論瀝青路面攤鋪階段數(shù)字化機(jī)械過(guò)程控制技術(shù)的應(yīng)用

何映江

摘要 近年來(lái)，為滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需求，我國(guó)建設(shè)了大量的瀝青路面工程，如何提高其施工質(zhì)量及效率，成為工程建設(shè)管理方面亟待解決的問(wèn)題。基于此，文章提出了應(yīng)用于瀝青路面攤鋪階段的數(shù)字化機(jī)械過(guò)程控制技術(shù)，論述了數(shù)字化機(jī)械控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理、攤鋪及壓實(shí)監(jiān)控技術(shù)，分析了該系統(tǒng)的具體應(yīng)用，有利于提高道路工程施工質(zhì)量及效率，具有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與社會(huì)效益，可在同類工程建設(shè)中廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 公路工程項(xiàng)目；瀝青路面攤鋪；數(shù)字化機(jī)械；過(guò)程控制技術(shù)

中圖分類號(hào) U416.217文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）12-0087-03

0 引言

瀝青攤鋪是道路工程施工的一道重要工序，對(duì)路面施工質(zhì)量以及道路通行性具有至關(guān)重要的影響。過(guò)去攤鋪瀝青路面時(shí)，施工過(guò)程中的參照物是人工放置的掛線，并需安排專人觀察反饋?zhàn)鳂I(yè)設(shè)備的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)及攤鋪狀況，這必然會(huì)導(dǎo)致路面不平、高程及厚度不達(dá)標(biāo)，需要進(jìn)行返工，增加了建設(shè)成本，且工程無(wú)法按期交付。為解決上述問(wèn)題，在瀝青路面攤鋪過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)施工的具體要求，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，采用數(shù)字化機(jī)械過(guò)程控制技術(shù)，設(shè)計(jì)攤鋪監(jiān)控管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)收集數(shù)據(jù)并反饋給施工作業(yè)人員，據(jù)此精確控制攤鋪厚度及高程，提高施工質(zhì)量，保質(zhì)按期交付驗(yàn)收[1]。

1 數(shù)字化機(jī)械控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

瀝青路面管控系統(tǒng)的工作流程包含數(shù)據(jù)收集傳輸、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)4個(gè)方面，該系統(tǒng)由攤鋪監(jiān)控、壓式監(jiān)控、混合料監(jiān)控3個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，各子系統(tǒng)可保持獨(dú)立運(yùn)行，還可以通過(guò)數(shù)據(jù)共享進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，相比較而言，前兩個(gè)子系統(tǒng)對(duì)整體系統(tǒng)的作用更為重要。

1.1 設(shè)計(jì)原理

數(shù)字化機(jī)械控制系統(tǒng)分為測(cè)量和攤鋪兩部分，其設(shè)計(jì)原理如下：①為提高社會(huì)水準(zhǔn)，各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)轉(zhuǎn)成3D數(shù)據(jù)后，方可輸入系統(tǒng)；②根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需將相關(guān)參數(shù)提前輸進(jìn)系統(tǒng)，獲得高程信號(hào)；③借助高程信息來(lái)處理數(shù)據(jù)，達(dá)到自動(dòng)控制瀝青路面攤鋪技術(shù)的目的，為實(shí)現(xiàn)精確控制自動(dòng)化攤鋪，需及時(shí)調(diào)整平板位置，合理設(shè)置其高度及坡度，確保路面平整度及厚度符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；④利用數(shù)字化機(jī)械攤鋪控制技術(shù)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)路面施工參數(shù)，快速檢查鎖定施工質(zhì)量問(wèn)題，并及時(shí)采取相應(yīng)措施[2]。

1.1.1 測(cè)量控制系統(tǒng)運(yùn)行原理

該系統(tǒng)的構(gòu)成主體是GNSS基準(zhǔn)站、激光發(fā)射機(jī)以及mmGPS流動(dòng)站。運(yùn)行過(guò)程中，需準(zhǔn)確設(shè)置GNSS基準(zhǔn)站位置，并通過(guò)無(wú)線傳輸技術(shù)，向附近傳輸差動(dòng)信號(hào)及數(shù)據(jù)，有利于機(jī)載設(shè)備及探測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)快速、精準(zhǔn)定位。

