沥青路面摊铺工程中智能监控系统的应用

陶然

（中国市政工程西南设计研究总院有限公司）

1 工程概况

四川省都江堰-郫县-成都高速公路某合同段，路线全长47km，该高速公路为双向全封闭高速公路，设计速度为120km/h，该路段施工涉及的单幅桥梁数量为83座，单幅隧道的数量为15座。

为了更加科学地管理沥青路面摊铺施工，控制好施工过程中的各项参数，实现全过程管理，本路段工程在实际施工中应用了PCS900自动控制摊铺系统。

2 智能监控系统结构

该路段施工中，涉及的智能监控系统主要由以下部分构成：

①针对沥青材料生产过程的智能监控系统，不仅有利于更好地监控原材料配比，而且以动态的形式监控材料加工过程，进而全面提高沥青材料的生产质量；

②针对沥青混合料拌和过程的监控系统，以动态监控方式监控原材料的拌和温度和时间；

③针对沥青材料运输车的监控系统，主要控制沥青混合料装卸料时间、卸料位置等；

④针对沥青摊铺过程的监控系统，实时获取沥青混合料的摊铺速度和温度；

⑤针对路面碾压过程的监控系统，实时获取压路机的工作参数，比如压实遍数、压实速度和压实温度等。

在实际碾压施工前可以选择任意标准路段获得压实参数信息，为整个公路的沥青路面工程施工提供参考。在传统碾压工作模式下，碾压完成后需要工作人员选择若干点测量压实度。但在该项目中，工作人员在碾压的过程中通过观察智能监控系统的显示屏即可判断是否存在碾压或者超压问题，可以及时采取有效措施进行处理。

3 沥青材料生产监控系统

①为了满足沥青拌和站远程质量监控的需求，必须建立在目标配合比设计与实际生产配合比计算系统上，发挥沥青材料生产监控系统作用，同时配合应用B/S技术。

②沥青材料生产监控系统中，专家数据库模块是非常重要的部分之一，可以分析沥青材料生产数据信息，针对异常数据发出警报。在该模块的作用下，沥青材料生产监控系统完成了向动态质量监控系统的升级。

③实时监控材料级配、温度、摊铺厚度、摊铺温度、碾压温度等，一旦发现任何一个指标未达到相应的标准，系统就会向管理者提出警报，警报的方式一般为短信。

④沥青材料生产监控系统的应用保证了供料及时性，防止溢料问题，降低了材料浪费率，继而提高了拌和站生产效率，节省了供料生产建设过程中的成本。

⑤利用服务器对当天生产和当月生产的数量和质量进行对比分析，一旦发现问题立即调整生产过程，将质量问题带来的经济损失降到最低。

4 沥青路面质量监控系统

该系统功能的发挥主要由以下步骤完成：获取数据、传输数据、接收数据、分析数据、处理数据、结果呈现。沥青路面质量监控系统包含三个子系统：沥青混合料拌和实时监控子系统、摊铺过程监控子系统以及压实过程实时监控子系统。对于整个系统来说，各子系统具有一定的独立性，各个子系统之间的联结可通过中间件共享数据库实现。同时，公路项目管理人员通过质量监控系统获得施工数据，然后对数据进行计算和分析，给项目后续的开展提供科学的依据和参考。

4.1 拌和站监控子系统

沥青拌和站监控子系统的主要功能是以动态的监控形式监测拌和站内的集料以及沥青质量。硬件是将工控机安装在沥青拌和站的计算机上，工控机获取数据后将数据和信息传输到服务器，系统内部软件会分析和处理数据，得出最佳的油石比以及关键筛孔等参数。系统内部软件还会根据数据绘制图形，并将绘制出来的图表传输到终端设备，工作人员通过观察终端显示器上显示的图表监控沥青混合料级配过程，当沥青混合料参数或者拌和指标超出一定的范围，系统会给出预警，向项目管理人员发出提醒警报，提醒警报的方式一般为短信[1]。

本文工程路面沥青摊铺工作量较大，需要的沥青混合料量较多，在生产沥青混合料的过程中常常会发生级配超过设定范围的现象。为此，生产沥青混合料时必须严加管控，将级配范围控制在设定范围的6%以内，否则沥青混合料会被视为“级配失稳”。拌和站监控系统能够筛选生产数据，让混合料的质量变得更加可控。生产沥青混合料的过程中必须综合考虑实际情况以及设备情况，限定更加科学的、可行的生产参数范围，生产参数范围过宽或过窄，都无法达到监控沥青混合料质量的目的。

本项目中沥青拌和站监控系统后台软件应用的模式为全网页模式，在这个后台中，参与该项目的各方具有不同的权限，具体来说，后台网页页面刷新频率为次/5min；应用图标直观地展示各类参数和指标；实时更新沥青拌和过程中的数据和信息；统计和计算任意时段的混合料的生产总量和生产合格率；方便操作人员和管理人员更加直观地观察数据变化。

4.2 摊铺监控子系统

摊铺监控子系统主要由摊铺机运行监测系统、网络模块、摊铺过程监测系统以及数据分析系统构成。通过该子系统，工作人员及时掌握摊铺作业施工中沥青混合料的摊铺厚度和温度，工作人员根据这些参数调整摊铺过程，进而提高摊铺质量[2]。在摊铺监控子系统中，不同的结构具有不同的功能。

①摊铺机运行监测模块：主要作用是实时采集摊铺机的运行数据。

②网络模块：作用是将现场采集到的数据和信息传输到数据分析中心，数据分析中心完成数据和信息的分析后，该模块负责将处理后的结果呈现给管理人员。

③摊铺过程检测模块：该模块主要是利用传感器收集熨平板信息和数据，根据这些信息和数据分析熨平板是否存在振动和倾斜的情况。

④数据分析模块：根据实际采集高程和设计下铺面厚度，对路面摊铺高程和厚度进行计算，实现动态监测摊铺厚度的目的。

4.3 碾压监控子系

压实机监测子系统的主要功能是在路面碾压过程中实时监管沥青混合料的碾压质量，主要由压力机碾压数据采集模块、碾压数据传输模块两大模块内容构成。

①压路机碾压数据采集模块：该模块算法原理为RTK，利用该算法获得压路机的碾压数据，再应用三角定位原理获得压路机运行数据。

②碾压数据无线传输模块：压路机在运行过程中会产生各类数据和参数，该模块的主要作用是将这些参数和数据传输到服务器，整个过程通过无线分组服务技术实现。数据传输到数据库后，系统利用内置算法进一步分析和处理数据。

4.4 数据处理模块

①数据处理模块中，三角定位算法可用于摊铺作业施工中，计算和分析压路机的运行轨迹和运行速度。

②根据压路机运行参数和信息判断该路段是否存在“漏压”或“超压”问题，一旦存在立即采取处理措施，保证各个位置的压实度都达到设定要求。

③利用数据传输技术将以上数据处理的结果和报告传输到项目管理工作人员，为管理人员后续施工决策提供科学的依据和参考。

5 结语

在科技飞速发展的背景下，智能监控系统在沥青路面摊铺施工中的应用已成为大势所趋，该系统的应用提升了沥青路面摊铺施工效率，将人为因素给沥青路面摊铺施工造成的影响降到最低，与此同时，还能发现摊铺作业施工中存在的各种问题和不足，对提高沥青路面平整度、改善公路工程建设施工水平具有积极的意义。