路面工程數字化施工的現狀和展望

文/圖 三一重工股份有限公司 李旭 張雄 鐘輝平 黃子超 劉秋寶 肖正文

數字化、智能化是當前路面工程提升的主要方向之一。隨著《數字交通發展規劃綱要》《推進綜合交通運輸大數據發展行動綱要（2020-2025年）》《國家綜合立體交通網規劃綱要》等指導文件的相繼發布，公路基礎設施數字化已經明確成為未來智慧公路發展的方向和基礎；根據文件要求，到2035年，我國交通基礎設施的數字化率要達到90%。

近幾年物聯網技術得到飛速發展，無論是感知層的智能硬件、視頻攝像頭，還是4G、5G網絡的覆蓋情況，都已經給路面工程的數字化施工打好基礎。與此同時，多個省份也相繼出臺文件，大力推進“智慧工地”建設，提升建設過程的數字化管控，助力建筑業高質量發展，越來越明確的政策讓智慧工地項目遍地開花。

國內現狀

國內數字化施工市場經過幾年發展，產品日趨成熟。目前市面上主要有幾類廠商，其中有代表性的主機廠如三一重工在幾年前推出的“三一路面數字化施工平臺”。相比其他廠商，主機廠對自己品牌的設備有數據采集優勢和設備方面的專業性，但同時也面臨其他品牌的壁壘。

數字化施工平臺界面

應用價值

數字化的根本目的是降本增效，在兼顧安全和質量的前提下最大效率地完成工程施工，具體體現在以下方面：

距離感應 安全可控

傳統的路面攤壓施工現場需要多名管理人員及工人配合施工，大量人員和機械的交雜和施工環境的干擾，容易導致機械傷害事故。尤其是公路瀝青路面施工，溫度高、機械多、工序多、人員多、戰線長，施工中存在機械傷害、高溫傷害、交通傷害等各種安全隱患，稍有不慎就會引發安全事故。

鏈接：

路面工程數字化施工在具體的產品內容上，通常包括以下幾方面：

工程管理：主要是對項目進度進行管理，包括每日的施工情況、項目資料管理、項目投入與產出等；

質量管理：主要對施工質量進行管理，包括各類檢測報告、實驗室數據等；

設備管理：對設備的管理包括設備進退場、維修保養、油耗、租賃與結算等；

人員管理：人員包括技術人員、施工人員、機手等，管理包括考勤、工資、證件、技術等方面；

財務與成本管理：財務系統通常是獨立的系統，因此通常這部分數據需要對接使用；

安全管理：主要是對施工現場的安全管理，并且通常會有實時預警、報警機制；

智能監控：包括對園區、設備、人員各環節的實時監控，且能夠識別一些不安全行為；

數字大屏：數字大屏則對外宣傳、展示的意義更大，呈現的效果也往往比較直觀、有科技感。

相較于傳統施工的安全弊端，智能化攤壓機群施工采用群控安全技術，每臺機械均配備多傳感器融合避障系統，并通過數字化管理平臺進行機群統一調度，采用科學穩定的算法對機群的每一臺設備進行路徑規劃。在施工全程只需要少量人員參與，大大降低了機械傷人的隱患；每臺施工機械均配備自動避障感應系統，當機械識別到侵入安全限界的障礙物時，可自行減速、停止，安全限界的范圍可根據客戶需求進行動態調整，防止人或動物靠近機械造成突發性傷害；機群強大的機械自檢功能包括制動系統、油箱、水箱等關鍵部位的自檢，可防止機械因溫度過高、速度不勻、局部性能不良等原因產生安全隱患。

遵規守矩 質量可控

結合目前國內路面施工現狀，常規攤壓施工過程中，普遍存在過程質量管控不力的情況，特別是在碾壓階段，很容易出現超壓或者漏壓現象，且一旦發生，很難在施工階段通過觀察法判斷，導致最終成型的路面局部壓實度不夠。隨著國內施工人員的斷層，具備實操經驗的一線工人也越來越少，這就進一步導致了常規施工中質量的不可控。

相比之下，智能化無人攤壓施工完全以過程控制為抓手，通過數字施工平臺做到實時施工、監測、記錄、反饋，其最大優勢是“遵規守矩”，完全按照參數施工，規避了人為因素干擾導致的成品性能不穩定，從而有效保證了路面結構層的施工質量，具體來講，主要從以下幾個方面得以實現：

攤鋪機及各類壓路機的機械行走速度固定，可有效保證攤鋪均勻性及壓路機的碾壓效果；

根據試驗段參數嚴格控制碾壓遍數，通過路徑規劃確保結構層的任意一點既不會超壓，也不會漏壓，確保全路段壓實度合格；

設置壓路機的振幅、頻率、緊跟距離等關鍵施工參數，防止壓路機在施工過程中發生急停急起、快速轉彎等傳統機械操作弊病；

通過下承層掃描與頂面標高的復核確認，有效保證各結構層厚度符合設計要求，并在攤鋪、碾壓過程中嚴格控制施工質量，確保平整度合格，最后在收光階段，通過壓路機搭載的激光掃描系統，全面反映已施工路面的平整度，并形成可溯源的施工記錄，作為施工方后續質量管控的依據。

通過數字化施工平臺與無人化設備相結合，實時記錄、保存所有設備工作狀態及施工情況，為后期質量檢測的溯源提供依據。

高效優質 進度可控

新建路面工程的施工進度關系到整個項目的關門工期，因此非常容易形成趕工的局面，對施工單位的組織能力提出了極高要求，但進度受制因素很多，很難做到面面俱到，一旦有一個環節脫節，必然導致整體進度降低，最終影響到項目工期的履約。

