基于公路工程的路面機械智能化施工技術分析

摘要 近年來，以云計算、大數據為代表的智能化技術發展迅速，已成為推動各個產業快速發展的重要動力。但當前的路面施工技術智能化水平較低，施工管理水平及施工質量還有待提升。基于此，文章闡述了路面施工技術存在的主要問題，分析了路面機械成套智能化的施工技術，指出了公路施工機械的智能化發展趨勢，旨在推廣路面機械智能化施工技術的應用，提高路面施工質量。

關鍵詞 公路工程項目；路面工程；成套智能化；施工技術

中圖分類號 U416.2 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）13-0115-03

0 引言

公路工程施工技術是影響路面施工質量的主要因素，當前路面施工的智能化技術應用程度較低，施工過程得不到有效控制，路面壓實度與平整度與設計標準還有較大差距，嚴重影響了路面施工質量。該文采用機械成套智能化技術，實現攤鋪機、壓路機等設備的聯合作業，并運用智能管理系統對工程施工、設備操作進行了有效控制，有利于全面提升路面施工質量。

1 路面施工技術

路面施工技術事關工程施工質量，過去所用的施工技術較為落后，主要表現為：①現場施工管理不到位，施工環境混亂，各項工作雜亂無章。②施工質量檢驗主要采用人工方式，無法保證檢驗結果的準確性。③路面施工事故預防措施的預見性不足，多為事后檢查，施工人員的專業度達不到實際要求。采用機械成套智能化施工技術，各類施工機械可同時作業，并通過大數據技術及云平臺管理施工過程，實時監測路面施工質量，準確預測施工過程中可能出現的各種問題，并提前采取預防性措施，有助于全面提高路面的施工質量[1]。

2 路面機械成套智能化的施工技術分析

運用成套智能化機械施工技術開展路面施工，將用到各種路面機械設備及土石方壓實機，這就要求：①施工作業前，必須按照要求仔細調試設備；②嚴格規范作業設備的操控，實現高效作業[2]。該智能化施工技術的主要內容如下：

2.1 路面作業機群

智能化作業系統主要運用了路徑規劃技術、三維找平技術以及可視化技術，可極大提升路面施工的智能化水平，只需要極少施工人員，甚至無人化施工。采用數字化技術，科學協同管理作業設備，提高路面施工質量。該作業系統由應用層、感知層構成，具體結構如圖1所示。應用層是該系統的主要構成部分，其功能為：①實現各類路面作業設備的協同作業。②攤鋪施工過程中，可實現自動找平。③結合作業環境的實際要求，開展智能化作業。④路面設備作業時遇到障礙物，可自動避讓。⑤結合作業環境，及時調整作業路徑。⑥快速收集作業數據，并準確匯總記錄。感知層的主要功能是借助于各類定位、傳感設備收集數據，并發送給路面設備操作人員，指導其規范作業[3]。

圖1為該系統的主要結構：

（1）攤鋪機：攤鋪機屬于一種主要的路面作業設備，要實現無人駕駛作業，應在攤鋪機中安裝紅外線溫度感應裝置、定位天線和通信天線等裝置，實現作業數據的收集匯總，并傳輸至控制裝置，確保攤鋪機穩定、持續、自動作業。攤鋪機在鋪面過程中，可準確收集環境溫度等數據，全部存儲在成套系統中，并共享給作業設備管控平臺。運用路面施工設計參數及三維找平模塊，構建數字化平臺。數字化平臺的構建，可利用計算機數據平臺設計定位基站，在路面作業設備上安裝激光發生器，利用生成的數據實現自動找平，從而為路面施工提供幫助。綜合運用檢測到的各項數據，攤鋪機接收到指令信息后，實現無人化施工作業，應保持連續的無線通信，為攤鋪機的高效作業奠定基礎。定位基站的主要作用是將數據信息發送至攤鋪機操控系統，控制路面設備持續作業。攤鋪機上安裝有激光接收器及3D控制器，負責接收來自三維找平模塊發送的信息，進而提升設備作業效率及規范性[4]。采用3D自動化技術可實現攤鋪機找平，在控制器中輸入參數信息，得到數字化模型，可利用此模型在各種復雜環境中開展路面施工。利用坐標信息連續開展數據監測，得到展示路面施工的圖像信息，實現對施工作業過程的全程監控，保持連續的施工作業。攤鋪機上安裝有紅外掃描設備，能有效控制路面設備的作業溫度，提升施工作業的規范性，確保施工質量符合設計要求[5]。

