沥青路面智能施工监控系统在开春高速公路的应用

白志斌

(中交第四航务工程局有限公司，广州 510230)

0 引言

随着“互联网+”概念被逐渐推广，信息化在各个方面的应用取得了很好的成效。高速公路建设中常存在着监控困难、信息记录不全面、施工质量管理监测手段不直观等问题，因此，亟需融入信息化技术[1]。随着高速公路通车里程的不断增加，公路建设的质量和服务水平要求也不断提高。

本文针对传统路面施工管理方法的不足，在开春高速公路路面施工过程中，应用路面智能施工监控系统。通过各类传感器和定位设备的合理布设，达到数据实时、连续采集、传输、统计分析和信息反馈的目标，实现施工过程控制、整体检验、实时反馈，保证了路面施工质量，满足了公路工程建设精细化和信息化的要求。

1 系统构成

沥青路面智能施工监控系统基于“物联网”技术[2]，在沥青混合料拌合楼、运输车、摊铺机、压路机上安装数据采集设备，构造一个覆盖路面施工全过程的网络[3]。开春高速公路沥青路面智能施工监控系统包括拌合、运输、摊铺、碾压等四个子模块，构成了开春高速公路沥青路面智能施工监控系统。

1.1 沥青拌合楼生产过程智能监控

沥青拌合楼智能监控系统由采集软件、数据发送终端、电源适配器、RS232串口连接线等组成。监控指标包括：生产层位、混合料类型等信息，包括各个料仓、沥青、矿粉的实际重量和目标重量以及两者的偏差比例，油石比、级配、关键筛孔通过率、拌和周期和出料温度信息以及当日预警信息。系统根据出料时间实时刷新，前场施工人员和管理者可对生产情况进行实时查询。

图1 沥青拌合楼生产智能监控

1.2 沥青混合料运输过程智能监控

沥青混合料运输智能监控由电子标签、RFID识别器、数据发送终端、M12接口连接线等组成。混合料运输监控系统可识别运输车车辆信息及装卸料、运输、摊铺时间等信息，具备混合料溯源和运输监控作用，将摊铺现场和拌合现场相衔接，保证运输车在有效时间内及时到场和卸料。

图2 沥青混合料运输智能监控

1.3 沥青路面摊铺过程智能监控

沥青路面摊铺智能监控由LED显示屏、红外温度传感器、GPS天线、终端主机、M12接口连接线等组成。沥青摊铺智能监控系统基于红外温度传感器阵列，实时采集整个摊铺断面的温度数据，全断面控制沥青路面温度离析；通过基站与GPS定位，实时记录混合料摊铺速度；通过LED显示屏实时发布温度数据与速度数据，并将摊铺数据实时发送至远程后台服务器计算中心进行存储和分析，并定期生成摊铺作业报告[4]。

1.4 沥青路面碾压过程智能监控

沥青路面碾压智能监控由LED显示屏、红外温度传感器、GNSS天线、终端主机、M12接口连接线等组成。沥青路面碾压智能监控系统基于基站与移动站的差分计算，对压路机进行cm级定位，实现碾压速度的精确采集；基于LED显示屏现场实时展示碾压温度、碾压速度；利用温度传感器采集压路机的碾压温度[5]；碾压数据能通过无线传输及时上传到远程后台服务器计算中心，进行数据统计、分析以及实时监控。

图3 沥青路面摊铺/碾压智能监控

2 工程应用

开春高速公路全长83.02km。全线设置桥梁30 572m/33座(含互通立交主线桥、主线上跨分离式立交桥)，其中特大桥17 186.5m/10座，大桥13 233.5m/21座，中桥152m/2座。本文以开春高速公路路面2标段、3标段试验段的数据为基础进行分析。

2.1 试验段配合比

开春高速公路路面2标2020年7月19日进行普通AC-25C下面层试验段施工。拌合楼开机拌合时，系统自动向关键人员手机推送开机提醒信息，同时系统对拌合楼各档料设定的比例进行比对，未发现私自窜改的问题。系统录入的混合料生产目标比例见表1。

