基于信息化管控的瀝青混合料拌和質量評價體系

趙天偉， 田紅旗， 李猛， 陳兆南， 何文政

(1.中鐵建重慶投資集團建新公司， 重慶 400700；2.江蘇中路工程技術研究院有限公司， 江蘇 南京 210019；3.中路交科(江蘇)檢測科技有限公司， 江蘇 南京 211800)

瀝青混合料性能是瀝青路面使用壽命的重要影響因素，瀝青路面施工期間需加強對瀝青混合料拌和生產質量的過程控制。采用信息化管控技術實現瀝青混合料拌和實時監控，做到發現問題及時整改，將傳統的事后質量控制轉變為事前過程控制。董剛等利用無線網絡和物聯網技術開發了瀝青路面施工質量信息化管控設備，對瀝青混合料拌和、攤鋪主要參數進行實時采集分析；于新等將動態控制技術應用于高速公路瀝青路面施工，探索動態控制應用流程及關鍵指標異常的原因；張學金等開發瀝青拌和站黑匣子，運用平均控制圖對瀝青拌和油石比、熱料倉比例、關鍵篩孔通過率等進行動態統計分析。上述研究主要集中于高速公路瀝青混合料拌和數據動態統計分析，對瀝青混合料拌和質量評價體系的研究較少。該文基于信息化管控技術，開展瀝青混合料拌和質量評價體系研究。

1 瀝青拌和樓管控實施方案

1.1 監管關鍵參數

拌和生產管控系統綜合智能傳感技術、網絡通信技術、計算機軟硬件開發等實現混合料關鍵質量參數生產全過程監控，其主要目的和功能是對瀝青拌和樓生產數據實現“事前預控、事中監控、事后分析”。瀝青混合料拌和信息化管控系統的監管關鍵參數主要包括油石比、熱料倉質量、溫度(集料、瀝青、混合料)、拌和周期等，統計分析瀝青混合料拌和樓逐盤數據的波動情況，判斷拌和樓生產穩定性，并實時查詢拌和歷史數據信息，保證數據可追溯，生產期間異常數據實時短信分級預警，推送給施工項目各參建單位相關負責人。

1.2 信息化管控設備

瀝青混合料拌和信息化監管是綜合傳感技術、通信技術、計算機軟件編程等的專業監管系統，數據采集技術原理為工控機安裝駐留軟件，獲取操作系統未經分析的底層數據。產生新數據時，程序自動掃描獲取并整理設備需要的格式，實時傳送到遠程服務器終端。拌和信息化監管可實時監控瀝青拌和樓生產中每盤瀝青混合料的集料和瀝青質量、溫度等信息，并將數據實時發送至負責接收的電腦服務器，通過實時處理軟件對數據進行分析，以圖表形式顯示級配變化過程，使拌和樓負責人可直觀地監管瀝青混合料級配波動情況。

1.3 信息化系統功能

瀝青路面施工信息化智能管控平臺主要用于施工全過程實時對外展示，各環節監管，數據的實時查詢、統計、分析及質量預警。其功能如下：

(1) 實時監控每盤混合料的級配、油石比、拌和時間、出料溫度等質量指標。

(2) 實時在線查看每個施工日瀝青混合料生產總量，對當日瀝青混合料油石比、級配等關鍵參數進行動態統計以分析其波動情況。

(3) 按照施工日期、混合料類型、標段等查看歷史數據信息，數據可長期保存。

(4) 異常數據實時短信分級報警，推送給各參建單位項目管理負責人，及時落實通知整改，實現預警閉合。

2 信息化采集數據準確性分析

瀝青拌和站信息化管控采集數據主要包括級配、油石比等。在高速公路瀝青路面施工過程中，以拌和同步抽提試驗數據作為校驗依據，分析信息化采集數據的準確性和精度，為瀝青混合料拌和關鍵參數質量評價體系構建提供依據和條件。以某高速公路瀝青路面AC-20C改性瀝青混合料信息化管控為例，信息化管控采集數據與規范要求、抽提試驗數據的對比見圖1～4。

圖1 油石比數據對比

圖2 0.075 mm篩孔通過率數據對比

圖3 2.36 mm篩孔通過率數據對比

圖4 4.75 mm篩孔通過率數據對比

由圖1～4可知：拌和環節油石比及關鍵篩孔通過率信息化監管數據整體較穩定，均在規范要求的上下限范圍內浮動；各關鍵參數信息化監管數據與室內抽提試驗數據基本吻合，波動范圍較?。?.075和4.75 mm篩孔通過率信息化監管數據在規范要求的上限附近波動，而2.36 mm通過率信息化監管數據在規范要求的下方波動，三者波動范圍均較小。瀝青混合料拌和信息化管控系統采集數據準確性較好，可準確反映油石比和0.075、2.36、4.75 mm篩孔通過率等關鍵參數的情況。

