瀝青路面施工質量動態智能管控技術研究

馬天武，李同斌，馬天勇，陳曉東

（1.山東省濱州市公路事業發展中心，山東 濱州 256600；2.江蘇東交智控科技集團股份有限公司，江蘇 南京 210000）

1 引言

隨著科學技術的不斷發展，人民生活質量的提高，對公路工程的施工質量要求也在不斷地提高。為提升公路工程質量，2019年國務院印發的《交通強國建設綱要》提出了推進智能化、數字化裝備研發，加強智能制造核心關鍵技術儲備的目標。根據《“十四五”現代綜合交通運輸體系發展規劃》預計2025年我國將新增公路里程約30.2萬公里，要求工程質量進一步提高，交通設施耐久可靠。表明未來我國公路建設市場仍然存在巨大潛力。由于傳統的瀝青路面施工往往只注重最終的驗收質量，缺乏施工過程監管的手段，導致瀝青混合料在拌和、運輸、攤鋪、碾壓某個環節出現質量問題時無法溯源 。結合信息技術、GNSS技術以及無線通訊技術的發展，瀝青路面施工管理也向智能化方向發展。通過在原材料檢驗、拌和、運輸、攤鋪、碾壓各環節科學合理布設各類傳感設備，實時、全面獲取施工過程關鍵數據，進行分析、預警。預警信息分級發送至現場施工人員和后方管理人員，后方管理人員可以通過電腦、手機隨時訪問遠程服務器查詢施工現場狀況，提出處置意見，確保工程質量目標實現。

2 瀝青路面動態智能管控關鍵指標及預警閾值研究

2.1 瀝青路面動態智能管控關鍵指標研究

根據現行國家規范、行業標準及國內外有關的研究成果，瀝青、水泥穩定粒料基層和底基層、瀝青混凝土面層質量檢驗實測項目主要包括以下項目：

（1）在石油瀝青、改性瀝青材料檢測方面，在實際施工過程中，一般進行瀝青三大指標的檢測，根據實際檢測要求并結合實驗儀器的信息化發展程度，目前實現智能管控的有瀝青的針入度、軟化點和延度，三大指標等試驗，保證原材料的性能。

（2）在水穩基層方面，水穩混合料的強度與各材料用量、級配密切相關，而壓實度、寬度、厚度等與實際施工過程攤鋪速度、碾壓速度的控制程度有關，因此，為保證水穩基層的施工質量，在水穩混合料的各材料用量、水泥劑量、級配以及前場的攤鋪碾壓速度的控制方面應嚴格把控，實現生產、施工過程中對水穩基層施工質量的實時管控。

（3）在瀝青面層方面，在實際施工過程中的質量檢驗，一般檢驗項目為壓實度、平整度、滲水系數、抗滑及厚度檢測。壓實度、滲水、抗滑性能指標一般與瀝青混合料的級配類型、攤鋪碾壓時的溫度與速度有關；而且平整度也與攤鋪速度有一定的關系，不連續攤鋪施工，一定程度上會影響瀝青路面的平整度；路面厚度和攤鋪厚度直接關聯，攤鋪機松鋪系數的控制直接關系到壓實后的路面厚度。因此，在瀝青混合料生產和施工過程中，對上述相關指標進行有效監控，在出現偏差時及時調整，實現在施工過程中有效控制施工質量，從而保證瀝青路面的壓實度、平整度、滲水、抗滑及厚度滿足檢測要求。

（4）在附屬材料生產及投放方面，在混合料生產過程中，附屬材料的摻量較小，如木質纖維素的添加量為瀝青混合料的4‰左右，在每盤混合料的控制中，摻量準確度較難把控，且一般生產過程中較多情況下也為粗放控制，容易產生摻量或多或少的情況，摻量過少路面易泛油、析漏，摻量過多則容易聚團，直接影響瀝青面層的質量，因此，附屬材料的投放量控制也是瀝青路面生產施工控制的關鍵點。

通過對上述質量控制關鍵環節的因素分析，同時根據綠色環保節能減排的需求，瀝青路面施工質量動態智能管控體系見表1。

表1 瀝青路面施工質量動態智能管控體系

2.2 瀝青路面動態智能管控關鍵指標閾值研究

在確定瀝青路面施工質量動態智能管控體系的同時，需建立關鍵指標的評價系統，制定各關鍵指標相應預警閾值，并提供分析預警機制，對接收到的各關鍵指標的海量數據及時分析，與評價系統中的設定的預警閾值進行動態比對，超出容許偏差實時短信預警，并形成質量追溯檔案 ，使相關技術人員能夠在第一時間發現質量波動狀況，便于及時糾偏，確保工程質量。瀝青路面動態智能管控預警對象及預警閾值見表2和表3。

