智慧系統(tǒng)的瀝青路面品質(zhì)提升應(yīng)用技術(shù)
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本文主要探討瀝青混合料施工質(zhì)量動態(tài)監(jiān)控、施工可視化系統(tǒng)在鎮(zhèn)丹高速公路建設(shè)過程中的應(yīng)用，通過基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對瀝青路面施工拌合、運輸、攤鋪、碾壓的質(zhì)量動態(tài)性監(jiān)控，從而實時性的保障瀝青路面施工質(zhì)量。
1概述
目前我國在瀝青路面施工質(zhì)量的管理和控制方面，基本上對都是采用的“事前檢驗、事后把關(guān)”這一相對滯后的管理方法。在混合料拌和時按頻率取樣進行抽提、篩分及混合料性能等試驗，現(xiàn)場實體的質(zhì)量控制如壓實度、平整度、厚度等所有試驗數(shù)據(jù)，至少需要在第2天以后才得出。這些試驗結(jié)果僅僅起到一個記錄和事后反省的作用，當路面施工出現(xiàn)質(zhì)量問題時，不能真實的反映出原材料、混合料配合比還是現(xiàn)場拌和、運輸、攤鋪、碾壓等環(huán)節(jié)中哪個出現(xiàn)了問題，不能為管理者分析問題原因和制定整改提供便利。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，各個領(lǐng)域都在利用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)實現(xiàn)新的管理模式和管理方法，瀝青路面施工質(zhì)量控制也不例外。智能施工技術(shù)充分利用物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的傳感技術(shù)和3G的傳輸技術(shù)，實時瀝青混合料加工、路面施工全過程數(shù)據(jù)信息的采集，通過通信模塊及時上傳到服務(wù)器，動態(tài)、真實、系統(tǒng)的反映工程的建設(shè)質(zhì)量情況，并根據(jù)項目需求提供數(shù)據(jù)的分析預(yù)警機制，及時分析存在的質(zhì)量問題，發(fā)現(xiàn)路面施工質(zhì)量的波動情況，確保路面工程的施工質(zhì)量。
2.1拌合樓生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)
拌合樓生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)通過在安裝實時采集設(shè)備對拌合樓生產(chǎn)過程中的計量數(shù)據(jù)（各檔熱料倉投放質(zhì)量、瀝青質(zhì)量、礦粉質(zhì)量、產(chǎn)量）、溫度數(shù)據(jù)（熱料倉溫度、瀝青溫度、混合料出料溫度）和時間數(shù)據(jù)等進行實時采集，并實時傳輸至后臺服務(wù)器，服務(wù)器端對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行永久存儲，同時對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行實時分析和智能反饋，實時監(jiān)測瀝青混合料級配、油石比、出料溫度等關(guān)鍵指標的波動情況，確保瀝青混合料拌和質(zhì)量的穩(wěn)定。項目管理者的現(xiàn)場施工人員均可以通過PC客戶端和手機終端實時查詢拌和樓的生產(chǎn)情況。
2.2運輸過程監(jiān)控系統(tǒng)
運輸過程監(jiān)控系統(tǒng)是在混合料運輸環(huán)節(jié)，基于射頻識別技術(shù)（RFID）記錄每一輛運輸車開始裝料時間，結(jié)束裝料時間和車輛信息，實現(xiàn)運輸環(huán)節(jié)和拌合環(huán)節(jié)的對接；在攤鋪現(xiàn)場利用綁定在攤鋪機上的GPS定位設(shè)備確定攤鋪機位置信息，識別混合料開始卸料時間和樁號、結(jié)束時間和卸料樁號等信息，實現(xiàn)運輸環(huán)節(jié)與攤鋪環(huán)節(jié)的對接；并將采集的運輸數(shù)據(jù)實時傳輸至后臺數(shù)據(jù)中心，對混合料的運輸周期、攤鋪位置等信息進行統(tǒng)計，便于遠項目管理者的現(xiàn)場施工人員的管理和監(jiān)控，最終實現(xiàn)路面施工質(zhì)量及病害問題可溯源。
