高速公路瀝青路面無人駕駛智能碾壓施工技術(shù)應(yīng)用研究

摘要 為解決傳統(tǒng)攤鋪碾壓施工存在的平整度控制較差、施工效率低、路面邊緣位置壓實度不足等問題，文章以某高速公路工程為例，展開了高速公路瀝青路面無人駕駛智能碾壓施工技術(shù)的應(yīng)用研究。首先詳細介紹了路面無人駕駛智能碾壓施工技術(shù)原理，包括無人駕駛系統(tǒng)組成、技術(shù)優(yōu)勢等，并依托實體工程進行了應(yīng)用；然后歸納總結(jié)了無人化碾壓施工關(guān)鍵技術(shù)要點，提出了“3+3+1”的碾壓方案，并設(shè)定無人化集群碾壓軌跡為“S”形；最后分別對無人化集群施工試驗段和傳統(tǒng)工藝施工段進行了工后質(zhì)量檢測。結(jié)果顯示，無人碾壓路段的壓實度分布更加集中，壓實均勻性優(yōu)于有人碾壓路段，無人駕駛智能碾壓施工技術(shù)的應(yīng)用效果良好。

關(guān)鍵詞 平整度；無人駕駛；智能碾壓；壓實度

中圖分類號 U416 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）02-0060-03

0 引言

智能化、無人化技術(shù)已逐漸滲透各個行業(yè)領(lǐng)域，為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)帶來了革命性變革。在高速公路建設(shè)中，瀝青路面施工作為關(guān)鍵的一環(huán)，其質(zhì)量直接關(guān)系道路的使用性能和安全性能。傳統(tǒng)的瀝青路面碾壓施工技術(shù)雖然在一定程度上保障了施工質(zhì)量，但在施工效率、成本控制及施工質(zhì)量的均勻性等方面仍面臨諸多挑戰(zhàn)。因此，引入無人駕駛智能碾壓施工技術(shù)，成為提升高速公路瀝青路面施工質(zhì)量、降低施工成本、提高施工效率的重要途徑。

1 路面無人駕駛智能碾壓施工技術(shù)原理

1.1 無人駕駛系統(tǒng)

無人駕駛壓路機作為無人駕駛系統(tǒng)的核心設(shè)備，集成了感知模塊、軌跡規(guī)劃與決策模塊、通信模塊及控制執(zhí)行模塊。各個模塊之間協(xié)同工作，使得壓路機能夠自主完成復(fù)雜的施工任務(wù)[1]。

（1）感知模塊負責(zé)收集周圍環(huán)境信息。利用激光雷達、高清攝像頭等多種傳感器，壓路機能夠?qū)崟r感知施工區(qū)域的地形、障礙物及其他可能影響施工的因素。

（2）軌跡規(guī)劃與決策模塊基于感知模塊提供的信息，結(jié)合高精度北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（BDS）和RTK定位技術(shù)，為壓路機規(guī)劃出最佳的行駛路徑和碾壓方案。

（3）通信模塊主要負責(zé)數(shù)據(jù)傳輸。利用5G信息傳送技術(shù)，壓路機能夠?qū)崟r將施工數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)等信息上傳至后臺監(jiān)測系統(tǒng)，同時接收來自后臺的指令和參數(shù)調(diào)整。

（4）控制執(zhí)行模塊是無人駕駛壓路機的“執(zhí)行者”，根據(jù)軌跡規(guī)劃與決策模塊制定的方案，通過控制壓路機的發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等關(guān)鍵部件，實現(xiàn)壓路機的行駛制動、轉(zhuǎn)向、碾壓作業(yè)等系統(tǒng)動作。

（5）后臺監(jiān)測系統(tǒng)對整個無人駕駛碾壓施工過程進行實時監(jiān)測和管理。系統(tǒng)接收來自壓路機的實時數(shù)據(jù)，對施工進度、設(shè)備狀態(tài)、施工質(zhì)量等進行全面的分析和評估。一旦發(fā)現(xiàn)異常情況或施工偏差，后臺監(jiān)測系統(tǒng)能夠立即發(fā)出警報并采取相應(yīng)的處理措施，保證施工的安全和順利進行。

