xiàng)目的建設(shè)需要。

3.1 提高故障診斷和處理水平

公路機(jī)械設(shè)備應(yīng)用于工程施工作業(yè)，作業(yè)強(qiáng)度高、運(yùn)行時(shí)間長且施工作業(yè)環(huán)境惡劣，極易出現(xiàn)各種機(jī)械故障。將智能化技術(shù)應(yīng)用于公路機(jī)械的故障檢測，有利于提高檢測精度，快速鎖定故障部位，并判斷出故障的嚴(yán)重程度，從而及時(shí)安排技術(shù)人員開展設(shè)備檢修工作。利用智能化技術(shù)手段實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備作業(yè)過程，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)備故障，有利于防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大，避免造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。智能化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對(duì)于提升設(shè)備故障診斷及處理水平具有重大意義。

3.2 建設(shè)完善網(wǎng)絡(luò)化體系

公路機(jī)械設(shè)備作業(yè)過程中，面臨的施工作業(yè)任務(wù)非常重，施工現(xiàn)場環(huán)境、施工人員等因素都會(huì)直接影響設(shè)備的運(yùn)行效率。施工作業(yè)環(huán)節(jié)，部分機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，將被安排撤離現(xiàn)場接受維修；為確保工程持續(xù)作業(yè)，不影響工程建設(shè)效率，需要各種路面設(shè)備聯(lián)合作業(yè)。為滿足工程項(xiàng)目實(shí)際作業(yè)需求，需要建立智能化網(wǎng)絡(luò)機(jī)群，推動(dòng)壓路機(jī)、攤鋪機(jī)等設(shè)備的相互配合作業(yè)，同時(shí)充分發(fā)揮智能化技術(shù)的作用，提升網(wǎng)絡(luò)化體系管控水平，提高路面設(shè)備作業(yè)效率。今后公路機(jī)械的應(yīng)用發(fā)展，需要融入更多最新的智能化技術(shù)，有效管控公路機(jī)械，提高設(shè)備作業(yè)效率及作業(yè)質(zhì)量。所以，應(yīng)持續(xù)加大人力物力投入，不斷完善公路機(jī)械智能化管理體系，為提高公路建設(shè)質(zhì)量提供保障[10]。

3.3 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和處理

隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)以及大數(shù)據(jù)等技術(shù)的快速發(fā)展及應(yīng)用，現(xiàn)已開發(fā)出各種智能化系統(tǒng)，包含機(jī)械設(shè)備硬件與軟件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理水平不斷提升。采用軟件系統(tǒng)可高效處理機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，也可及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，便于采取處理措施。在機(jī)械設(shè)備的研發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)充分運(yùn)用智能化技術(shù)，提升設(shè)備的應(yīng)用性能。運(yùn)用智能化技術(shù)構(gòu)建機(jī)械設(shè)備智能管理體系，充分發(fā)揮技術(shù)在提升數(shù)據(jù)處理速度及準(zhǔn)確性方面的優(yōu)勢，確保機(jī)械設(shè)備符合智能化運(yùn)行條件，以提高公路機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行效率，推動(dòng)公路建設(shè)的快速發(fā)展。

3.4 融合多種信息技術(shù)

信息技術(shù)是搭建公路機(jī)械智能化系統(tǒng)的關(guān)鍵性要素，直接關(guān)系到系統(tǒng)的完整性及運(yùn)行效率。傳感器屬于常見的智能化設(shè)備，其主要作用為：①收集公路設(shè)備的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，例如作業(yè)溫度、運(yùn)行功率以及運(yùn)行壓力等，幫助設(shè)備操控者及時(shí)、全面地掌握設(shè)備的運(yùn)行狀況，在此基礎(chǔ)上不斷完善公路設(shè)備的運(yùn)行體系，確保各類路面設(shè)備施工作業(yè)的安全、穩(wěn)定。②傳感器的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)無人化施工作業(yè)的重要基礎(chǔ)，機(jī)械設(shè)備操控者借助于傳感器，可隨時(shí)了解掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；智能化系統(tǒng)接收到設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)信息并經(jīng)過分析后，若發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)存在問題，則可通過智能化系統(tǒng)實(shí)行遠(yuǎn)程操作，調(diào)整設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，改善運(yùn)行質(zhì)量，確保符合施工作業(yè)要求。公路機(jī)械智能化系統(tǒng)融合了多種新型的信息技術(shù)，一方面有利于提升設(shè)備的運(yùn)行效率，另一方面能減少建筑企業(yè)的施工作業(yè)成本，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，這對(duì)公路機(jī)械的應(yīng)用發(fā)展具有重要意義。

4 結(jié)語

綜上所述，該文全面分析了路面機(jī)械成套智能化施工技術(shù)，得出如下結(jié)論：

（1）通過運(yùn)用機(jī)械成套智能化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無人化施工作業(yè)，有利于全面提升公路機(jī)械的作業(yè)效率及施工質(zhì)量，同時(shí)路面平整度及壓實(shí)度也得到明顯提高。

（2）為提高公路工程施工質(zhì)量，需要構(gòu)建聯(lián)合作業(yè)機(jī)群，運(yùn)用信息技術(shù)遠(yuǎn)程操控，分析機(jī)械運(yùn)行信息，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)調(diào)整設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，確保設(shè)備高效運(yùn)行。

（3）智能化施工技術(shù)的應(yīng)用，有利于降低施工作業(yè)成本，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，可廣泛推廣應(yīng)用。

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收稿日期：2024-01-24

作者簡介：楊彰元（1993—），男，本科，助理工程師，從事公路工程施工技術(shù)工作。