1.1.2 攤鋪控制系統(tǒng)運(yùn)行原理

（1）該系統(tǒng)基于現(xiàn)代信息技術(shù)，利用GNSS/激光接收機(jī)、GNSS接收機(jī)以及控制器收集并傳輸施工數(shù)據(jù)。

（2）進(jìn)行路面攤鋪?zhàn)鳂I(yè)時(shí)，激光發(fā)射器射出激光信號(hào)后，被車載GNSS/激光接收器所接收，后者迅速開(kāi)展數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理，獲得攤鋪機(jī)作業(yè)面的平面及高程數(shù)據(jù)，定位信息由無(wú)線傳輸技術(shù)輸送至控制器，由此根據(jù)既定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)形成標(biāo)準(zhǔn)控制信號(hào)。

（3）通過(guò)液壓閥有效調(diào)整攤鋪機(jī)拖動(dòng)臂油缸的作業(yè)方向及高度，從而有效提升攤鋪?zhàn)鳂I(yè)質(zhì)量及效率。

（4）激光接收機(jī)可自動(dòng)支撐，也可通過(guò)手動(dòng)提升實(shí)現(xiàn)支撐，兩種方式都可用于連接作業(yè)設(shè)備的熨平板，且具有較高的牢固度。

安裝過(guò)程中，根據(jù)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，需要準(zhǔn)確測(cè)定接收設(shè)備與熨平板的位置，并依照實(shí)際情況進(jìn)行校正，從而精確測(cè)出熨平板高度。在安裝時(shí)，需精確測(cè)量并校正機(jī)載GNSS/激光接收機(jī)和熨燙板的相對(duì)位置，以便于準(zhǔn)確得出熨平板高度值，并快速明確其方位[3]。

1.2 數(shù)字化攤鋪監(jiān)控系統(tǒng)

數(shù)字化攤鋪監(jiān)控系統(tǒng)主要由各種傳感器、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)及處理終端、GPS以及報(bào)警器等構(gòu)成。

（1）橫向設(shè)置紅外溫度傳感儀器，且要求均勻陣列布局，每個(gè)傳感器之間相距1.2～1.5 m，按照設(shè)定頻次收集攤鋪路面溫度，每次大約為1.0 m。由于測(cè)溫點(diǎn)屬于均勻分布，因此可整合所有測(cè)溫點(diǎn)的數(shù)據(jù)，據(jù)此繪制出溫度分布云圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)攤鋪溫度的全面監(jiān)控。按照施工要求，需要在攤鋪機(jī)后方設(shè)置溫度傳感儀器[4]。

（2）合理選定攤鋪機(jī)操作平臺(tái)的某個(gè)位置，并在此安裝數(shù)據(jù)處理終端設(shè)備，將其連接于其他數(shù)據(jù)傳感器。

（3）將數(shù)據(jù)終端連接于攤鋪設(shè)備的電源系統(tǒng)，開(kāi)啟溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，合理設(shè)定監(jiān)測(cè)頻率、監(jiān)測(cè)標(biāo)段等數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)路面攤鋪?zhàn)鳂I(yè)的全方位監(jiān)控。

1.3 數(shù)字化壓實(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

數(shù)字化壓實(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中包含衛(wèi)星定位、中心控制、電源、自組網(wǎng)以及輸出顯示等功能模塊。該系統(tǒng)最重要的模塊是中心控制模塊，其功能是收集存儲(chǔ)壓路機(jī)的位置信息及路面溫度數(shù)據(jù)，在處理后成為顯示模塊，通過(guò)無(wú)線傳輸技術(shù)發(fā)送后，作業(yè)人員通過(guò)顯示屏讀取數(shù)據(jù)信息，由此全面了解路面壓實(shí)狀況。

壓路機(jī)的方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其兩側(cè)的某個(gè)部位不會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，可在此布置紅外溫度傳感器。利用局域網(wǎng)收發(fā)信息，可同時(shí)控制多臺(tái)壓路機(jī)實(shí)施作業(yè)，路面壓實(shí)數(shù)據(jù)能實(shí)現(xiàn)共享。基站在自動(dòng)控制系統(tǒng)中占據(jù)重要地位，必須科學(xué)設(shè)置。智能全站儀基站已被廣泛應(yīng)用，為快速、完整收集所需數(shù)據(jù)信息，安裝時(shí)應(yīng)充分結(jié)合施工實(shí)際狀況[5]。