3 拌和關鍵參數質量評價體系

3.1 拌和質量指數定義

在瀝青路面施工信息化管控質量評價體系中，瀝青混合料拌和生產質量評價指數(BQI)是對信息化管控質量狀況進行描述的具體指標，質量指數之間的計算與隸屬關系見圖5。

圖5 拌和質量指數評價體系

以統計波動率作為信息化管控拌和環節的評價指標，其計算公式為：

(1)

式中：β為超出統計波動范圍的點數占總檢測點數的百分比；Bi為超出統計范圍的點數；B為總數。

根據統計波動率計算結果，建立最終評分公式如下：

BSI=100-β

(2)

根據各關鍵參數評價指標的計算方法，可得到拌和環節質量指數BQI計算公式：

(3)

式中：ωi為第i個關鍵參數的權重；BSIi為第i個關鍵參數的波動率評分。

為進一步細化高速公路瀝青路面施工質量評價，參考《公路技術狀況評定標準》中路面狀況評價標準，建立表1所示瀝青混合料拌和質量評價標準。

表1 瀝青混合料拌和質量評價標準

3.2 拌和關鍵參數質量評分

以某高速公路瀝青路面AC-20C改性瀝瀝青混合料拌和生產信息化管控為例，根據采集數據求出油石比和4.75、2.36、0.075 mm篩孔通過率前3 d檢測結果的平均值和極差，以每5 d為一個控制階段，計算均值和極差控制上下限，4個關鍵參數采集數據的均值控制圖和極差控制圖見圖6～9。

圖6 油石比均值和極差控制圖

圖7 0.075 mm篩孔通過率均值和極差控制圖

根據各關鍵參數均值控制圖中超出質量管理控制上下限范圍的情況，按式(1)、式(2)計算拌和統計波動率及各參數質量評分，結果見表2。

圖8 2.36 mm篩孔通過率均值和極差控制圖

圖9 4.75 mm篩孔通過率均值和極差控制圖

指標BiβBSI評價結果油石比2694良0.075mm篩孔通過率41387良2.36 mm篩孔通過率1397良4.75 mm篩孔通過率1991良

3.3 拌和質量評價體系

3.3.1 關鍵參數權重確定

為使瀝青混合料拌和信息化管控關鍵參數制定符合高速公路建設實際情況，采取專家調查法確定關鍵參數指標權重，專家來自于業主、設計、監理、施工及科研單位(高級工程師)，基本上包含了瀝青路面施工的各參建單位。專家調查表共計回收35份，其中業主7份、施工單位9份、設計單位7份、監理單位3份、科研機構9份。據此得到高速公路瀝青混合料拌和信息化管控關鍵參數權重值(見表3)。

表3 拌和關鍵參數及權重值

3.3.2 拌和質量評價

根據各關鍵參數指標權重，結合式(3)得到拌和信息化管控質量評分模型為BQI=0.45BSI油+0.2BSI0.075+0.2BSI2.36+0.15BSI4.75。由各關鍵參數的質量評分得到高速公路瀝青混合料拌和施工總評分為93分，質量等級為良，該高速公路瀝青路面AC-20C改性瀝青混合料拌和質量穩定性較好。

4 結語

以某高速公路瀝青路面工程為依托，基于瀝青混合料拌和環節信息化智能管控技術，介紹瀝青拌和樓信息化管控實施方案；對比分析信息化系統采集數據與室內抽提試驗結果，驗證信息化數據的準確性；最后分析拌和關鍵參數統計管理情況，結合專家調查法確定的權重建立瀝青混合料拌和質量評價體系。得到如下結論：

(1) 瀝青拌和樓通過安裝信息化數據采集設備，實時動態分析混合料級配、油石比等指標波動情況，可實現拌和異常數據實時短信預警提示。

(2) 瀝青混合料拌和關鍵參數為油石比和0.075、2.36、4.75 mm通過率，各關鍵參數信息化監管數據與室內抽提試驗數據基本吻合，波動范圍較小，信息化管控系統采集數據的準確性較高。

(3) 以統計波動率為評價指標建立瀝青混合料拌和信息化管控質量評價模型為BQI=0.45BSI油+0.2BSI0.075+0.2BSI2.36+0.15BSI4.75，該高速公路瀝青混合料拌和質量評分為93分，評價等級為良，瀝青拌和樓生產穩定性較好。

(4) 采用瀝青混合料拌和施工質量信息化管控評價體系能直觀地評價施工質量，對提高施工質量控制水平可起到支撐作用。