物聯網瀝青路面施工質量管控技術的應用實例

鄒 權

（中交第三航務工程局有限公司南京分公司 身份證號碼：320104198603181632， 江蘇 南京 210000）

0 引言

近幾年，我國對于基礎設施的建設力度加大，公路建設的速度和規模體量都在擴大。但是在工程質量管理的過程中還是沿用傳統的管理手段進行管理，不能夠實現對于公路工程全面的監督和管理[1]。針對工程施工中存在的質量缺陷不能夠及時識別原因，進行針對性的控制管理。物聯網瀝青路面施工質量管控技術的發展就是為了工程質量的管理提供了新的思路，提供先進的管理模式[2]。

1 系統構建的理論依據

1.1 物聯網技術定義

物聯網即物體和物體相互連接的技術，物聯網的實現需要硬件技術和軟件技術的支持，目前物聯網技術主要是通過互聯網把物體和物體相互連接， 實現物體與物體之間的直接信息交換實現相互之間的通訊和控制，如最簡單的例子就是水龍頭和水杯的關系，當打開水龍頭接水，杯子里面的水滿了之后則水龍頭感應到杯子的水滿會自動關閉，實現了物體與物體之間的直接通訊相互控制、相互影響[3]。

1.2 瀝青路面施工質量管控技術的原理

利用互聯網先進的實時管理能力，結合相關規范標準要求，搭建從建設初期的原材料采購選擇、質量檢驗、瀝青混合料從開始拌合到施工現場進行攤鋪、碾壓的全過程的控制和管理，運用質量動態管理的方法，采用軟、硬件相結合的手段，通過改造和利用現有的各類設備，對瀝青混合料的后場拌合和前場施工過程中的關鍵數據信息進行實時采集上傳至服務器。同時，監控系統平臺提供數據分析和自動預警機制，實現各參建方對工程質量的動態控制，系統的整體框架如圖1所示[4-5]。

圖1 物聯網瀝青路面施工質量管控系統整體構架

2 系統的功能構建

系統主要分為前場管理和后場管理兩大部分；①后場；能夠實現的功能有生產監控、理論配合比、拌合時間、材料用量查詢、溫度查詢和合成級配查詢。②前場；能夠實現的功能有攤鋪設備的攤鋪溫度、攤鋪速度、碾壓設備的碾壓溫度、碾壓速度的實時監控，如圖2所示。

圖2 質量管控系統功能圖

不同的模塊主要實現的功能也不同，①后場；生產監控：生產監控的主要內容是生產過程中的骨料加熱溫度、瀝青加熱溫度和出場溫度的控制，進行實時監控，掌握生產實時數據。配合比監控：配合比監控的主要內容是標準合成級配、實際合成級配、誤差和預警值分析，動態的進行級配的管控。拌合時間：控制材料的拌合時間防止因為拌合時間過長或者過短造成的質量問題。材料用量系統：可以直觀的查找不同材料的用量，并與歷史數據進行對比，分析偏差存在的原因。溫度查詢：分析出場溫度，判斷機械是否運轉正常。合成級配查詢：查詢錄入的各材料級配及配比控制范圍區間。②前場；通過安裝在攤鋪、碾壓設備上的紅外測溫、測速探頭實時監控攤鋪溫度、攤鋪速度、碾壓溫度、碾壓速度并實時顯示在設備的LED屏幕上。

3 瀝青路面施工質量管控技術的應用實例

3.1 工程概況

265省道金壇段新建工程起于常州金壇市與鎮江丹徒區交界處，接265省道鎮江段，路線全長24.849km。S265省道金壇段共分2個施工標段，A1施工標段范圍K0+000-K13+980，A2施工標段K13+980-K24+849.137。本次應用實例數據采集于A1標段。

圖3 瀝青路面施工質量管控系統界面

3.2 系統硬件安裝

分別針對后場拌合和前場施工兩部分進行硬件的安裝，主要的硬件設備有數據采集終端、 GSM天線、溫度傳感器和 GPS天線、 LED顯示屏、力學試驗機采集設備、聲音告警器、 車輛身份電子標簽、 CORS北斗參考站接收機、 GNSS天線、導航平板、北斗基站接收機等。

圖4 瀝青路面施工質量管控系統設備安裝一覽表

3.3 瀝青路面施工質量管控技術的應用實例

3.3.1 后場管控

3.3.1.1 生產監控

以 265省道應用為例，本項目利用瀝青路面施工質量管控技術進行全面的生產監控，在系統界面上能夠直觀的看到骨料的加熱溫度 173℃、瀝青的加熱溫度150℃，對生產溫度進行監控，了解整體運行情況。通過系統控制界面能夠完整的觀看到生產溫度的具體數值，實現對生產過程的實時監控，了解生產溫度的運轉狀況，能夠及時有效的發現偏差，尋找偏差存在的原因進行針對性的改進。

圖5 生產監控

3.3.1.2 配合比監控

配合比的監控主要是監控基準合成級配、實際合成級配和誤差分析，可以從圖 6中看到不同級配之間的對比，分析出現偏差的上下浮動的數值，觀察實際的級配是否在規定的范圍內，圖中所示配比在規定范圍內。如圖 6所示，實施觀察允許波動的上限為82.8，允許波動的下限為72.8，標準級配為77.8，實際施工過程中的級配為75.24，當上限超過79.8、下限低于75.8時則會出現預警信息發送。