表1 下面层AC-25C混合料配比

2.2 拌合楼生产监控系统

生产过程中，拌合楼智能监控系统实时对路面2标德基5 000拌合楼每档料称量数据进行自动采集上传，实时分析生产过程指标波动情况。试验段施工时共收到2条轻度预警推送信息，最快时间内操作手对拌合机液压系统进行了应急处理，避免了生产波动的扩大化。当日管控系统对生产情况分析汇总见表2。

表2 下面层AC-25C生产配合比执行情况

通过表2分析，普通AC-25C总体生产热料仓实际用量与设定的配合比存在0.1%～1.0%的偏差，尤其是热料仓(0～3mm)生产存在波动较大，偏差最大达1%，生产时需认真对待管控系统的预警提醒信息，加强过程监控。生产期间拌合楼管控系统持续运行，系统整体应用情况较好。

图4 路面2标普通AC-25C下面层油石比逐盘波动

图5 路面2标普通AC-25C下面层矿粉逐盘波动

图6 路面2标普通AC-25C下面层集料逐盘波动

2.3 混合料运输监控系统

运输过程中随着时间的增加，沥青在长周期高温环境下存在老化现象。开春项目混合料运输车辆均安装了电子标签识别卡，记录车辆出拌合站到摊铺对接期间的运输时长，对超过2h的车辆进行预警处理，并有现场负责人及时了解情况，确保混合料的质量。同时通过拌合站和摊铺机上安装的识别器，记录运输车装料期间对应到拌合楼对应时间段的配合比信息，并借助摊铺机智能管控终端准确地记录某一车料具体的摊铺路幅、层位、桩号区间，为后期质量溯源分析提供数据依据。开春高速公路路面下面层施工周期内混合料运输情况较好，运输时间平均值为52.4min，超时占比为0。

2.4 沥青路面摊铺监控系统

通过在开春高速公路现场摊铺机上安装智能管控终端及配套监测传感器，对试验段下面层的摊铺速度、温度进行实时连续监测，取代传统人工间断测量，减少安全风险源。系统显示平均速度为1.6m/min，平均温度为153℃，满足施工质量控制标准。通过系统发现摊铺速度变异系数较大(表3)，分析为换料等待次数较多，在后续施工中加强运输车在途数量控制。摊铺温度总体合格率为86.22%，摊铺速度总体合格率为94.5%，现场摊铺施工质量控制较好，但是在高质量要求标准下，仍有相对的提升空间。

表3 下面层试验段摊铺温度与速度

图7 下面层摊铺速度

图8 下面层摊铺温度

2.5 沥青路面碾压监控系统

沥青路面碾压是施工过程的一个重要环节。开春项目通过在压路机设备上安装高精度定位终端，实时对每一个区域的碾压遍数和碾压速度实时监测，并通过车载平板上的遍数云图指导操作手合理规划碾压路线，保证遍数达标。同时配备温度监测传感器，实时采集并上传碾压温度数据，对散热较快的区域进行智能提醒，并建议管理人员增加碾压遍数，确保碾压质量。从表4数据统计分析可知，路面碾压温度平均值为123℃，变异系数为6.99%，路面碾压速度平均值为5.9km/h，标准差为0.5km/h，路面碾压速度、碾压遍数合格率为100%。压路机数据分析结果表明，下面层试验段碾压过程关键参数控制较好，总体数据保持在合格范围内，但碾压速度偏快。为保证碾压成型后的沥青路面质量，需加强对操作手驾驶技能的培训。

表4 下面层试验段碾压温度与速度

图9 下面层碾压速度

图10 下面层碾压温度

3 结语

开春高速公路路面工程通过对拌和、运输、摊铺、碾压环节安装智能监控设备，将各环节施工数据通过无线网络实时传输至远程云计算中心进行存储和计算分析，实时展示现场施工情况。开春高速公路路面智能监控系统经试验段应用，总体应用情况较传统管理手段有很大的改进。通过应用智能化监控系统可使项目管理者减少出现场的频率，通过移动端全面掌握施工数据，节约了项目人力成本，间接地杜绝返工现象，从而降低施工成本。通过路面施工全过程监测与预警管控，提升了项目总体施工质量。此外，监控系统数据的溯源功能，也为开春高速公路运营养护期决策方案提供了数据分析基础。