2 數(shù)字化控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用

2.1 攤鋪系統(tǒng)運(yùn)行原理與特點(diǎn)

攤鋪控制系統(tǒng)的主要構(gòu)成為自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)、全站儀基站等，采用該系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)瀝青路面攤鋪質(zhì)量及效率的有效控制。

2.1.1 坡度、高程控制

（1）采用此系統(tǒng)時(shí)，通過(guò)機(jī)械全站儀能收集到棱鏡的3D數(shù)據(jù)，其定位誤差不超過(guò)±3 mm，利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸至中心控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)控制箱會(huì)收集并處理坐標(biāo)信息，在與標(biāo)準(zhǔn)三維數(shù)據(jù)比較后，會(huì)得到關(guān)于瀝青路面攤鋪高程的相關(guān)信息。攤鋪機(jī)的液壓油缸在液壓閥的驅(qū)動(dòng)下，會(huì)改變熨平板方位，受其影響，攤鋪路面高程及坡度會(huì)發(fā)生變化，從而提升路面高程及坡度的精準(zhǔn)度，不斷提高施工質(zhì)量。

（2）借助數(shù)字化控制系統(tǒng)，開(kāi)展瀝青路面攤鋪及壓實(shí)作業(yè)，可收集到各項(xiàng)數(shù)據(jù)，作業(yè)人員通過(guò)顯示屏讀取數(shù)據(jù)，從而對(duì)瀝青路面施工情況有全面了解和掌握[6]。

2.1.2 平整度、厚度控制

（1）過(guò)去進(jìn)行瀝青路面攤鋪?zhàn)鳂I(yè)時(shí)，會(huì)在10 m方樁中安置鋁質(zhì)梁體或其他部件，所用的攤鋪監(jiān)控系統(tǒng)為2D系統(tǒng)，各部件會(huì)受下層表面影響，當(dāng)表面有起伏時(shí)，會(huì)導(dǎo)致攤鋪路面的平整度較差，最終影響到路面攤鋪質(zhì)量。

（2）采用數(shù)字化管控系統(tǒng)，將智能化傳感器安裝到熨平板上，從而快速獲取攤鋪機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，合理驅(qū)動(dòng)并管控液壓油缸，根據(jù)實(shí)際情況有效調(diào)整熨平板方向，確保路面厚度達(dá)標(biāo)，便于后續(xù)施工環(huán)節(jié)的開(kāi)展，提高瀝青路面施工質(zhì)量，充分實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制系統(tǒng)的價(jià)值。

2.2 壓實(shí)系統(tǒng)運(yùn)行原理與特點(diǎn)

全面管控路面壓實(shí)作業(yè)，是壓實(shí)監(jiān)控子系統(tǒng)的核心功能，主要是對(duì)壓路機(jī)的碾壓軌跡、壓實(shí)情況進(jìn)行管控，其運(yùn)行模塊主要包括：

2.2.1 壓路機(jī)數(shù)據(jù)收集模塊

采用數(shù)字化壓實(shí)系統(tǒng)開(kāi)展施工作業(yè)，必須充分重視壓實(shí)軌跡的管控與檢測(cè)，需在施工現(xiàn)場(chǎng)有效布局全站儀基站，并安裝各種網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備，確保及時(shí)、完整地獲取壓路機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，全面提高數(shù)字化監(jiān)控水平。瀝青路面壓實(shí)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，工作人員為準(zhǔn)確了解壓路機(jī)行進(jìn)方向及軌跡，需要采用相應(yīng)的終端設(shè)備，捕獲完整的數(shù)據(jù)，分析壓路機(jī)的行進(jìn)方向是否與作業(yè)要求相一致。