（2）壓路機：現階段所用的壓路機主要包含鋼輪機、輪胎機兩類，無人駕駛壓路機的主要功能有：①作業過程中，前方出現障礙物時，能實現自動避讓。②路面壓實后，可收集壓實數據，準確監控施工作業路徑。③監控收集施工材料的溫度數據（如圖2所示），有效提升施工作業過程的規范性，確保達到施工作業標準。相較于攤鋪機，壓路機上安裝的智能設備較少，主要有溫度傳感器、加速傳感器以及REK定位設備等。利用檢測設備，可收集壓路機的運行數據，主要有作業溫度、行駛位置以及路面壓實度等，并借助相應算法設計路面的壓實作業方案。壓路機在作業過程中會對路面環境具有破壞力，需要安裝特殊的保護裝置，以減輕路面受到的破壞，提升作業質量，確保路面施工符合設計要求[6]。壓路機上安裝的保護裝置分別為：①電子圍欄，設定具體的施工作業區域，并利用電子設備監控壓路機作業，當超出施工區域時，壓路機立即停止作業。②組合式雷達，檢測到前方出現障礙物時，壓路機會自動降速或停車。③智能防撞設備，車身安裝有GPS定位系統，作業過程中應與其他作業設備保持一定距離，確保安全施工。

2.2 土石方壓實機

采用智能化系統管控土石方壓實機作業，可通過設定管控路徑實現無人化駕駛，最多可保證15臺壓力機同時施工作業；壓實作業環節比較穩定，可實現較高質量的壓實；該系統在機場建設工程項目方面具有廣泛的應用。壓實機的施工作業環節，需要做好如下布置：①合理布局移動控制基站，為壓實機的施工作業提供持續的通信保障，并安裝數量充足的發電機，確保作業環節有持續供電。②設計科學的施工工藝方案，準確測定施工區域坐標，在此基礎上設定壓實機作業速度。③各類路面設備聯合作業，通過智能化系統管控，實現無人化施工作業[7]。

人工手段檢測作業數據，基本是施工人員在作業完成后開始測量，測量數據的準確度與設計標準有較大差距。而采用智能化施工管控系統，一方面可進行現場實時檢測，具體分析施工作業環節，自動獲取數據，且具有較高準確度；另一方面還可以提取到路面壓實度及作業位置信息，將其與施工作業標準作比較，如果出現較大差異，可及時進行調整，為提升施工質量管控奠定基礎。施工作業過程中，應保證實際作業質量與施工技術要求相一致，合理管控路面作業設備；路面壓實作業時，應合理控制壓路機的行進速度及路面溫度，表1為路面碾壓相關參數。

2.3 智能管理系統

智能化作業系統的管理對象，主要為工程項目、作業設備及作業過程等，通過嚴格控制施工作業設備，提升工程作業質量。采用大數據技術提取施工現場數據，將其傳輸至質量管理系統后，系統能夠作出反饋指令，以指導作業設備嚴格按照標準要求施工作業，從而有效提高公路工程施工建設質量。該系統能通過可視化手段，輸出施工作業質量數據，數據追溯性也明顯提升，有利于充分發揮施工作業數據信息的價值，為提高施工質量奠定基礎[8]。

此外，用戶可在得到授權進入系統，然后根據實際需要下載打印施工資料，還可定制個性化模塊，滿足自身實際需求。設備管理系統利用大數據技術檢測現場施工的作業設備，提取設備運行數據，在此基礎上管控作業流程，施工作業效率明顯提升，工程施工質量也得到提高[9]。