圖6 配合比監控

3.3.1.3 拌合時間

通過生產周期和拌合時間查詢，了解材料的生產時間，判斷材料的可靠性，如圖7所示，A1標，拌合站名稱為A1標瀝青拌合站，2017-11-06 13:58:33生產的瀝青混合料拌合時間為59s。

圖7 拌合時間

3.3.1.4 材料用量查詢

進行材料的實際用量的走勢圖可以看出材料用量的平穩性，如果出現顯著的波動，則說明在實際施工過程中出現了質量的偏差，通過數據偏差分析能夠有效的指導進行及時糾偏，能夠直觀的觀察到實際用量走勢圖。2017年 11月 5日15:18:33，石料1為974Kg、石料2為362Kg、石料3為737Kg、石料4為805Kg、石料5為691Kg、礦粉1為85.5Kg、瀝青為145Kg，如圖8所示。除此之外還能夠看到每種材料的用量走勢以及誤差走勢分析，2017年11月5日15:18:33，石料1為-0.85%、石料2為-0.09%、石料3為+0.17%、石料4為+0.53%、石料5為-0.09%、礦粉1為+0.34%、瀝青為+0.02%，如圖9所示，能夠直觀的看出材料的波動情況，并針對性的根據每種材料的用量偏差出現的原因，進行針對性的分析。

圖8 材料用量走勢圖

圖9 誤差走勢圖

3.3.1.5 溫度查詢

分析出料溫度，A1標2017-11-04，16:12:26，出料口溫度181.01℃，溫度是瀝青拌合料的主要控制指標，是進行施工過程中的主要控制項目，瀝青混合料的溫度高低直接影響到整體路面的施工質量。

圖10 溫度查詢

3.3.1.6 合成級配查詢

通過錄入各材料的級配數值及目標配合比級配區間范圍，可以與進場的原材料檢測數據相互校核，及時比對材料的離散偏差。

圖11 合成級配查詢

3.4 前場管控

3.4.1 攤鋪監控系統

瀝青混合料攤鋪時，在攤鋪設備上安裝了高精度定位系統、紅外傳感儀器和LED屏顯示器。高精度的定位系統，實現了對于攤鋪過程中的速度的實施監控；紅外傳感儀器的安裝，實現了對于攤鋪溫度的有效、實時測量，實現了對于瀝青攤鋪溫度的監控；LED屏實時顯示的攤鋪溫度、速度能夠讓現場施工人員在第一時間知曉。

圖12 攤鋪溫度查詢

圖13 攤鋪速度查詢

圖14 攤鋪速度的即時顯示

3.4.2 碾壓監控系統

碾壓監控系統主要是在碾壓設備上安裝位置差分信號，通過現場的自組WIFI網絡把所有的壓路機統一到同一個互聯網系統，實現不同壓路機之間的通訊工作，實現碾壓速度、溫度、遍數等參數的收集和整合分析，使路面壓實度得到保證，以引導施工人員操作。

圖15 碾壓溫度監控預警圖

圖16 碾壓速度查詢

圖17 碾壓溫度、碾壓速度實時顯示

3.5 統計分析

統計分析是管控系統中的數理統計功能；①產量統計功能：對拌合樓的生產量按照需求進行每小時、每天、每月、每季度及總產量的統計匯總，監控拌合樓的生產能力。②生產數據分析功能：對比分析每盤混合料中各材料的實際用量、生產溫度、拌合時間、實際用量及理論用量的誤差比例，超出閾值以紅色字體預警顯示。③施工進度統計功能：根據實際生產量與理論生產量的分析，估算工程施工進度，便于指導施工，調整施工計劃。④預警統計功能：對系統中所有指標及數據進行分析，超出設定閾值范圍的數據，分別以初、中、高級預警的形式分類統計。⑤材料用量核算功能：對各材料用量進行統計，分析各材料實際用量與理論用量的偏差，判斷生產狀況。⑥人員考核功能：平臺自動統計每個用戶登陸情況，作為對項目重視程度和績效考核的依據。

4 應用亮點

（1）建立客戶端操作入口，實現了工程各參建方實時參與施工監控與作業指導；

（2）建立可視化平臺如攤鋪碾壓LED顯示屏，供現場施工人員實時查看糾偏，直觀顯示施工詳情；

（3）建立路面施工全過程數據庫，實現混合料溯源功能，可查看拌合、運輸、攤鋪及碾壓全過程歷史數據；

（4）提供設備與系統的功能服務、設備的選型、安裝與調試服務以及后期的數據分析與施工質量評價服務，最大限度的提高施工監控質量。

5 應用后的優化建議

（1）使用過程中出現過開機信息延遲、預警信息延遲、預警信息未發送、LED屏幕不顯示等情況。建議在后期使用過程中定期對管控設備進行維護、升級、保養。

（2）預警信息的分析、處理、解決、閉合流程稍顯不足。建議專人負責對各級別的預警信息進行分析、處理、解決、閉合。同時針對各級別預警信息進行分類管理。

（3）定期對管控設備的測溫、測速設備進行標定校準，保證設備的精準度。

6 結語

物聯網瀝青路面施工質量管控技術成功的運用于265省道金壇段新建工程中，將瀝青路面施工管理的模式從傳統的事后把關轉向事前控制，達到了預防為主，全程管控的效果。通過互聯網先進的管理技術，能夠實現對于大量數據的采集、分析處理和結構展示，實現對現場施工情況的實時監控。本管控系統是對信息化技術與施工質量管理有效結合，實現科學化管理提供了有效的手段和方法。所以，本文從物聯網瀝青路面施工質量管控技術的應用出發，提供了一種解決問題的新思路，以期望給今后的研究提供一定的參考意見。