1.2 施工工序

通常運用具有施工區(qū)域采集功能的智能攤鋪機進行攤鋪作業(yè)，在作業(yè)過程中詳細采集施工區(qū)域的軌跡數(shù)據(jù)，為壓路機提供路徑參考。隨后，智能攤鋪機通過5G信息傳送技術(shù)，將采集到的施工軌跡信號迅速、準(zhǔn)確地傳送至無人駕駛碾壓系統(tǒng)的控制中心，由其規(guī)劃出每臺壓路機的碾壓軌跡。工業(yè)控制計算機是壓路機的“大腦”，負責(zé)接收并解析軌跡信號，指揮壓路機按照預(yù)定軌跡進行作業(yè)。壓路機接收到信號后，開始協(xié)同作業(yè)，一旦遇到障礙物或偏離預(yù)定軌跡，壓路機能夠迅速做出反應(yīng)，調(diào)整作業(yè)方式，及時糾偏、避免相互之間發(fā)生碰撞，最終完成瀝青路面的無人化碾壓施工。

1.3 技術(shù)優(yōu)勢

（1）安全性高。傳統(tǒng)的施工方法常常依賴大量的人力操作，增加了施工區(qū)域的人員密度，提高了由于人為操作失誤而引發(fā)安全事故的風(fēng)險。而無人駕駛碾壓機群配備了自動預(yù)警、緊急停車、自動避障等多重安全防范措施，對潛在的安全隱患進行預(yù)警和干預(yù)，從而降低了施工區(qū)域的安全風(fēng)險。

（2）施工速度快。無人駕駛壓路機根據(jù)提前設(shè)定好的碾壓軌跡、速度等參數(shù)，可自動控制碾壓設(shè)備完成既定的行駛、轉(zhuǎn)向等一系列工作，無須人為干預(yù)和調(diào)整。傳統(tǒng)的瀝青路面施工受人力、天氣等因素影響較大，而無人駕駛碾壓機群則可以通過遠程喚醒、休眠功能全天候不間斷地進行施工，有效避免了因人為因素或天氣原因?qū)е碌氖┕ぶ袛啵@著提高了施工速度。

（3）工程效益良好。人力成本方面，無人駕駛碾壓技術(shù)顯著減少了現(xiàn)場作業(yè)人員數(shù)量，據(jù)估算可減少約40%的現(xiàn)場作業(yè)人員，既降低了人工成本，也減少了作業(yè)人員長時間暴露在高溫和刺激性煙氣環(huán)境中的風(fēng)險，提升了作業(yè)人員的健康水平。其次，無人集群施工實現(xiàn)了攤鋪與碾壓速度的最優(yōu)匹配和連續(xù)不間斷作業(yè)，施工效率提升了30%，顯著縮短了工期。

2 無人化集群施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 壓路機運動學(xué)控制技術(shù)

在無人化控制系統(tǒng)中，壓路機接收到控制指令后，能夠直接轉(zhuǎn)化為對車輛動作的直接控制。當(dāng)車輛獲取到預(yù)設(shè)的目標(biāo)路徑后，利用內(nèi)置的高級算法自主計算并調(diào)整合適的車速與轉(zhuǎn)角，從而精準(zhǔn)、穩(wěn)定地駛?cè)肽繕?biāo)路徑，極大提高了施工效率，也大大減少了人為操作誤差。同時，壓路機還具備速度斜坡啟停（軟啟軟停）功能，在啟動和停止時，壓路機的速度變化平滑，不會出現(xiàn)急起急停的情況，能夠顯著減少對路面的沖擊和破壞，避免路面出現(xiàn)離析，提升路面壓實質(zhì)量。

2.2 密實度雷達檢測技術(shù)