3 公路機械的智能化發展趨勢

將智能化技術應用于公路機械的施工作業環節，能極大地提高機械設備的作業效率，一方面有利于充分發揮機械設備的價值作用，另一方面能有效提高公路工程施工作業質量。近年來，各種智能化技術已廣泛應用于公路機械控制，并取得了良好的效果，設備作業效率明顯提升，公路項目施工建設質量也越來越高。此外，還可將智能化技術應用于公路機械設備的研制生產，不但有利于增強設備的作業精度，還可擴展設備產品線，從而衍生出更多類型的公路機械，充分滿足各類公路工程項目的建設需要。

3.1 提高故障診斷和處理水平

公路機械設備應用于工程施工作業，作業強度高、運行時間長且施工作業環境惡劣，極易出現各種機械故障。將智能化技術應用于公路機械的故障檢測，有利于提高檢測精度，快速鎖定故障部位，并判斷出故障的嚴重程度，從而及時安排技術人員開展設備檢修工作。利用智能化技術手段實時監控設備作業過程，可及時發現并解決設備故障，有利于防止故障進一步擴大，避免造成更大的經濟損失。智能化技術的廣泛應用，對于提升設備故障診斷及處理水平具有重大意義。

3.2 建設完善網絡化體系

公路機械設備作業過程中，面臨的施工作業任務非常重，施工現場環境、施工人員等因素都會直接影響設備的運行效率。施工作業環節，部分機械設備發生故障時，將被安排撤離現場接受維修；為確保工程持續作業，不影響工程建設效率，需要各種路面設備聯合作業。為滿足工程項目實際作業需求，需要建立智能化網絡機群，推動壓路機、攤鋪機等設備的相互配合作業，同時充分發揮智能化技術的作用，提升網絡化體系管控水平，提高路面設備作業效率。今后公路機械的應用發展，需要融入更多最新的智能化技術，有效管控公路機械，提高設備作業效率及作業質量。所以，應持續加大人力物力投入，不斷完善公路機械智能化管理體系，為提高公路建設質量提供保障[10]。

3.3 實現數據分析和處理

隨著云計算、物聯網以及大數據等技術的快速發展及應用，現已開發出各種智能化系統，包含機械設備硬件與軟件系統，數據處理水平不斷提升。采用軟件系統可高效處理機械設備的運行數據，實現對設備的實時監控，也可及時發現故障，便于采取處理措施。在機械設備的研發設計環節，應充分運用智能化技術，提升設備的應用性能。運用智能化技術構建機械設備智能管理體系，充分發揮技術在提升數據處理速度及準確性方面的優勢，確保機械設備符合智能化運行條件，以提高公路機械設備的運行效率，推動公路建設的快速發展。

3.4 融合多種信息技術

信息技術是搭建公路機械智能化系統的關鍵性要素，直接關系到系統的完整性及運行效率。傳感器屬于常見的智能化設備，其主要作用為：①收集公路設備的各項運行數據，例如作業溫度、運行功率以及運行壓力等，幫助設備操控者及時、全面地掌握設備的運行狀況，在此基礎上不斷完善公路設備的運行體系，確保各類路面設備施工作業的安全、穩定。②傳感器的應用是實現無人化施工作業的重要基礎，機械設備操控者借助于傳感器，可隨時了解掌握設備的運行狀態；智能化系統接收到設備運行數據信息并經過分析后，若發現設備運行狀態存在問題，則可通過智能化系統實行遠程操作，調整設備運行參數，改善運行質量，確保符合施工作業要求。公路機械智能化系統融合了多種新型的信息技術，一方面有利于提升設備的運行效率，另一方面能減少建筑企業的施工作業成本，創造良好的經濟價值，這對公路機械的應用發展具有重要意義。

4 結語

綜上所述，該文全面分析了路面機械成套智能化施工技術，得出如下結論：

（1）通過運用機械成套智能化技術，實現無人化施工作業，有利于全面提升公路機械的作業效率及施工質量，同時路面平整度及壓實度也得到明顯提高。

（2）為提高公路工程施工質量，需要構建聯合作業機群，運用信息技術遠程操控，分析機械運行信息，發現問題及時調整設備運行參數，確保設備高效運行。

（3）智能化施工技術的應用，有利于降低施工作業成本，具有較高的經濟價值，可廣泛推廣應用。

參考文獻

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收稿日期：2024-01-24

作者簡介：楊彰元（1993—），男，本科，助理工程師，從事公路工程施工技術工作。