2.3攤鋪過程監(jiān)控系統(tǒng)
攤鋪過程監(jiān)控系統(tǒng)工作技術(shù)流程為距離傳感器采集攤鋪速度和距離信息，傳送給數(shù)據(jù)處理終端；數(shù)據(jù)處理終端向紅外溫度傳感器陣列發(fā)射定頻數(shù)據(jù)采集信號；紅外溫度傳感器陣列采集鋪面溫度信息，回傳給數(shù)據(jù)處理終端；數(shù)據(jù)處理終端處理分析后顯示攤鋪溫度、速度，并通過無線網(wǎng)絡(luò)將采集數(shù)據(jù)傳送給遠程監(jiān)控平臺，便于遠程管理人員實時監(jiān)控。
2.4智能壓實系統(tǒng)
瀝青路面智能壓實系統(tǒng)是在施工現(xiàn)場架設(shè)定位基站，實現(xiàn)壓路機厘米級定位、并配備紅外溫度傳感器等外部硬件設(shè)備，在壓實過程中可連續(xù)測量碾壓溫度、碾壓速度和碾壓次數(shù)，并以彩圖形式反饋給現(xiàn)場操作手，指導(dǎo)操作手快速識別欠壓或超壓區(qū)域，保證壓實遍數(shù)控制在目標遍數(shù)的合理波動范圍以內(nèi)，以防止出現(xiàn)超壓和欠壓現(xiàn)象，以此提高瀝青路面施工質(zhì)量。
2.5施工可視化系統(tǒng)
路面施工可視化系統(tǒng)是智慧工地的重要組成部分，是在現(xiàn)場安裝對個高清攝像頭，對現(xiàn)場施工情況進行實時查看，方便管理者隨時對現(xiàn)場施工進行查看管理。
2.6瀝青路面施工智慧管控系統(tǒng)的價值
綜合分析來看，路面施工材料監(jiān)測系統(tǒng)具有以下特點：①實時記錄施工過程；②嚴格控制施工質(zhì)量；③實時糾偏施工工藝；④優(yōu)化施工效率和成本。⑤事后追溯施工責任；通過監(jiān)測瀝青拌合樓生產(chǎn)的混合料級配、各檔原材料的摻配比、油石比、混合料出廠溫度、實時產(chǎn)量、總產(chǎn)量等參數(shù)，實現(xiàn)瀝青混合料拌和質(zhì)量的實時分析、實時糾偏的特色功能；通過遠程數(shù)據(jù)查看、短信報警進行遠程管理，完全做到施工管理質(zhì)量可分析、過程可視化、責任可追溯。
3應(yīng)用實例
基于智慧系統(tǒng)的瀝青路面品質(zhì)提升技術(shù)在鎮(zhèn)丹高速得到了有效應(yīng)用。鎮(zhèn)丹高速全長約21.6km，設(shè)計行車速度120km/h，按雙向四車道高速公路的標準建設(shè)。在項目建設(shè)期間，瀝青路面施工智慧管控系統(tǒng)服務(wù)內(nèi)容涵蓋了瀝青路面上、中、下三種結(jié)構(gòu)層全過程。
3.1拌合樓生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)
鎮(zhèn)丹高速瀝青路面施工單位為江蘇華晨路橋有限公司，拌合樓型號為ACP4000型間歇式拌和樓。經(jīng)測試，該拌合樓工作狀況良好，各類傳感器運行穩(wěn)定。按照項目建設(shè)要求，通過在瀝青拌合樓布置傳感器和控制器對生產(chǎn)過程中的集料、礦粉、瀝青等原材料的稱量數(shù)據(jù)和瀝青、集料等原材料加熱溫度以及混合料拌和周期、出料溫度的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行實時采集，并上傳至后臺服務(wù)器數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心對上述數(shù)據(jù)進行永久存儲，并對各項數(shù)據(jù)進行波動性分析和智能反饋，在手機終端和PC客戶端實時展示，工程相關(guān)人員均可以手機或者電腦對生產(chǎn)情況進行實時查詢。