雖然眾多廠家在智能壓實傳感器領(lǐng)域進行了大量研發(fā)，但卻鮮有真正實現(xiàn)質(zhì)的突破的成果[2]。該項目通過搭建精細的碾壓模型，將施工區(qū)域進行網(wǎng)格化劃分，對每一個網(wǎng)格單元內(nèi)的路面密實度實現(xiàn)精確監(jiān)控。借助雷達檢測技術(shù)，可以實時獲取路面材料的密實度、輪跡等信息，并將獲取的關(guān)鍵數(shù)據(jù)作為無人施工過程中的重要參數(shù)。在無人施工系統(tǒng)中，將實時采集的狀態(tài)信息整合到整個控制流程中，形成了一個閉環(huán)調(diào)節(jié)機制。系統(tǒng)能夠根據(jù)實時反饋的路面密實度數(shù)據(jù)，自動化、智能化調(diào)節(jié)壓路機的碾壓遍數(shù)、振動頻率及振動幅度，確保每個施工網(wǎng)格單元都能達到最佳的壓實效果。相較于傳統(tǒng)的人工操作，無人駕駛智能壓路機能夠更加精準(zhǔn)地控制壓實參數(shù)，避免了人為因素帶來的誤差和不確定性。

2.3 集群施工工藝策略算法

壓路機集群采用高精度定位的移動站技術(shù)，將移動站分布在施工區(qū)域的兩側(cè)，實時獲取施工區(qū)域的三維數(shù)據(jù)，為壓路機提供精確的施工指導(dǎo)。每臺壓路機可以根據(jù)施工需求和實時數(shù)據(jù)，自動調(diào)整速度、方向、碾壓遍數(shù)等作業(yè)參數(shù)；壓路機之間彼此快速、高效協(xié)調(diào)配合，形成一個有序、高效的施工集群。此外，算法還具備避免沖突和意外突發(fā)情況的處理能力。在施工過程中，如果出現(xiàn)潛在的沖突或意外情況，算法能夠迅速做出反應(yīng)，及時調(diào)整壓路機的作業(yè)狀態(tài)，避免事故的發(fā)生。在集群化策略的實現(xiàn)上，策略算法采用緊跟慢壓模式，壓路機在跟隨攤鋪機進行作業(yè)時，將根據(jù)實時數(shù)據(jù)調(diào)整自身的速度和位置，與攤鋪機保持適當(dāng)?shù)木嚯x和角度。同時，結(jié)合碾壓遍數(shù)的控制，充分保障整個施工區(qū)域得到均勻、充分的碾壓。壓路機集群梯隊作業(yè)方式如圖1所示：

3 無人駕駛智能碾壓施工技術(shù)應(yīng)用效果分析

3.1 工程概況

該項目依托某高速公路工程，選擇合適試驗段進行無人駕駛智能碾壓施工，無人駕駛智能壓路機型號與設(shè)備參數(shù)如表1所示，施工段全長2 km。為對比分析無人化集群施工效果，選擇合適段落采用傳統(tǒng)施工工藝進行瀝青混合料的攤鋪碾壓施工。

3.2 碾壓施工關(guān)鍵技術(shù)要點

（1）橫向接縫施工。隨著攤鋪機向前推進，當(dāng)其與無人駕駛雙鋼輪壓路機（以下簡稱壓路機）拉開一定的距離后（約15～20 m），壓路機便會自動啟動，從中間位置按照預(yù)設(shè)的碾壓路徑開始工作，呈45°角向一端進行碾壓，保證接縫處均勻受力，避免產(chǎn)生壓實不均或接縫不平整的問題。在碾壓過程中，壓路機會先通過前振后靜的方式進行作業(yè)。隨著壓路機的移動，先從先鋪的路面上逐漸跨過接縫，后移至新鋪的面層進行壓實。

（2）初壓階段至關(guān)重要，應(yīng)在混合料尚未產(chǎn)生推移、開裂等不利狀況時盡早進行，壓路機通過高精度傳感器和實時數(shù)據(jù)分析，迅速判斷最佳碾壓時機，在盡可能高的溫度狀態(tài)下開始作業(yè)，不留等待的間隙。初壓和復(fù)壓過程應(yīng)嚴格遵循“緊跟、慢壓、高頻、低幅”的原則。此外，該項目對碾壓遍數(shù)進行了優(yōu)化，將以往的“2+2+1”碾壓方案改為“3+3+1”，按照疊輪1/2方式進行碾壓。

