瀝青路面智能施工監(jiān)控系統(tǒng)在開春高速公路的應用

白志斌

(中交第四航務工程局有限公司，廣州 510230)

0 引言

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”概念被逐漸推廣，信息化在各個方面的應用取得了很好的成效。高速公路建設中常存在著監(jiān)控困難、信息記錄不全面、施工質(zhì)量管理監(jiān)測手段不直觀等問題，因此，亟需融入信息化技術[1]。隨著高速公路通車里程的不斷增加，公路建設的質(zhì)量和服務水平要求也不斷提高。

本文針對傳統(tǒng)路面施工管理方法的不足，在開春高速公路路面施工過程中，應用路面智能施工監(jiān)控系統(tǒng)。通過各類傳感器和定位設備的合理布設，達到數(shù)據(jù)實時、連續(xù)采集、傳輸、統(tǒng)計分析和信息反饋的目標，實現(xiàn)施工過程控制、整體檢驗、實時反饋，保證了路面施工質(zhì)量，滿足了公路工程建設精細化和信息化的要求。

1 系統(tǒng)構成

瀝青路面智能施工監(jiān)控系統(tǒng)基于“物聯(lián)網(wǎng)”技術[2]，在瀝青混合料拌合樓、運輸車、攤鋪機、壓路機上安裝數(shù)據(jù)采集設備，構造一個覆蓋路面施工全過程的網(wǎng)絡[3]。開春高速公路瀝青路面智能施工監(jiān)控系統(tǒng)包括拌合、運輸、攤鋪、碾壓等四個子模塊，構成了開春高速公路瀝青路面智能施工監(jiān)控系統(tǒng)。

1.1 瀝青拌合樓生產(chǎn)過程智能監(jiān)控

瀝青拌合樓智能監(jiān)控系統(tǒng)由采集軟件、數(shù)據(jù)發(fā)送終端、電源適配器、RS232串口連接線等組成。監(jiān)控指標包括：生產(chǎn)層位、混合料類型等信息，包括各個料倉、瀝青、礦粉的實際重量和目標重量以及兩者的偏差比例，油石比、級配、關鍵篩孔通過率、拌和周期和出料溫度信息以及當日預警信息。系統(tǒng)根據(jù)出料時間實時刷新，前場施工人員和管理者可對生產(chǎn)情況進行實時查詢。

圖1 瀝青拌合樓生產(chǎn)智能監(jiān)控

1.2 瀝青混合料運輸過程智能監(jiān)控

瀝青混合料運輸智能監(jiān)控由電子標簽、RFID識別器、數(shù)據(jù)發(fā)送終端、M12接口連接線等組成。混合料運輸監(jiān)控系統(tǒng)可識別運輸車車輛信息及裝卸料、運輸、攤鋪時間等信息，具備混合料溯源和運輸監(jiān)控作用，將攤鋪現(xiàn)場和拌合現(xiàn)場相銜接，保證運輸車在有效時間內(nèi)及時到場和卸料。

圖2 瀝青混合料運輸智能監(jiān)控

1.3 瀝青路面攤鋪過程智能監(jiān)控

瀝青路面攤鋪智能監(jiān)控由LED顯示屏、紅外溫度傳感器、GPS天線、終端主機、M12接口連接線等組成。瀝青攤鋪智能監(jiān)控系統(tǒng)基于紅外溫度傳感器陣列，實時采集整個攤鋪斷面的溫度數(shù)據(jù)，全斷面控制瀝青路面溫度離析；通過基站與GPS定位，實時記錄混合料攤鋪速度；通過LED顯示屏實時發(fā)布溫度數(shù)據(jù)與速度數(shù)據(jù)，并將攤鋪數(shù)據(jù)實時發(fā)送至遠程后臺服務器計算中心進行存儲和分析，并定期生成攤鋪作業(yè)報告[4]。

1.4 瀝青路面碾壓過程智能監(jiān)控

瀝青路面碾壓智能監(jiān)控由LED顯示屏、紅外溫度傳感器、GNSS天線、終端主機、M12接口連接線等組成。瀝青路面碾壓智能監(jiān)控系統(tǒng)基于基站與移動站的差分計算，對壓路機進行cm級定位，實現(xiàn)碾壓速度的精確采集；基于LED顯示屏現(xiàn)場實時展示碾壓溫度、碾壓速度；利用溫度傳感器采集壓路機的碾壓溫度[5]；碾壓數(shù)據(jù)能通過無線傳輸及時上傳到遠程后臺服務器計算中心，進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析以及實時監(jiān)控。

圖3 瀝青路面攤鋪/碾壓智能監(jiān)控

2 工程應用

開春高速公路全長83.02km。全線設置橋梁30 572m/33座(含互通立交主線橋、主線上跨分離式立交橋)，其中特大橋17 186.5m/10座，大橋13 233.5m/21座，中橋152m/2座。本文以開春高速公路路面2標段、3標段試驗段的數(shù)據(jù)為基礎進行分析。

2.1 試驗段配合比

開春高速公路路面2標2020年7月19日進行普通AC-25C下面層試驗段施工。拌合樓開機拌合時，系統(tǒng)自動向關鍵人員手機推送開機提醒信息，同時系統(tǒng)對拌合樓各檔料設定的比例進行比對，未發(fā)現(xiàn)私自竄改的問題。系統(tǒng)錄入的混合料生產(chǎn)目標比例見表1。

表1 下面層AC-25C混合料配比

2.2 拌合樓生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)