2.2.2 壓路機(jī)數(shù)據(jù)傳輸模塊

數(shù)據(jù)傳輸模塊是數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，采用壓實(shí)系統(tǒng)的這一功能模塊，能收集到壓路機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并傳輸至服務(wù)器中，操作人員通過(guò)顯示器讀取數(shù)據(jù)信息，從而有效管控壓路機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。將傳感儀器安裝到壓路機(jī)中，可以及時(shí)全面地捕獲壓路機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，發(fā)送至系統(tǒng)服務(wù)器后，工作人員可通過(guò)讀取數(shù)據(jù)，掌握壓路機(jī)的作業(yè)質(zhì)量，防止部分路面出現(xiàn)壓實(shí)次數(shù)過(guò)多或壓實(shí)不足的情況，科學(xué)配置人力物力。此外，根據(jù)收集到的路面壓實(shí)數(shù)據(jù)，可繪制出路面壓實(shí)度分布圖，打印后交由相關(guān)人員簽字，并將全部紙質(zhì)資料存檔，確保瀝青路面壓實(shí)作業(yè)數(shù)據(jù)完整、準(zhǔn)確，各項(xiàng)資料有據(jù)可查[7]。

2.3 數(shù)據(jù)分析與控制

數(shù)據(jù)處理模塊是數(shù)字化控制系統(tǒng)的重要構(gòu)成，通過(guò)科學(xué)的數(shù)據(jù)處理分析，能有效防止瀝青路面攤鋪壓實(shí)作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化管控。

2.3.1 攤鋪數(shù)據(jù)處理

通過(guò)數(shù)字化攤鋪控制系統(tǒng)，可及時(shí)掌握瀝青路面攤鋪溫度、攤鋪機(jī)行進(jìn)速度及軌跡等信息，將攤鋪機(jī)作業(yè)速度設(shè)定在3 m/min，并防止作業(yè)溫度出現(xiàn)較大浮動(dòng)。

2.3.2 碾壓數(shù)據(jù)處理

（1）碾壓遍數(shù)。控制碾壓數(shù)據(jù)，需全面分析壓路機(jī)類型及性能。若壓路機(jī)為雙鋼輪，則路面初壓至少為兩遍；復(fù)壓環(huán)節(jié)則要求五遍以上，作業(yè)速度最低為3.0 km/h、最高為4.5 km/h；終壓環(huán)節(jié)大約為兩遍。為防止部分瀝青路面未被充分壓實(shí)或壓實(shí)遍數(shù)不足，壓路機(jī)作業(yè)時(shí)，工作人員應(yīng)根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)收集到的壓實(shí)遍數(shù)等數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)對(duì)壓實(shí)作業(yè)過(guò)程進(jìn)行完善，確保路面壓實(shí)度符合作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）碾壓溫度。溫控設(shè)備的使用，需要根據(jù)路面鋪設(shè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)做出選擇，主要有兩種方式來(lái)控制瀝青混合料的溫度，其一是使用接觸式熱電偶溫度計(jì)，其二是使用紅外溫度測(cè)量?jī)x，后者需要安裝到壓路機(jī)上。如壓路機(jī)為鋼輪，則初壓環(huán)節(jié)的瀝青溫度大約設(shè)定為160 ℃，復(fù)壓環(huán)節(jié)的瀝青溫度應(yīng)設(shè)定為135 ℃，而終壓環(huán)節(jié)的瀝青溫度大約設(shè)定為100 ℃。有一點(diǎn)需要特別指出，在路面復(fù)壓與終壓環(huán)節(jié)，由于空氣發(fā)生流動(dòng)，且壓路機(jī)會(huì)噴灑水，導(dǎo)致瀝青溫度出現(xiàn)明顯下降，且復(fù)壓環(huán)節(jié)的瀝青溫度低于預(yù)期值，這就需要合理控制瀝青溫度，確保與預(yù)期值不出現(xiàn)較大差異[8]。

2.3.3 施工后檢測(cè)

瀝青路面攤鋪施工結(jié)束后，需抽取若干樁號(hào)區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)滲水參數(shù)、芯樣密度等數(shù)據(jù)，測(cè)算出路面壓實(shí)度，由此明確數(shù)字化控制系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。為確保路面滲透性及壓實(shí)度符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，則路面壓實(shí)作業(yè)必須充分依照各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)。

2.4 數(shù)字化機(jī)械攤鋪控制系統(tǒng)施工注意事項(xiàng)

