高速公路新型多功能智能道路標線設備研究

馬建磊 劉 陽 王行行

（中交公路養護工程技術有限公司，廣西 南寧 530200）

0 引言

隨著我國經濟水平的不斷提高，高速公路交通快速發展，公路基礎設施建設工程量巨大，道路施工完成后需要對已建成的道路進行標線，道路標線可以對道路上行駛的車輛起到隔離和分流的作用。道路標線中的線條、箭頭、文字、路標等對高速公路上的駕駛員起到提醒警示作用的同時，也可以規范駕駛員的駕駛行為，使其不影響周圍其他車輛的安全行駛，進而可以增強高速公路的通行能力，防止交通堵塞，有效引導交通車輛安全有序地出行。

目前，國內常見的道路標線設備主要有3種：手推簡易劃線機、乘架式劃線機、車載式劃線機。這3種設備的標線機控制系統設計得還不夠完善，實際的噴線部位噴線不精準，噴涂過程需要提前在地面上粘貼膠條線，機器總體上的智能化水平較低，設備使用時對操作工人的技能依賴性過高，施工效率低。因此，該文針對目前劃線設備及其施工過程存在的問題進行研究，研發一種集清掃、劃線、噴涂、加熱為一體的多功能智能移動式路面標線裝置，該文探討了多功能智能標線設備的構成、優勢及應用前景。

1 工程概況

該文以貴陽至黃平高速公路項目為例，研究多功能智能移動式路面標線裝置在道路標線施工中的應用。高速公路連通貴陽至懷化路段，全長約336km，項目建成后，貴陽至懷化的距離比江翁通道縮短了39km，比滬昆通道縮短了60km，即將成為從貴陽東出省里程最短、技術標準最高的高速公路。該項目為雙向六車道設計，路基寬度約34m，設計車速100km/h，橋梁設計荷載為公路 I 級。

項目所在地區海拔1100m左右，屬亞熱帶季風氣候，同時具有高原性氣候特點，年均氣溫15.1℃，年極端高溫35.1℃，年極端低溫-7.3℃，年均降水量為1130mm，高速公路路面夏季多雨水，冬季易結冰。施工人員在下雨或是在冰凍的路面進行路面標線時，因視線和路面環境不好，會影響道路標線的施工進度，同時，在已經殘缺破損的道路上對舊標線進行重新標線時，周圍會不斷有車輛高速駛過，存在一定的安全隱患。

目前，如何快速高效地對道路進行標線是該項目施工中亟待解決的問題，研發一種多功能智能路面標線裝置，可以滿足道路標線時對地面清掃、標志劃線、標志噴涂、涂料加熱等功能的要求，同時提高道路高標線設備的智能操作水平，提升施工效率，具有較強的工程實踐價值，將會對路面快速標線施工大有裨益。

2 研發新型多功能智能道路標線設備的必要性

我國目前主要的劃線方式有熱熔劃線和冷噴劃線2種，熱熔劃線技術是指將加熱熔化后的油漆通過熱燙技術直接噴燙到地面上，熱熔技術操作的工藝流程較為復雜，對路面情況要求較高且造價較高，所繪制的標識經久耐用；冷噴劃線技術在施工時不需要對涂料進行加熱，可以直接在常溫條件下將涂料稀釋后噴劃到地面上，冷噴技術操作的工藝流程較為簡單，對路面情況要求較低且造價低，但所繪制的標識使用時間不長，需要經常再次噴涂更新。

目前，國內外的道路標線設備有以下3種：手推簡易劃線機、乘架式劃線機、車載式劃線機。

手推簡易劃線機體積小、靈活方便、操作簡單，但是噴涂作業對人工的依賴性較高，工人的技術水平直接決定了劃線的質量，人工投入較大且工作速度慢，工作效率較低。隨著公路劃線工程量的不斷增加，采用手推簡易劃線機進行道路劃線施工已經很難滿足當前的實際劃線需求，因此，需要引進較為先進高效的道路劃線機進行道路劃線。

乘架式劃線機與手推簡易劃線相比更智能，但是仍然需要依賴人工進行繪制基準線、自動化程度相對不高，依然無法當前滿足道路施工的日益增長的實際需求。

車載式劃線機是目前最先進的一種道路劃線設備，全套的劃線設備均可以在車輛上進行施工操作，該設備也存在需要依賴人工進行繪制基準線，自動化程度相對不高的問題，因此，研發一種可以自動定位、噴涂的多功能智能標線裝置十分迫切。