表2 瀝青混合料拌和預警閾值以及報送對象

表3 瀝青混合料運輸、攤鋪與碾壓過程預警閾值以及報送對象

3 瀝青路面動態智能管控系統開發研究

3.1 瀝青路面動態智能管控系統需求分析

通過調研分析可知傳統的施工管理模式存在以下不足和弊端：

（1）施工方、監理方和業主方對施工過程信息的掌握不能同步且各方對信息的掌握準確性和完整性得不到保證；

（2）傳統的質量監控手段獲取的信息量少，一旦發生較為嚴重的質量問題，需要重新搜集施工過程信息以便進行問題原因的分析，問題處理的效率低下；

（3）業主方在對問題進行決策時，主要參考行業專家技術經驗，主觀因素影響較大，且時間流程長；

（4）問題處理意見的反饋需要逐級傳達給一線施工人員，流程時間長、環節多，由于時間延誤發生的返工現象較多。

為了彌補傳統質量控制手段的不足，瀝青路面動態智能管控系統必須滿足以下功能需求：

（1）數據實時傳輸。智能施工管理系統的核心要素，數據實現實時在生產—管理—決策者之間平等共享，實現參建各方都能隨時隨地查詢施工信息。

（2）數據采集的準確性和有效性。施工信息的采集數據精度是系統建設的基礎和前提，動態智能管控系統的數據不僅要作為施工質量評價的依據，還是出現質量問題時進行原因分析的重要參考。

（3）全方面的系統數據采集。動態智能管控系統旨在對瀝青路面施工全過程，從拌合生產、運輸、攤鋪到碾壓整個工序的關鍵信息進行采集，全面掌控施工質量，在出現質量問題時，也能提供全方位的數據支撐。

（4）信息的及時反饋。質量管控的“管控”只是手段，對問題處于初期萌芽狀態時就進行有效的糾偏才是最終的目的。因此動態智能管控系統應具有信息及時反饋的功能，使得問題出現后得到及時、有效的落實和解決。

（5）可擴展功能。動態智能管控系統在未來與路面管理系統、長期性能觀測數據庫等都有可能進行對接，因此系統應具有靈活的可擴展功能，提供用戶定制服務。

3.2 瀝青路面動態智能管控系統架構設計

采用B/S+C/S系統架構（C/S架構用于數據信息采集，B/S架構用以用戶進行數據查詢分析），用戶只需登錄遠程服務器系統網頁即可實時監控攤鋪施工過程，查看各項統計數據，平臺采用J2EE（Java 2 Platform， Enterprise Edition：是一個為大企業主機級的計算類型而設計的Java平臺）架構，使各項業務獨立管理，分步實施。

3.3 瀝青路面動態智能管控系統功能設計

系統功能設計應以保障工程建設質量要求為主，從工程信息管理、試驗檢測管控、拌和管控、運輸管控、攤鋪管控、碾壓管控等幾個方面開展建設。

（1）工程信息管理。工程信息管理主要是對工程相關信息進行維護，工程信息管理的功能包括工程基本信息管理、標段信息管理、路面基本信息和路面結構信息管理、混合料配比信息管理、拌合樓基本信息管理、報警信息設置功能。

（2）試驗檢測管控。結合施工中傳統的檢測數據，將施工過程中關鍵指標數據錄入系統，一方面結合實驗室的抽提試驗，與實時監測數據比較分析，及時發現料源、拌合樓數據造假等異常情況。同時實時監測數據并不能代替整個施工過程的檢測，通過施工過程中關鍵指標數據錄入系統后臺，可以建立更為完善的施工期數據中心，為后期路面長期項目分析提供支撐。

（3）拌和管控。通過拌合樓數據采集軟件及設備，對拌合樓控制數據庫進行監控。實時采集各材料用量、油石比、溫度、級配等數據，并基于無線傳輸設備將采集的數據實時發送到遠程服務器。

（4）運輸管控?；赗FID技術，通過讀取運輸車配置的電子標簽，記錄開始裝料與結束裝料時間、開始卸料與結束卸料時間，實現運輸時間的監管。

（5）攤鋪管控。在攤鋪設備上安裝GNSS與溫度傳感設備，對攤鋪施工時間、位置、 速度、溫度等信息進行實時采集，真實反映攤鋪斷面的溫度、厚度、離析分布情況，通過LED實時展示攤鋪溫度和攤鋪速度。

（6）碾壓管控。在壓路機上安裝GNSS、溫度傳感、振動傳感等設備，對壓路機的碾壓遍數、速度、溫度、軌跡等信息實時采集，壓路機操作室配置平板電腦、LED顯示屏和蜂鳴預警設備，實時反饋給現場人員，指導施工。

4 瀝青路面動態智能管控技術經濟社會效益分析

4.1 經濟效益分析

通過瀝青路面動態智能管控技術的應用，對施工質量控制關鍵參數進行自動化連續采集，并實時傳輸、分析與預警，改變了傳統的人工生產、施工、試驗的管理方式，一定程度上減少了人員數量的投入，節約了人工成本。在系統運行過程中，對中、高級預警及時采取處治措施，嚴格保證瀝青路面的施工質量，避免早期病害的發生，降低瀝青路面后期養護成本。

4.2 社會效益分析

瀝青路面動態智能管控技術的應用，確保了工程施工質量。一方面可以延長瀝青路面使用壽命，降低路面運維成本，另一方面可以降低養護維修路面時對交通的干擾，保證道路服務功能，具有重要的社會意義。

5 結論

本文針對瀝青路面施工過程質量控制的需求，采用物聯網及大數據技術，研究了瀝青路面施工質量動態智能管控技術，確定了瀝青路面動態智能管控關鍵指標及預警閾值，構建了瀝青路面智能管控系統的框架，明確了試驗檢測管控、拌和管控、運輸管控、攤鋪管控、碾壓管控的功能要求，把瀝青路面的施工質量從事后把關，轉變成全過程控制，提高了瀝青路面施工的管理效率與質量。