在傳瀝青攤鋪施工過(guò)程中，采用數(shù)字化機(jī)械攤鋪技術(shù)，綜合了各項(xiàng)最新的測(cè)量定位技術(shù)，這是對(duì)傳統(tǒng)攤鋪?zhàn)鳂I(yè)工序的創(chuàng)新發(fā)展，提升了工程施工的質(zhì)控水平，一方面有利于提高工程施工質(zhì)量，另一方面可降低工程建設(shè)資金，獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

通過(guò)綜合運(yùn)用各項(xiàng)數(shù)據(jù)傳輸程序，數(shù)字化機(jī)械攤鋪控制系統(tǒng)可正常啟動(dòng)，并開(kāi)始作業(yè)環(huán)節(jié)，激光發(fā)射器發(fā)射高精度的3D激光墻信號(hào)，信號(hào)收發(fā)設(shè)備間存在建筑物、路牌標(biāo)識(shí)等各類障礙物，不利于快速準(zhǔn)確地傳輸信號(hào)，影響到攤鋪系統(tǒng)作業(yè)的準(zhǔn)確度。

激光發(fā)射器的數(shù)據(jù)發(fā)射距離最近為300 m、最遠(yuǎn)為1 500 m，其周邊環(huán)境不可避免地會(huì)影響到發(fā)射效果，這就需對(duì)發(fā)射器做加密處理，并加大換站工作量，提高激光發(fā)射效果。現(xiàn)實(shí)中，過(guò)多換站或者采用不同的數(shù)字化控制系統(tǒng)，誤差疊加后會(huì)降低攤鋪精確度，無(wú)法實(shí)現(xiàn)施工目標(biāo)。

3 應(yīng)用效果分析

相較于傳統(tǒng)的機(jī)械控制管理系統(tǒng)，數(shù)字化控制系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢(shì)。采用該系統(tǒng)攤鋪瀝青路面，不僅有利于降低工程建設(shè)成本，而且具有良好的社會(huì)效益。

3.1 降低建設(shè)成本

科學(xué)運(yùn)用此系統(tǒng)，可提升施工速度，縮短工期，節(jié)約建設(shè)費(fèi)用。工作人員通過(guò)系統(tǒng)顯示屏完整讀取監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，及時(shí)了解路面攤鋪狀況，防止出現(xiàn)路面壓實(shí)不到位的情況，確保在建設(shè)預(yù)算內(nèi)，按期完成道路工程建設(shè)[9]。

3.2 全面管控操作流程

通過(guò)壓實(shí)、攤鋪監(jiān)控子系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)攤鋪施工各項(xiàng)參數(shù)的有效監(jiān)控，例如壓實(shí)速度、行進(jìn)軌跡等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，便于進(jìn)行快速調(diào)整，實(shí)現(xiàn)施工全過(guò)程管控。

3.3 提升管理水平

工作人員運(yùn)用該系統(tǒng)，可線上實(shí)時(shí)掌握路面壓實(shí)及攤鋪情況，獲取壓實(shí)質(zhì)量信息，了解到各樁號(hào)路面的壓實(shí)度。將全部數(shù)據(jù)收集存儲(chǔ)，構(gòu)建施工質(zhì)量反饋機(jī)制，一方面有利于提升管理水平，另一方面還便于后續(xù)返工或養(yǎng)護(hù)[10]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，將數(shù)字化機(jī)械過(guò)程控制技術(shù)應(yīng)用于瀝青路面的攤鋪及壓實(shí)過(guò)程監(jiān)管，有利于提升施工質(zhì)量及作業(yè)效率，在道路工程建設(shè)方面意義重大。全面掌握并應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，需要根據(jù)道路施工的具體要求，綜合運(yùn)用各種自動(dòng)化設(shè)備，準(zhǔn)確安裝以確保有效運(yùn)行，便于收集路面攤鋪混合料溫度、壓實(shí)遍數(shù)以及行進(jìn)軌跡等數(shù)據(jù)，做好數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)工作，并通過(guò)分析各項(xiàng)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際施工情況，完善施工模式，調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)，全面管控瀝青路面施工流程，從而有效提高路面施工質(zhì)量。

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