多功能道路破損修復助手的設計與研究

李冠岐 李國玲 李洋 馬寧

摘要：根據交通運輸部統計數據顯示，近年來全國公路總里程不斷增加，隨著我國基礎建設的投資、重視程度的增加，高速公路的建設也呈增長態勢。在公路網絡大規模修建的同時，公路的養護維修將是一個不可忽視的市場。因此，開發一款能將公路修復機械對小坑小洼進行填補，最大程度降低成本，減少安全隱患就變得很有必要。在此基礎上我們發明了這款集輕盈、便捷、省時省力、節約成本于一身的多功能道路維修助手。

關鍵詞：道路修復;坑洼修補

1.研究背景

20世紀中葉，我國秉承著“要想富、先修路”這一觀點，使得我國的公路鋪設總里程逐漸增加。自1978年，南起高雄，北至基隆的高速公路建成通車以來，我國步入了高速公路時代。十年后，滬嘉高速、沈大高速相繼完工，使得我國的高速公路開始飛速發展。但是隨著公路的日常使用和年久失修，使得道路出現坑洼、裂縫等問問題也相繼而生。

截止到2020年底，我國公路總里程已達519.81萬公里，其中高速公路達到16余萬公里，居世界首位。但是道路維修和養護費用也在大幅度上升，并隨著道路使用年限的增加，道路養護費用也在逐步增長。修補道路坑洼和裂縫問題，是養護費用的一大開支，當路面有小型的坑洼、裂縫等出現時，則會使路面的整體結構發生破壞，降低道路的試用壽命，更有甚者會發生交通事故，影響交通安全，造成人員的傷亡和經濟損失。其原因主要是目前我國修補小型破損路面的方法還是主要依靠大型機械進行全方位的施工修補，此修補方法雖然能夠解決路面坑洼問題，也能延長道路的使用壽命，但是使用大型機械進行修補，會增加經濟的支出且工期較長，不適用于小規模的道路修補。使用人工修補，雖也可完成修補，達到使用要求，但是過于費時費力，且在車流量較大時，無法保證工人安全，存在一定的安全隱患。

2.設計與系統介紹

在充分的考慮到設備的可行性與實用性之后，我們設計了一款集路面坑洼破損3D掃描，坑洼切割與打磨，瀝青攪拌與加熱，瀝青鋪設與壓實為一體的多功能破損道路修復助手，我們將瀝青攪拌與加熱，瀝青鋪設與壓實機構作為此設備的主體，控制系統，切割與打磨機構作為輔助機構，安裝在主體上，使之成為集成的一體化道路修復助手。

根據實際的使用要求，以及參照機械設計手冊等工具書計算出多功能破損道路修復助手的移動裝置尺寸，瀝青攪拌加熱機構尺寸，切割與打磨機構尺寸以及瀝青鋪設與壓實機構尺寸等一些重要參數。

多功能道路破損修復助手，分為硬件機械結構和軟件控制系統兩部分，我們前期進行大量的數據搜集與研究，硬件機械結構方面，采用SolidWorks和CAD等軟件進行整體的三維和二維建模與強度校核以及選材等。軟件方面我們采用3D掃描技術通過3D攝像頭，對路面坑洼進行掃描，通過系統計算得到路面修補方案的最優解，以達到最簡單的修補方案和最省時省料的修補結果。

多功能道路破損修復助手，在實際使用過程中，只需1-2人便可完成原先大機械以及多人工才能完成的工作，不僅縮短了工期，還節省了人工的使用，最終節省了經濟的支出，增加國家財政收入。因是小型機械施工，人員參與較少，既能減少對環境的污染，也能提高工作人員的安全系數。

3.效益分析

目前，中國公路網絡已基本形成，大規模建設后必然帶來繁重的養護任務，公路養護已由傳統的“搶修時代”過渡到“全面養護時代”。2015-2019年，我國公路養護里程及其在公路總里程中占比均逐年增長。根據交通運輸部數據，截至2019年末，我國公路養護里程495.31萬公里，較2018年增長19.93萬公里，在公路總里程中占比98.8%，接近100%，說明目前我國公路養護覆蓋水平較高。

公路養護具有長期性、基礎性地位，是一項值得長期投資的行業?，F有的公路和新增公路為公路養護機械行業發展提供了廣闊的發展空間。要保持公路順暢通行，就必須對公路進行長期的日常性養護和周期性維修，特別是我國瀝青路面建設大多都采用半剛性路基，其大中修周期一般在五年至十年左右，這樣剛好形成閉式循環，有利于公路養護機械市場保有量保持長期穩定。公路養護機械是一種技術更新快、使用較為頻繁、工況較為惡劣的工程機械設備，大部分設備使用年限在10年左右，基本與公路大中修周期相吻合，即使公路養護機械市場保有量達到飽和時，設備的年更新率也會相繼跟上，具備可持續發展的特點，受宏觀經濟周期波動的影響較小。因此，從總體情況分析，公路養護機械行業周期性、區域性和季節性特征并不明顯。

公路“手術刀”可以帶來極高的效益，降低施工隊等維修道路的成本，降低國家的經濟支出，增加國家的財政收入。本產品體積小巧，可降低加工制作和人工操作等成本，且污染較小，能耗較低。因體積小巧，不需太多人工操作等因素，使得其相對來說修補效率高，且成本低。因其綠色簡行低能耗使得其也與當今社會的所倡導的綠色發展相符合，使其更適應當今社會，更能推動社會發展。

4.結語

我國是世界公路大國，高速公路總里程更是居世界首位，使用一款省時省力且人工機械成本較低并有對環境的污染較小的公路修復機械，與當前國家提倡的綠色施工觀念相同，符合社會發展規律。本項目在市場上存在一定相對性的競爭對手，而競爭對手在相應的產品內具有相對成熟的產品和銷售體系，本產品屬于新興產品在市場競爭具有不小的直接壓力。我們爭取政府路政等部門的大力支持。包括給予行業的指導，協調產品科學快速的發展、公司發展方向、環境建設等方面的政策及資金支持。另外我們會加強市場監測，密切注視競爭格局出現的新變化，根據新變化及時調整現有的經營策略。完善產品功能及自動化功能的整體方案，吸引客戶。根據實際情況隨機應變，順應時代發展潮流，符合政府要求，不斷更新完善我們的產品。

參考文獻

[1]張福祥.市政道路維修以及養護問題[J].四川水泥，2021（03）：347-348.

[2]彭孝文.公路養護管理的緊迫性和重要性探討[J].冶金管理，2021（09）： 119-120.

[3]鄭玉成.公路養護全面質量管理在交通經濟發展中發揮的作用[J].財經界，2020（31）：35-36.