3 新型多功能智能道路標線設備

3.1 研發思路

現有的道路標線主要還是以人工為主，人工標線容易使線條出現歪斜，甚至導致線條的邊緣部位發虛、不清晰，經過長時間的風吹雨打，標線從邊緣部位開始磨損，同時人為標線還存在標線效率低的問題。現有技術中也有一些輔助標線設備，輔助標線設備能夠在一定程度上提高標線效率，但是這些設備上的標線筆依舊需要人工去移動才能進行劃線，同樣存在線條出現歪斜，線條邊緣部位不清晰的問題。

標線設備在標線前需要對標線的路面進行局部清理，現有的清理過程也主要是以人工為主，人工對路面進行局部清理，其不僅清理效率低，而且對隱藏在路面砂石縫隙里面的灰塵清理不干凈；現有的路面在進行局部清理時也有一些輔助清理設備，但是清理設備和標線設備大都是分開作業的，需要先使用清理設備將路面局部清理完成后，再進行標線作業，導致施工效率低。

針對以上問題，該項目研發了一款新型的集清掃、標線為一體的移動式多功能智能路面標線裝置，為高速公路快速高效率標線提高設備支持。

3.2 設備組成

新型智能標線設備需要同時滿足自動清掃、劃線、噴涂、加熱等幾大功能，該項目根據以上需求進行研發，設計了一款集清掃、標線為一體的移動式路面標線裝置，該新型智能標線設備由固定框架、縱向移動機構、橫向移動機構、劃線機構、清掃機構、加熱機構等六大部分組成，裝置組成示意圖見圖1，每個組成部分的具體結構功能介紹如下。

圖1 清掃、標線為一體的移動式路面標線裝置

固定框架是整個標線設備的主體結構，由方形的4個鋼架組成，底部設置移動滾輪，可以使整個裝置在路面上進行移動，端部帶有傳動裝置，可以使縱向機構沿著傳動帶沿順著框架的縱向進行移動，固定框架的四周固定有吸盤，可以使框架和地面通過吸盤連接，4個角上設置4個支撐抓，支撐抓可以在設備使用時將框架整體固定在施工位置正上方，固定框架構造示意圖見圖2。作為整個裝置的支撐結構，固定框架的主要作用是支撐上部其他各結構，同時，在準備劃線的區域固定框架，便于后期清掃、噴涂劃線等工作進行。

圖2 固定框架構造示意圖

支撐爪包括第一支撐驅動件、鉸接架、支撐桿、第二支撐驅動件、移動套筒、拉伸桿、吸盤連桿、吸盤和移動滾輪，第一支撐驅動件與固定框架連接，鉸接架與固定框架鉸接，第一支撐驅動件的動力輸出端通過鉸接架與支撐桿鉸接，移動套筒套設在支撐桿的外側并與支撐桿滑動連接。第二支撐驅動件與支撐桿固定連接，第二支撐驅動件的動力輸出端與移動套筒鉸接，移動套筒的外側壁上鉸接有多個拉伸桿，多個拉伸桿之間并列設置，支撐桿的底部鉸接有多個吸盤連桿，吸盤連桿的數量與支撐桿的數量相同，吸盤連桿頂部端面上設置拉伸桿滑槽，拉伸桿的一端部放在拉伸桿滑槽并與拉伸桿滑槽滑動連接，吸盤連桿的底部設置吸盤且吸盤與吸盤連桿鉸接，移動滾輪連接在支撐桿的底部。

縱向移動機構是和固定框架直接連接的鋼架結構，縱向移動機構的放置方向與固定框架長度方向的鋼架垂直，其四端設置移動滑輪，內部設置縱向驅動機構，可以根據系統設定的位置坐標沿著固定框架長度方向的鋼架進行移動到達指定位置，同時，縱向移動中間與橫向移動機構垂直連接，橫向移動機構可以在縱向移動機構兩根長度方向的鋼架內側進行滑動，縱向移動機構構造示意圖見圖3。

