瀝青拌合站智能監控系統開發及其在高速公路養護工程中的應用

段美棟，張澤東，趙 凱，孫 強

（1.山東高速股份有限公司，山東 濟南 250101；2. 濟南市第二公路事業發展中心，山東 濟南 271100；3.山東省交通科學研究院，山東 濟南 250031）

引言

施工行為不規范、質量控制不標準、監控效果不得力和執行力不足已成路面建設領域通病，也是路面過早出現病害的根源。2011年交通部印發《高速公路施工標準化活動實施方案》，旨在解決這一問題。大量工程實踐表明，混合料拌和是瀝青路面施工的核心環節，拌和環節的過大波動會直接導致混合料配比失穩，造成路面的內在質量受到致命影響，因此實現路面施工的標準化，首先要實現拌合環節的標準化、自動化控制[1-3]。

重視瀝青路面施工質量的過程控制，是公路瀝青路面質量大幅度提升的重要舉措。目前我國一般采用“事前檢驗、事后把關”的方法對瀝青路面施工質量進行管理，這僅僅起到一個記錄和事后反省作用，出現質量缺陷時，不能識別是哪個施工環節出現的問題，給分析問題原因和后期整改造成極大困難。因此如何實時對施工過程中產生的問題進行反饋、處理是施工中急需解決的問題[4-5]。Fares Beainy[6]等研究了基于人工神經網絡的瀝青壓實度質量控制方法，通過人工神經網絡算法計算現場傳感器采集數據，實時控制施工過程壓實質量；趙子豪[7]提出采用移動計算機終端和施工過程智能監控系統組成道路施工智能監控系統，實時監控瀝青拌合站、攤鋪機、壓路機的參數；陳艷[8]提出采用數字圖像處理技術，對瀝青拌合站設備進行實時監控，及時調整拌合站生產參數。

1 瀝青拌合站智能監控系統優勢

瀝青拌合站智能監控系統實現混合料生產數據在線監控、出廠數據實時檢測及生產數據分析預警等功能，解決混合料生產過程中出現減少瀝青用量偷工減料、私自改變配合比、出廠數據檢測數據造假、混合料出廠覆蓋不嚴等問題，加強混合料生產過程監管。通過物聯網信息管理技術減少管理過程的人工干預及數據造假，提升混合料生產質量，彌補了傳統工程質量管理的不足。并且能夠全面升級公路工程建設與服務水平，打造品質工程。

2 瀝青拌合站智能監控系統組成及其功能

2.1 系統概述

瀝青拌合站智能監控系統通過數據采集系統實時采集瀝青拌合站生產信息，經云端服務器分析處理后在網頁上展示，拌和監控指標見表1。該系統提供數據分析預警機制、歷史查詢功能、數據圖表化功能等，后臺技術人員可以對瀝青混合料各項關鍵指標進行追溯、分析，并及時將報警信息通知給現場管理人員。

表1 拌和監控指標

2.2 系統原理

瀝青拌合站智能監控系統的結構見圖1。（1）利用瀝青混凝土拌合站動態質量監控系統及相關軟件，通過拌合站本身的計量系統，對生產的全過程進行實時的監控。（2）監控的數據通過無線網或有線網上傳至具有獨立IP的遠程監控中心數據庫，便于后續查看和統計。（3）系統配備智能預警系統，一旦發現數據超標可以及時通過短信方式通知現場施工人員。

圖1 瀝青拌合樓管控結構

2.3 軟硬件要求

2.3.1 硬件設備

瀝青拌合站智能監控系統需要在拌合站控制室安裝數據采集終端，通過網口與拌合站控制室電腦連接，數據采集終端，見圖2。拌合站控制電腦需安裝與數據采集終端相匹配的軟件，拌合站生產數據通過網絡上傳至云端數據庫。

圖2 數據采集終端

2.3.2 軟件設計

瀝青拌合站智能監控系統需要在拌合站控制電腦安裝相匹配軟件，具備實時監控、歷史查詢、預警管理和生產報表等四大功能板塊，功能介紹見表2。

表2 拌合站功能模塊

3 高速公路養護工程應用

為進一步提高山東省高速公路養護工程的施工質量，打造養護品質工程，對2019年度養護維修專項工程所用的8個瀝青拌合站安裝了質量監控系統，并實時采集各瀝青拌合站的生產數據。

3.1 系統界面

監控系統首頁見圖3。

圖3 監控系統首頁

3.2 系統功能展示

3.2.1 生產狀態

系統可顯示最近5 d的數據以及累計生產數據，見圖4。

圖4 生產狀態

3.2.2 生產數據監控

可以根據拌合站、級配類型、日期、類型選擇查詢所需要的數據，點擊數據中查看按鈕，在此處可以查看每盤料油石比、溫度、級配曲線，見圖5。

圖5 實時生產數據查詢

3.2.3 歷史數據統計

統計拌合站歷史生產數量，可以查詢任意時間段的生產總體情況，見圖6。

圖6 歷史數據統計

3.2.4 圖標統計

可以根據日期、類型、拌合站查詢產量、溫度、油石比、級配、用料，見圖7、圖8。

圖7 產量統計

圖8 油石比、溫度、級配統計

3.2.5 全天生產統計

對拌合站生產數據（骨料用量、瀝青用量、粉料用量、外加劑用量、各類溫度）進行采集、判斷、預警、展示，見圖9～圖11。即對每一盤混合料的生產配合比參數進行在線檢測分析比較，判定計量的超限情況，達到對混合料生產質量狀態進行監控的目的。

圖9 全天油石比走勢

圖10 全天溫度走勢

圖11 內摻波動走勢

3.2.6 報警數據監控

可以根據拌合站、級配類型、日期、類型進行報警數據統計，系統頁面直觀反映報警原因，點擊查看，直觀查看超限原因，見圖12。在混合料拌和時，系統并不是每盤料出現異常數據立即報警，而是連續幾盤料出現較大波動時，才會啟動報警機制，這樣有效避免了偶然因素造成的影響。分級預警機制是系統根據人員不同等級設置三級預警，避免了短信對高層管理人員的工作干擾。

圖12 超限圖表

4 結語

通過對養護工程用瀝青拌合站生產數據的實施采集和分析發現，2019年度養護維修專項工程的瀝青混合料總體穩定，質量可控。但受原材料、瀝青拌合站計量系統、加熱系統等方面的波動影響，拌合站生產數據（礦料級配、油石比、出料溫度）有時會出現超規范范圍的情況。此時系統會及時發出預警信息，將該情況反饋給業主方、監理方和施工方，對出現的問題及時分析和處理，有效保證了瀝青混合料自身的品質和施工質量。