傳統路面工程施工，三餐及夜間休息時間無法作業，因此施工進度很難保證。很多時候施工方為保進度，只能選擇犧牲工程質量，最終導致道路在交工后出現各類質量問題。

智能化機群施工則有效解決了無法連續作業的難題，施工過程僅需少量現場旁站、調度的管理人員即可，在燃料、后場材料保供的情況下，甚至可以做到全路面工程連續作業。同時還能有效保證施工質量，確保進度，及時履約。

多元節流 成本可控

對于需要搶工期的項目，搶工期間往往需要增加大量的額外成本，這就使施工方陷入兩難困境：不搶工期進度完不成，拖延工期，業主單位不滿意；搶工期成本投入大，入不敷出。一般情況下，施工項目部都會選擇增加投入確保進度履約，從而導致成本大大增加，甚至導致原本賺錢的項目變成虧損，失去盈利能力。

無論何種工程，節約了工期，就是最大的成本節約。智能化機群施工可極大程度地幫助施工方加快施工進度，大量節約施工的人、機投入及管理成本。對比常規路面施工，智能化機群施工人員投入少、材料浪費少，因質量、安全問題導致返工和賠償的情況更是幾無可能，從各個方面減少成本損失，多元節流，有效保證了最終成本的可控。

技術應用

自動駕駛攤鋪技術

攤鋪機自動駕駛攤鋪技術利用實時動態差分定位、自動駕駛算法、全電液控制器與攤鋪管理系統實現攤鋪機行駛、攤鋪作業的自動化控制。

智能無人攤鋪機

自動駕駛算法 結合RTK高精度定位技術，實時規劃路徑、速度等，實現自動行駛。

上位機系統、紅外溫度監控系統、攤鋪數據采集系統、通信網橋和攤鋪狀態顯示器組成攤鋪管理系統。通過安裝在攤鋪機上的溫度傳感器、轉速傳感器，對所有當前處于施工狀態的實時參數：攤鋪溫度、方量、油耗、振搗頻率、攤鋪速度、實時位置、運動軌跡進行采集、記錄，并通過無線通訊傳到控制臺進行數據匯總與分析；通過安裝在攤鋪機上的電子LED顯示屏，結合遠程控制技術，對處于異常狀態的攤鋪參數：料溫過低、找平異常進行遠程提示與遠程干預，必要時采取停機措施。

遠程操控技術通過無線電技術、無線網橋及高清攝像頭等設備，實現攤鋪機實時施工場景的遠程監控，并通過無線遙控技術實現控制臺遠程控制攤鋪機的各種動作。

3D數字找平技術將路面設計數據導入3D找平控制器，通過GNSS接收機采用RTK(載波相位差分)技術，實時獲取攤鋪機熨平板的實時厘米級3D點位信息并計算出相對應的高程設計信息；基于域激光發射器與激光接收器，將3D點位接收到的激光信號轉換為電信號，并根據電信號的量值與變化計算出實測高程與設計高程的差值，并控制找平電磁比例液壓換向閥，實現毫米級的找平精度；最后，通過后臺數據處理，實現無樁化攤鋪，減少人為干預帶來的攤鋪誤差，實現頻繁變坡及曲線的施工要求。

壓路機自動駕駛技術

壓路機自動駕駛技術利用RTK高精度定位、自動駕駛算法、全電液控制器與壓實管理系統實現壓路機自動行駛、自動化壓實。

智能無人輪胎壓路機

自動駕駛算法 結合RTK高精度定位技術，實時規劃路徑、速度等，實現自動行駛。

智能壓實系統 通過加速度傳感器、溫度傳感器實時反饋瀝青密實度、溫度，通過顯示屏實時顯示壓路機的速度；壓實數據利用高精度車載定位系統、無線通訊上傳至控制中心管理、存儲，實現施工過程可查。

開發機群無線通信系統，建立控制中心與機群設備，以及機群設備之間的高速無線通信。

建立機群安全調度機制，通過平臺給所有壓路機進行任務的分配和施工路徑動態規劃。控制壓路機之間的安全距離，防止碰撞發生。

毫米波雷達、超聲波傳感系統組成安全避障系統實現壓路機自動避障、避險，檢測到周圍安全范圍內有人或物壓路機自主剎車，待人或物移開又可自主起步。

自動灑水作業，無人駕駛壓路機自動灑水功能優化。施工前提前灑水，施工過程中，可遠程調節灑水量。

多機種協同作業技術

機群協同作業

任務協同 研究初壓壓路機自動跟隨攤鋪機作業，施工范圍由攤鋪機的已施工區域和道路數據確定。復壓壓路機則根據初壓壓路機的施工數據進行自主作業。

速度自適應 攤鋪速度與壓路機速度控制自適應研究。防止壓路機跟隨太慢而引起的冷料問題，以及壓路機速度過快而導致的過壓和能量浪費問題。

目前路面工程數字化產品的基礎功能已經比較完備，如何做好升級優化，是下一階段需要重點考慮的問題。從原材料到攪拌站的瀝青、混凝土生產，再到運輸、攤鋪、壓實，以及最后的實驗室檢測，全流程均可實現在線化、數字化管控。這其中涉及的環節非常多，構建一套全流程數字化體系，從而產生數據價值、協同價值尤為重要。

此外，將工地上的監控系統、財務系統、考勤系統、攪拌站管理系統等各個系統連接起來，有利于數據資源的整合，也有利于加強與主機廠的合作，打破數據孤島，深度挖掘設備數據同樣前景廣闊。