（3）無人集群按照規(guī)劃的碾壓路徑進行有序施工，無人碾壓軌跡主要采用“S”形，如圖2所示。這種碾壓方式的優(yōu)點是碾壓工作效率高、軌跡簡單易操作。壓路機在施工過程中“軟啟軟?！?，且通過錯開前后輪的碾壓位置防止擁包現(xiàn)象。壓路機呈階梯形前進，不宜停留在同一斷面處。

（4）在傳統(tǒng)碾壓施工中，因受限于攤鋪、碾壓機械設(shè)備寬度，路面邊緣位置通常壓實度不足。在無人化集群施工過程中，操作人員可以通過手持平板設(shè)備實時監(jiān)控壓路機的工作狀態(tài)，并根據(jù)需要一鍵調(diào)整碾壓到邊的距離，使得壓路機能夠精確地抵達施工區(qū)域的邊緣，保證路面邊緣位置得到充分的壓實。

3.3 施工效果分析

完成攤鋪、碾壓施工后，分別對無人化集群施工試驗段和傳統(tǒng)工藝施工段進行工后質(zhì)量檢測，并分析對比“有人、無人”施工效果。該項目將檢測點分為一般點位及特殊點位，其中一般點位為按照規(guī)范要求的檢測頻率隨機選擇的檢測點位；特殊點位為兩側(cè)邊緣處、欠壓處、接縫處、壓路機停機點處、起終點處等。

3.3.1 常規(guī)檢測指標(biāo)效果對比

（1）滲水系數(shù)方面。無人施工段一般點位的滲水系數(shù)平均值為16 ml/min，略小于有人施工段一般點位的19 ml/min；無人施工段特殊點位的滲水系數(shù)平均值為48 ml/min，大于有人施工段的23 ml/min。

（2）壓實度方面。無人施工段一般點位的壓實度平均值為95.9%，與有人施工段的95.4%基本相當(dāng)；無人施工段特殊點位壓實度平均值為95.6%，優(yōu)于有人施工段的94.8%。

（3）構(gòu)造深度方面。無人施工段的一般點位構(gòu)造深度平均值為0.93 mm，與有人施工段的0.88 mm基本相當(dāng)，無人施工段特殊點位的構(gòu)造深度平均值為0.91 mm，與有人施工段一致。

3.3.2 基于探地雷達的壓實均勻性效果對比分析

采用三維探地雷達對瀝青路面壓實均勻性進行檢測評價，具體檢測分析結(jié)果如表2、圖3所示。

通過觀察分析表2、圖3的壓實均勻性效果，可得出以下結(jié)論：

（1）無人碾壓的壓實均勻性更好，其變異系數(shù)為0.41%，小于有人施工段的0.52%。

（2）無人碾壓路段的壓實度分布更加集中，說明無人碾壓路段的壓實均勻性優(yōu)于有人碾壓路段。

（3）通過對不同車道的壓實均勻性可以看出，無人碾壓段的壓實均勻性略好于有人碾壓段。

4 結(jié)語

（1）根據(jù)以往工程經(jīng)驗，該項目對碾壓遍數(shù)進行了創(chuàng)新與優(yōu)化，將以往的“2+2+1”碾壓方案改為“3+3+1”，按照疊輪1/2的方式進行碾壓。

（2）無人化壓路機集群碾壓軌跡采用“S”形，該種碾壓方式具有碾壓工作效率高、軌跡簡單易操作的優(yōu)點。

（3）由三維探地雷達檢測結(jié)果可知，無人碾壓路段的壓實度分布更加集中，壓實均勻性略好于有人碾壓路段。

參考文獻

[1]邱海兵，盧繼乾，李波.瀝青路面無人化攤鋪施工技術(shù)應(yīng)用[J].交通科技與管理， 2023（24）：138-140.

[2]李偉華.瀝青路面智能攤鋪碾壓技術(shù)研究[J].運輸經(jīng)理世界， 2022（34）：16-18.