智能監(jiān)控系統(tǒng)在瀝青路面攤鋪施工中的應(yīng)用

張波

（杭州市綜合交通運(yùn)輸研究中心，浙江 杭州 310014）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代公路工程施工也需要積極采用各種智能技術(shù)、信息技術(shù)加強(qiáng)施工建設(shè)和管理。對(duì)于瀝青路面攤鋪施工而言，其對(duì)路面的標(biāo)高、強(qiáng)度、平整度等都有著嚴(yán)格的要求。考慮到攤鋪施工流程的復(fù)雜性，需要工程施工單位科學(xué)地采用智能監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)瀝青混合料的拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等環(huán)節(jié)進(jìn)行精準(zhǔn)控制，確保各個(gè)施工要點(diǎn)都嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)，以提高施工水平，保障施工順利進(jìn)行。

1 智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀及瀝青路面施工中存在的問(wèn)題

隨著我國(guó)公路建設(shè)的快速發(fā)展，有關(guān)部門(mén)也加強(qiáng)了公路工程施工技術(shù)方面的研究，雖然取得了一系列研究成果，但是在路面質(zhì)量管理和智能監(jiān)控系統(tǒng)上的研究還略顯不足，其主要原因是我國(guó)當(dāng)前公路工程施工管理技術(shù)水平較低，尤其是瀝青路面攤鋪施工中的智能監(jiān)控水平有待提升。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)公路施工技術(shù)也得到了較快的發(fā)展，人們對(duì)公路路面質(zhì)量提出了新的要求，信息技術(shù)和數(shù)字技術(shù)被逐步應(yīng)用到了瀝青路面攤鋪施工中。為確保路面質(zhì)量滿足施工需求，需要科學(xué)地采用智能監(jiān)控技術(shù)對(duì)施工全過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)化監(jiān)控，以隨時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中存在的問(wèn)題并及時(shí)采取有效措施，使瀝青路面更加堅(jiān)固耐用。

由于我國(guó)高速公路建設(shè)起步較晚，施工技術(shù)及管理方式尚不成熟，導(dǎo)致工程在施工和運(yùn)營(yíng)階段出現(xiàn)很多問(wèn)題，路面質(zhì)量往往無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求，且公路運(yùn)輸中存在車(chē)輛超載現(xiàn)象，過(guò)大的荷載導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)遭受較大的破壞，甚至一些新建的瀝青路面在剛通車(chē)后不久即出現(xiàn)了車(chē)轍、開(kāi)裂、泛油、坑槽等病害。對(duì)于這些問(wèn)題，公路工程部門(mén)需要加強(qiáng)重視，例如在攤鋪施工的過(guò)程中加強(qiáng)監(jiān)控，以提高路面施工質(zhì)量。目前，在路面施工中主要存在以下三類問(wèn)題。

第一，拌和站生產(chǎn)系統(tǒng)問(wèn)題。因?yàn)榘韬驼旧a(chǎn)系統(tǒng)自身和原材料類型復(fù)雜等問(wèn)題，導(dǎo)致級(jí)配不符合要求、混合料生產(chǎn)溫度過(guò)高、油石比不穩(wěn)定等，都會(huì)影響瀝青路面施工質(zhì)量。

第二，瀝青混合料運(yùn)輸系統(tǒng)問(wèn)題。工程單位對(duì)瀝青混合料的運(yùn)輸監(jiān)管不到位，為了降低成本，往往會(huì)隨意租賃社會(huì)車(chē)輛運(yùn)輸原材料，因?yàn)槿狈ΡO(jiān)管，導(dǎo)致瀝青混合料在運(yùn)輸過(guò)程中出現(xiàn)結(jié)塊、離析等問(wèn)題。