結(jié)合動態(tài)質(zhì)量控制，統(tǒng)計分析每日、每周以及任何時間段里的油石比、關(guān)鍵篩孔通過率、混合料溫度等關(guān)鍵指標的波動情況；對每日、每周以及任何時間段里的整體生產(chǎn)情況進行評價，包括產(chǎn)量、關(guān)鍵指標的合格率、平均值、標準差和總體評價。以中面層Sup-20施工數(shù)據(jù)為例，中面層各熱料倉計量結(jié)果波動圖如圖3-1，該瀝青拌和站生產(chǎn)的瀝青混合料其油石比總體控制較為穩(wěn)定，級配波動幅度在允許范圍之內(nèi)，未發(fā)生級配超限現(xiàn)象。根據(jù)上、中、下面層系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)，進行了關(guān)鍵參數(shù)分析，油石比、關(guān)鍵篩孔通過率評價標準分為三個等級，良好、一般、差。合格率大于98%為良好，合格率在95%~98%之間為一般，合格率小于95%為差。上、中、下面層混合料每天生產(chǎn)的關(guān)鍵篩孔通過率、油石比及出料溫度統(tǒng)計合格率均在98%以上。瀝青面層各關(guān)鍵參數(shù)合格率控制整體較好，為鎮(zhèn)丹高速路面質(zhì)量提供了有力保障。
3.2運輸過程監(jiān)控系統(tǒng)
運輸車作為混合料的轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié)，銜接瀝青混合料拌合和現(xiàn)場施工。鎮(zhèn)丹高速在瀝青路面施工期間，在瀝青拌和樓、混合料運輸和現(xiàn)場攤鋪機上安裝射頻識裝置，利用射頻識別技術(shù)實現(xiàn)混合料裝料、運輸、卸料數(shù)據(jù)的自動采集和運輸信息的反饋功能，裝料對應(yīng)的每一車混合料是拌合樓生產(chǎn)信息，卸料對應(yīng)的是現(xiàn)場攤鋪的車道和段落信息，即能夠?qū)崿F(xiàn)攤鋪段落與拌合記錄的一一對應(yīng)。同時根據(jù)采集的的運輸車出廠時間和攤鋪時間計算出混合料的運輸周期，保證混合料在有效時間內(nèi)能后到達施工現(xiàn)場并及時進行攤鋪。利用基于射頻識別技術(shù)的瀝青混合料溯源數(shù)據(jù)庫，在數(shù)據(jù)中心后臺，將車輛信息、拌和信息、運輸信息和攤鋪信息在電腦PC端和手機端統(tǒng)一展示和存儲，便于工程相關(guān)管理人員的遠程管理和監(jiān)控，在路面施工出現(xiàn)質(zhì)量問題時溯源混合料。
3.3攤鋪設(shè)備攤鋪過程監(jiān)控系統(tǒng)
現(xiàn)場攤鋪是影響瀝青路面的施工質(zhì)量的一個重要的控制節(jié)點，直接影響成品路面的均勻性和耐久性。攤鋪過程中的精細化控制是確保路面質(zhì)量的關(guān)鍵，在瀝青路面施工過程中，必須采用有效的攤鋪質(zhì)量控制，提高初始壓實功力，減少混合料離析。鎮(zhèn)丹高速在瀝青路面施工期間，通過在攤鋪機上布置紅外傳感器陣列，實時獲取整個攤鋪斷面溫度數(shù)據(jù)，形成攤鋪溫度分布云圖，快速確定溫度離析區(qū)域；通過高精度GPS對攤鋪機進行厘米級定位，從而獲取攤鋪速度和攤鋪樁號；現(xiàn)場采集的各項攤鋪信息通過LED顯示屏在現(xiàn)場實時展示，并實時傳輸至后臺數(shù)據(jù)中心進行存儲和分析。從上中下各層的路面攤鋪速度分析可知，下面層平均攤鋪速度最低，且總體較為穩(wěn)定，上面層平均攤鋪速度最快，且波動性較大，變異系數(shù)為9.23%。
3.4碾壓設(shè)備碾壓過程監(jiān)控系統(tǒng)
瀝青混合料的碾壓是瀝青路面施工的最后一個環(huán)節(jié)，也是最為重要的、出現(xiàn)問題最多的一個環(huán)節(jié)。鎮(zhèn)丹高速在瀝青路面施工期間，通過在壓路機上安裝車載平板電腦、移動站、紅外溫度傳感器等，通過基站與移動站的差分計算，實現(xiàn)壓路機厘米級定位，在壓實過程中連續(xù)測量碾壓溫度、碾壓次數(shù)和碾壓速度，采集的碾壓數(shù)據(jù)顯示屏實時展示，并實時傳輸?shù)胶笈_數(shù)據(jù)中心進行存儲和分析。通過在駕駛室內(nèi)安裝的平板電腦，可以實時將碾壓溫度、碾壓速度、碾壓次數(shù)彩圖展示給現(xiàn)場操作手，以便操作手碾壓時查漏補缺，保證壓實遍數(shù)控制在目標遍數(shù)的合理波動范圍以內(nèi)，做到不漏壓、不超壓，以此提高瀝青路面壓實均勻性，確保路面壓實度和泌水性。