生產(chǎn)過程中，拌合樓智能監(jiān)控系統(tǒng)實時對路面2標德基5 000拌合樓每檔料稱量數(shù)據(jù)進行自動采集上傳，實時分析生產(chǎn)過程指標波動情況。試驗段施工時共收到2條輕度預警推送信息，最快時間內(nèi)操作手對拌合機液壓系統(tǒng)進行了應急處理，避免了生產(chǎn)波動的擴大化。當日管控系統(tǒng)對生產(chǎn)情況分析匯總見表2。

表2 下面層AC-25C生產(chǎn)配合比執(zhí)行情況

通過表2分析，普通AC-25C總體生產(chǎn)熱料倉實際用量與設定的配合比存在0.1%～1.0%的偏差，尤其是熱料倉(0～3mm)生產(chǎn)存在波動較大，偏差最大達1%，生產(chǎn)時需認真對待管控系統(tǒng)的預警提醒信息，加強過程監(jiān)控。生產(chǎn)期間拌合樓管控系統(tǒng)持續(xù)運行，系統(tǒng)整體應用情況較好。

圖4 路面2標普通AC-25C下面層油石比逐盤波動

圖5 路面2標普通AC-25C下面層礦粉逐盤波動

圖6 路面2標普通AC-25C下面層集料逐盤波動

2.3 混合料運輸監(jiān)控系統(tǒng)

運輸過程中隨著時間的增加，瀝青在長周期高溫環(huán)境下存在老化現(xiàn)象。開春項目混合料運輸車輛均安裝了電子標簽識別卡，記錄車輛出拌合站到攤鋪對接期間的運輸時長，對超過2h的車輛進行預警處理，并有現(xiàn)場負責人及時了解情況，確保混合料的質(zhì)量。同時通過拌合站和攤鋪機上安裝的識別器，記錄運輸車裝料期間對應到拌合樓對應時間段的配合比信息，并借助攤鋪機智能管控終端準確地記錄某一車料具體的攤鋪路幅、層位、樁號區(qū)間，為后期質(zhì)量溯源分析提供數(shù)據(jù)依據(jù)。開春高速公路路面下面層施工周期內(nèi)混合料運輸情況較好，運輸時間平均值為52.4min，超時占比為0。

2.4 瀝青路面攤鋪監(jiān)控系統(tǒng)

通過在開春高速公路現(xiàn)場攤鋪機上安裝智能管控終端及配套監(jiān)測傳感器，對試驗段下面層的攤鋪速度、溫度進行實時連續(xù)監(jiān)測，取代傳統(tǒng)人工間斷測量，減少安全風險源。系統(tǒng)顯示平均速度為1.6m/min，平均溫度為153℃，滿足施工質(zhì)量控制標準。通過系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)攤鋪速度變異系數(shù)較大(表3)，分析為換料等待次數(shù)較多，在后續(xù)施工中加強運輸車在途數(shù)量控制。攤鋪溫度總體合格率為86.22%，攤鋪速度總體合格率為94.5%，現(xiàn)場攤鋪施工質(zhì)量控制較好，但是在高質(zhì)量要求標準下，仍有相對的提升空間。

表3 下面層試驗段攤鋪溫度與速度

圖7 下面層攤鋪速度

圖8 下面層攤鋪溫度

2.5 瀝青路面碾壓監(jiān)控系統(tǒng)

瀝青路面碾壓是施工過程的一個重要環(huán)節(jié)。開春項目通過在壓路機設備上安裝高精度定位終端，實時對每一個區(qū)域的碾壓遍數(shù)和碾壓速度實時監(jiān)測，并通過車載平板上的遍數(shù)云圖指導操作手合理規(guī)劃碾壓路線，保證遍數(shù)達標。同時配備溫度監(jiān)測傳感器，實時采集并上傳碾壓溫度數(shù)據(jù)，對散熱較快的區(qū)域進行智能提醒，并建議管理人員增加碾壓遍數(shù)，確保碾壓質(zhì)量。從表4數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析可知，路面碾壓溫度平均值為123℃，變異系數(shù)為6.99%，路面碾壓速度平均值為5.9km/h，標準差為0.5km/h，路面碾壓速度、碾壓遍數(shù)合格率為100%。壓路機數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，下面層試驗段碾壓過程關鍵參數(shù)控制較好，總體數(shù)據(jù)保持在合格范圍內(nèi)，但碾壓速度偏快。為保證碾壓成型后的瀝青路面質(zhì)量，需加強對操作手駕駛技能的培訓。

表4 下面層試驗段碾壓溫度與速度

圖9 下面層碾壓速度

圖10 下面層碾壓溫度

3 結(jié)語

開春高速公路路面工程通過對拌和、運輸、攤鋪、碾壓環(huán)節(jié)安裝智能監(jiān)控設備，將各環(huán)節(jié)施工數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡實時傳輸至遠程云計算中心進行存儲和計算分析，實時展示現(xiàn)場施工情況。開春高速公路路面智能監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)試驗段應用，總體應用情況較傳統(tǒng)管理手段有很大的改進。通過應用智能化監(jiān)控系統(tǒng)可使項目管理者減少出現(xiàn)場的頻率，通過移動端全面掌握施工數(shù)據(jù)，節(jié)約了項目人力成本，間接地杜絕返工現(xiàn)象，從而降低施工成本。通過路面施工全過程監(jiān)測與預警管控，提升了項目總體施工質(zhì)量。此外，監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的溯源功能，也為開春高速公路運營養(yǎng)護期決策方案提供了數(shù)據(jù)分析基礎。