第三，瀝青混合料攤鋪和碾壓系統(tǒng)問(wèn)題。工程單位采用傳統(tǒng)的人工監(jiān)控方法對(duì)瀝青路面施工進(jìn)行監(jiān)控，無(wú)法準(zhǔn)確獲取攤鋪過(guò)程中瀝青路面溫度變化等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，攤鋪面難以保證密實(shí)度，且容易出現(xiàn)離析等各種問(wèn)題，嚴(yán)重影響瀝青路面的質(zhì)量。另外，在瀝青混合料碾壓的過(guò)程中，工程單位往往也沒(méi)有對(duì)其初壓、復(fù)壓、終壓等流程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)攤鋪機(jī)、壓路機(jī)、灑水車(chē)的運(yùn)行數(shù)據(jù)也沒(méi)有實(shí)時(shí)采集，現(xiàn)場(chǎng)也沒(méi)有專門(mén)的人員進(jìn)行指揮和管理，導(dǎo)致路面壓實(shí)度和平整度達(dá)不到設(shè)計(jì)需求。

2 智能監(jiān)控系統(tǒng)功能及特點(diǎn)

智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用主要包括拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等多個(gè)流程，具體如圖1所示。

圖1 智能監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 各個(gè)子系統(tǒng)主要功能

第一，瀝青混合料拌和監(jiān)控系統(tǒng)。其主要對(duì)瀝青混合料的拌和時(shí)間、力度、速度以及原材料的配合比、投放順序、用量、質(zhì)量、溫度等要素進(jìn)行監(jiān)控。

第二，運(yùn)輸車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)。其可以對(duì)瀝青混合料的裝料流程、出料時(shí)間、卸料時(shí)間等進(jìn)行監(jiān)控。

第三，攤鋪監(jiān)控系統(tǒng)。該子系統(tǒng)可以對(duì)瀝青混合料的攤鋪溫度、速度以及定位等參數(shù)信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)化監(jiān)控。

第四，碾壓監(jiān)控系統(tǒng)。該子系統(tǒng)主要對(duì)壓路機(jī)的碾壓速度和頻率等進(jìn)行監(jiān)控，可以根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整，并根據(jù)不同路段樁體的工程需求、壓實(shí)信息等進(jìn)行記錄、檢查，確保施工人員精準(zhǔn)把握整個(gè)壓實(shí)過(guò)程、路面狀態(tài)等。

2.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

第一，智能監(jiān)控系統(tǒng)下設(shè)置有專家數(shù)據(jù)庫(kù)模塊，該模塊可以對(duì)瀝青原材料生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行記錄、整合，在發(fā)現(xiàn)各種異常情況后會(huì)自動(dòng)報(bào)警。管理人員根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化混合料級(jí)別配置，有效改變傳統(tǒng)的原材料檢測(cè)方法，確保其有效滿足動(dòng)態(tài)化質(zhì)量控制目標(biāo)。

第二，系統(tǒng)可對(duì)瀝青原材料的級(jí)配、油石比、配合比，攤鋪的定位、厚度、密實(shí)度以及碾壓的溫度、壓實(shí)度、平整度等進(jìn)行動(dòng)態(tài)化監(jiān)控，當(dāng)其中任何一項(xiàng)參數(shù)不符合設(shè)計(jì)要求時(shí)，可以根據(jù)系統(tǒng)提示信息即時(shí)進(jìn)行整改。

第三，系統(tǒng)可有效減少材料浪費(fèi)現(xiàn)象的發(fā)生，有效提高瀝青原材料的生產(chǎn)拌和效率和質(zhì)量，節(jié)約生產(chǎn)成本。

第五，系統(tǒng)設(shè)置有遠(yuǎn)程云服務(wù)器，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理，有效減少各種質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生。

3 智能監(jiān)控系統(tǒng)在瀝青路面攤鋪、碾壓施工中的應(yīng)用

智能監(jiān)控系統(tǒng)在瀝青路面攤鋪施工中的應(yīng)用主要分為數(shù)據(jù)信息獲取和傳輸、數(shù)據(jù)分析和處理、數(shù)據(jù)結(jié)果分析及展示等流程，智能監(jiān)控系統(tǒng)可對(duì)施工數(shù)據(jù)信息進(jìn)行搜集、整理、分析，便于工程人員及時(shí)、高效地把控施工現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，行之有效地實(shí)現(xiàn)路面的高效、高質(zhì)量施工。在整個(gè)系統(tǒng)中最為核心的是瀝青混合料拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等監(jiān)控子系統(tǒng)，各個(gè)子系統(tǒng)之間既可以獨(dú)立運(yùn)行，也可以整體運(yùn)行，并在遠(yuǎn)程云服務(wù)器的管理下，確保施工全過(guò)程監(jiān)控工作的順利進(jìn)行。