3.5路面施工可視化監(jiān)控系統(tǒng)
鎮(zhèn)丹高速項目使用路面施工可視化監(jiān)控系統(tǒng)在我省高速公路路面建設(shè)中尚屬首次，使用效果良好。對于防范雨淋路段、現(xiàn)場不規(guī)范操作、人員不足等問題有著很強的監(jiān)督作用。
4應(yīng)用效果
4.1瀝青混合料質(zhì)量控制效果
鎮(zhèn)丹高速公路瀝青路面工程通過智能施工技術(shù)的應(yīng)用，高效的采集了施工過程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，有效提高了施工質(zhì)量和施工穩(wěn)定性。（1）從拌合樓計量統(tǒng)計結(jié)果可以看出，計量變異系數(shù)與各倉設(shè)定比例基本呈正比的關(guān)系，設(shè)定比例越小其波動值越大，如中下面層礦粉變異系數(shù)維持在4.3%左右，而上面層礦粉用量較多，下降至1.9%。上面層由于米砂（3~5mm）用量僅為5%，其變異系數(shù)較中下面層上升了約1.5%。從總體來看，4#倉、3#倉、1#倉、瀝青計量總體是較為穩(wěn)定的；（2）各層次異常盤數(shù)占總盤數(shù)異常比重均較小。但中面層開始施工階段出現(xiàn)了少量異常盤數(shù)，通過拌合樓監(jiān)控數(shù)據(jù)分析及時提醒，施工單位能夠及時解決，有效的降低了拌合樓生產(chǎn)過程中各個料倉、礦粉及油石比計量變異系數(shù)，使混合料級配保持穩(wěn)定；（4）由關(guān)鍵參數(shù)合格率統(tǒng)計可以看出，上中下面層各參數(shù)合格率控制整體較好，為鎮(zhèn)丹高速路面質(zhì)量提供了有力保障；（5）各層路面攤鋪速度分析可知，下面層平均攤鋪速度最低，且總體較為穩(wěn)定，上面層平均攤鋪速度最快，但波動性也在控制范圍內(nèi)。
4.2現(xiàn)場施工質(zhì)量控制效果
瀝青路面施工質(zhì)量檢測包括：路面壓實度、密水性能、離析狀況調(diào)查及路面抗滑性能等，從三個結(jié)構(gòu)層整體的檢測結(jié)果匯總分析來看，上、中、下面層成品路面現(xiàn)場檢測結(jié)果統(tǒng)計，芯樣厚度、滲水系數(shù)、馬氏壓實度、旋轉(zhuǎn)壓實度合格率及上面層構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)均處在較高的水平，每日施工段落各項指標代表值均滿足指導(dǎo)意見要求。
4.3項目質(zhì)量提升效果
鎮(zhèn)丹高速公路瀝青路面工程通過瀝青路面施工智慧管控系統(tǒng)的應(yīng)用，系統(tǒng)高效的采集了施工過程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，對拌合樓異常問題進行了有效預(yù)警，通過對混合料運輸、攤鋪、碾壓過程中所采集數(shù)據(jù)的分析，及時的提出合理化建議，有效提高了施工穩(wěn)定性和瀝青路面質(zhì)量，項目自2018年通車以來，經(jīng)過兩年運行，項目整體質(zhì)量穩(wěn)定，路面無明顯坑塘、擁抱、車轍等現(xiàn)象。
5結(jié)語
瀝青路面施工智慧管控系統(tǒng)在鎮(zhèn)丹高速項目的成功應(yīng)用，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工程中的大膽嘗試，取得了良好的使用效果和社會效益。隨著信息技術(shù)與交通行業(yè)建設(shè)管理的逐步融合，瀝青路面施工智慧管控技術(shù)高速公路瀝青路面建設(shè)的應(yīng)用，有利于公路工程進行更加高效、精準的管理，對提升施工管理精細化、建設(shè)品質(zhì)工程具有重要意義。
作者：趙峰 吳旻 單位：江蘇省交通工程建設(shè)局