圖3 縱向移動機構構造示意圖

縱向移動機構包括縱向驅動機構和縱向移動架，縱向驅動機構包括縱向驅動件、縱向傳動軸和縱向傳動皮帶，縱向驅動件與固定框架固定連接，縱向驅動件通過縱向傳動軸與縱向傳動皮帶連接，縱向移動架上設置滑動滾輪機構，縱向移動架通過滑動滾輪機構與縱向傳動皮帶連接，固定框架的內側設置縱向滾輪滑動槽，滑動滾輪機構置于縱向滾輪滑動槽內并與縱向滾輪滑動槽滑動連接。

橫向移動機構是和縱向移動機構直接相連的鋼架結構，位于縱向移動機構的內側，與縱向移動機構長度方向的鋼架垂直連接，其四端設置移動滑輪，內部設置橫向驅動機構，橫向移動機構可以根據系統設定的位置坐標沿著縱向移動機構長度方向的鋼架進行移動到達指定位置，同時，橫向移動機構中部設置噴涂裝置，可以將噴涂裝置精確定位到系統設置的坐標位置，并根據系統預設的標線形狀進行自動繪制，橫向移動機構構造示意圖見圖4。

圖4 橫向移動機構構造示意圖

橫向移動機構包括橫向驅動機構和橫向移動架，橫向驅動機構包括橫向驅動件、橫向傳動軸和橫向傳動皮帶，橫向驅動件與縱向移動架固定連接，橫向驅動件通過橫向傳動軸與橫向傳動皮帶連接，橫向移動架上設置滑動滾輪機構，橫向移動架通過滑動滾輪機構與橫向傳動皮帶連接，縱向移動架的內側設置橫向滾輪滑動槽，滑動滾輪機構置于橫向滾輪滑動槽內并與橫向滾輪滑動槽滑動連接。

滑動滾輪機構包括滾輪、滾珠、頂緊件、間距調節件和調節滑塊，滾輪沿軸向設置安裝孔，縱向傳動軸或橫向傳動軸延伸至安裝孔內，滾輪通過滾珠與滾輪滑動槽的底壁連接且滾珠與滾輪的接觸面積大于滾珠外表面面積的1/2。調節滑塊置于安裝孔內，縱向傳動軸或橫向傳動軸通過調節滑塊與滾珠連接，滾輪沿徑向設置間距調節孔，間距調節孔與安裝孔連通，滾輪上還設置頂緊件孔，所述頂緊件孔與間距調節孔連通。間距調節件置于間距調節孔內且間距調節件的一端部延伸至縱向傳動軸或橫向傳動軸與調節滑塊之間，間距調節件的另一端部延伸至頂緊件孔上方，調節滑塊與間距調節件接觸的傾斜面，頂緊件置于頂緊件孔內且頂緊件與間距調節件接觸。

3.3 應用前景

與傳統的劃線設備相比，新型智能標線設備具有明顯優勢，設備將清掃與劃線進行了一體化設置，通過同一設備完成路面清掃和路面標線，方便了清掃和標線工作，節省了時間，提高了效率，通過橫向移動機構和縱向移動機構移動標線位置，不需要人工操作劃線，不會出現線條歪斜、線條邊緣不清晰的情況，新型智能劃線設備功能齊全，靈活多變，環境適用性強，具有很好的工程應用前景。

貴陽至黃平高速公路項目中廣泛使用了集清掃、標線為一體的移動式路面標線裝置，路面劃線的速度和質量都提高了很多，設備定位精準，操作便捷，搬運方便，節約成本，施工效率高，新型多功能智能道路標線設備具有很好的市場推廣價值。

4 結語

該文以貴陽至黃平高速公路項目為例，與傳統的劃線設備對比，對集清掃、標線為一體的移動式新型多功能智能路面標線裝置進行了系統研究，得出以下結論： 1） 集清掃、標線為一體的移動式新型多功能智能路面標線裝置同步實現了路面清掃和標線工作，縮短了工期，提高了效率，消除了對人工操作劃線的依賴，繪制的線條平齊、線條邊緣清晰。2） 開發的移動式新型多功能智能路面標線裝置由固定框架、縱向移動機構、橫向移動機構、劃線機構、清掃機構、加熱機構等構造組成，這些構造設計考慮充分，聯動效果好，保證了清掃、劃線的質量。3） 將集清掃、標線為一體的移動式新型多功能智能路面標線裝置應用到高速公路的劃線施工中是可行的，達到了高效、簡潔、快速施工的目的。