3.1 瀝青混合料拌和監(jiān)控子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)可以有效監(jiān)控原材料進(jìn)入拌和樓的狀態(tài)、質(zhì)量及數(shù)量，并對(duì)各拌和樓中熱料倉(cāng)的集料和瀝青原材料質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控。實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)上傳至遠(yuǎn)程云服務(wù)器，通過(guò)專家系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到最優(yōu)比例，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、篩選、提取后，繪制相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)流圖。

對(duì)于瀝青路面攤鋪、碾壓施工而言，因?yàn)楣こ塘看蟆⒒旌狭闲枨蠖啵栽跒r青拌和料實(shí)際生產(chǎn)的過(guò)程中會(huì)發(fā)生級(jí)配不符合施工需求的問(wèn)題，對(duì)此，系統(tǒng)將實(shí)時(shí)預(yù)警，便于管理人員及時(shí)調(diào)整各種參數(shù)。

通過(guò)瀝青混合料拌和監(jiān)控子系統(tǒng)對(duì)級(jí)配數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將級(jí)配數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)要求進(jìn)行對(duì)比，便于管理人員直接通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)瀝青混合料的級(jí)配進(jìn)行管理。對(duì)關(guān)鍵生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行計(jì)算，得出實(shí)際盤(pán)數(shù)和總盤(pán)數(shù)之間的比例，便于管理人員有效控制施工原材料質(zhì)量。另外，瀝青混合料拌和監(jiān)控子系統(tǒng)采用BS 網(wǎng)絡(luò)模式，對(duì)于各個(gè)操作主體設(shè)置有不同的權(quán)限和功能，且軟件頁(yè)面信息可實(shí)時(shí)自動(dòng)更新，確保數(shù)據(jù)信息的完整性，便于各個(gè)單位、部門(mén)直接通過(guò)瀝青混合料拌和監(jiān)控子系統(tǒng)了解原材料的具體情況；對(duì)不同路段內(nèi)的實(shí)時(shí)施工信息、對(duì)不同時(shí)間段混合料的生產(chǎn)總量和生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)行查詢、抓取；通過(guò)圖表的形式得出各種數(shù)據(jù)報(bào)表，如油石比、拌和時(shí)間和溫度等，幫助工作人員了解瀝青拌和料生產(chǎn)過(guò)程中的每一個(gè)細(xì)節(jié)。

3.2 攤鋪監(jiān)控子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)可以對(duì)瀝青混合料攤鋪過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，幫助施工人員實(shí)時(shí)把握瀝青混合料的攤鋪溫度、攤鋪后路面溫度、攤鋪高精度位置等信息，保證攤鋪質(zhì)量。通過(guò)在攤鋪斷面布置紅外傳感器（數(shù)據(jù)采用Modbus 協(xié)議進(jìn)行傳輸），實(shí)時(shí)讀取整個(gè)攤鋪斷面的溫度數(shù)據(jù)以及攤鋪料斗內(nèi)瀝青混合料的溫度數(shù)據(jù)。同時(shí)攤鋪機(jī)內(nèi)部安裝的高精度定位模塊可以實(shí)時(shí)采集攤鋪機(jī)的高精度位置，計(jì)算攤鋪機(jī)行駛速度。攤鋪完成的瀝青路面溫度信息也可以通過(guò)LED 顯示屏實(shí)時(shí)展示給施工人員，便于施工人員掌控溫度是否符合攤鋪需要；并將該信息實(shí)時(shí)傳輸至后臺(tái)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行存儲(chǔ)和發(fā)布。攤鋪監(jiān)控子系統(tǒng)的主要功能總結(jié)為以下六點(diǎn)：第一，實(shí)現(xiàn)瀝青混合料的攤鋪溫度、速度、厚度、作業(yè)里程監(jiān)控。第二，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)查詢攤鋪?zhàn)鳂I(yè)狀態(tài)，包括攤鋪前混合料溫度和攤鋪后路面溫度，以及攤鋪機(jī)的運(yùn)行速度、軌跡、具體位置等信息。第三，可隨時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查詢攤鋪歷史數(shù)據(jù)且長(zhǎng)期保持。第四，根據(jù)采集的各種數(shù)據(jù)可生成攤鋪報(bào)表即攤鋪溫度區(qū)間分布圖表；展示每臺(tái)攤鋪機(jī)攤鋪溫度區(qū)間分布情況。第五，提供遠(yuǎn)程監(jiān)控視頻，對(duì)采集的實(shí)時(shí)攤鋪數(shù)據(jù)進(jìn)行印證。第六，對(duì)攤鋪速度進(jìn)行分析，得到速度區(qū)間分布分析報(bào)告，同時(shí)可在地圖上對(duì)每臺(tái)攤鋪機(jī)進(jìn)行軌跡回溯展示。

3.3 碾壓監(jiān)控子系統(tǒng)

碾壓監(jiān)控子系統(tǒng)主要對(duì)瀝青路面碾壓施工進(jìn)行監(jiān)控，確保碾壓符合標(biāo)準(zhǔn)要求，有效保證碾壓質(zhì)量。系統(tǒng)中設(shè)置有壓路機(jī)碾壓數(shù)據(jù)采集模塊，該模塊采用了特定的算法，可以實(shí)時(shí)獲取真實(shí)、完整的壓路機(jī)碾壓數(shù)據(jù)信息，并在三角定位原理指導(dǎo)下獲取準(zhǔn)確的壓路機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，便于施工人員準(zhǔn)確把握其運(yùn)行速度和施工流程。碾壓數(shù)據(jù)可通過(guò)通信模塊將各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和應(yīng)用數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程云服務(wù)器中，便于管理人員將壓路機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)和參數(shù)進(jìn)行融合。同時(shí)，施工作業(yè)人員可通過(guò)駕駛艙的指示平板電腦查看路面碾壓遍數(shù)及碾壓薄弱區(qū)域，以加強(qiáng)碾壓；監(jiān)理及現(xiàn)場(chǎng)管理人員可通過(guò)移動(dòng)終端及時(shí)查看施工中存在的問(wèn)題，并可針對(duì)碾壓薄弱區(qū)域進(jìn)行選點(diǎn)，開(kāi)展常規(guī)檢測(cè)，使檢測(cè)更具有針對(duì)性。碾壓監(jiān)控子系統(tǒng)的主要功能總結(jié)如下：第一，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)瀝青混合料碾壓溫度、速度、遍數(shù)以及過(guò)程監(jiān)控，及時(shí)反饋壓實(shí)控制情況。第二，系統(tǒng)可通過(guò)駕駛艙平板電腦顯示碾壓溫度、碾壓遍數(shù)區(qū)間分布情況并以圖表形式進(jìn)行展示。第三，系統(tǒng)可對(duì)碾壓速度進(jìn)行分析，得到速度區(qū)間分布分析報(bào)告，同時(shí)可在地圖上對(duì)每臺(tái)壓路機(jī)進(jìn)行軌跡回溯展示。第四，系統(tǒng)可提供遠(yuǎn)程監(jiān)控視頻，以對(duì)采集的實(shí)時(shí)碾壓數(shù)據(jù)進(jìn)行印證。

3.4 其他子系統(tǒng)

系統(tǒng)支持在瀝青路面施工現(xiàn)場(chǎng)安裝超高精度定位儀器，建立定位基站，對(duì)攤鋪機(jī)、壓路機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行軌跡進(jìn)行高精度定位及測(cè)量，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中的各種異常情況。

4 結(jié)語(yǔ)

在智能控制系統(tǒng)下可以對(duì)瀝青路面攤鋪、碾壓施工過(guò)程中的攤鋪厚度、攤鋪速度、碾壓軌跡、碾壓溫度、碾壓速度、碾壓遍數(shù)等參數(shù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保施工人員有效做好瀝青路面施工工作，提高路面質(zhì)量檢測(cè)合格率，降低檢測(cè)成本。瀝青路面攤鋪施工智能監(jiān)控系統(tǒng)的部署，可以有效預(yù)防過(guò)壓、欠壓等各種問(wèn)題的發(fā)生，可以精密控制路面下封層、下面層、中面層、上面層的厚度，確保路面施工質(zhì)量。