高速公路新型多功能智能道路标线设备研究

马建磊 刘 阳 王行行

（中交公路养护工程技术有限公司，广西 南宁 530200）

0 引言

随着我国经济水平的不断提高，高速公路交通快速发展，公路基础设施建设工程量巨大，道路施工完成后需要对已建成的道路进行标线，道路标线可以对道路上行驶的车辆起到隔离和分流的作用。道路标线中的线条、箭头、文字、路标等对高速公路上的驾驶员起到提醒警示作用的同时，也可以规范驾驶员的驾驶行为，使其不影响周围其他车辆的安全行驶，进而可以增强高速公路的通行能力，防止交通堵塞，有效引导交通车辆安全有序地出行。

目前，国内常见的道路标线设备主要有3种：手推简易划线机、乘架式划线机、车载式划线机。这3种设备的标线机控制系统设计得还不够完善，实际的喷线部位喷线不精准，喷涂过程需要提前在地面上粘贴胶条线，机器总体上的智能化水平较低，设备使用时对操作工人的技能依赖性过高，施工效率低。因此，该文针对目前划线设备及其施工过程存在的问题进行研究，研发一种集清扫、划线、喷涂、加热为一体的多功能智能移动式路面标线装置，该文探讨了多功能智能标线设备的构成、优势及应用前景。

1 工程概况

该文以贵阳至黄平高速公路项目为例，研究多功能智能移动式路面标线装置在道路标线施工中的应用。高速公路连通贵阳至怀化路段，全长约336km，项目建成后，贵阳至怀化的距离比江翁通道缩短了39km，比沪昆通道缩短了60km，即将成为从贵阳东出省里程最短、技术标准最高的高速公路。该项目为双向六车道设计，路基宽度约34m，设计车速100km/h，桥梁设计荷载为公路 I 级。

项目所在地区海拔1100m左右，属亚热带季风气候，同时具有高原性气候特点，年均气温15.1℃，年极端高温35.1℃，年极端低温-7.3℃，年均降水量为1130mm，高速公路路面夏季多雨水，冬季易结冰。施工人员在下雨或是在冰冻的路面进行路面标线时，因视线和路面环境不好，会影响道路标线的施工进度，同时，在已经残缺破损的道路上对旧标线进行重新标线时，周围会不断有车辆高速驶过，存在一定的安全隐患。

目前，如何快速高效地对道路进行标线是该项目施工中亟待解决的问题，研发一种多功能智能路面标线装置，可以满足道路标线时对地面清扫、标志划线、标志喷涂、涂料加热等功能的要求，同时提高道路高标线设备的智能操作水平，提升施工效率，具有较强的工程实践价值，将会对路面快速标线施工大有裨益。

2 研发新型多功能智能道路标线设备的必要性

我国目前主要的划线方式有热熔划线和冷喷划线2种，热熔划线技术是指将加热熔化后的油漆通过热烫技术直接喷烫到地面上，热熔技术操作的工艺流程较为复杂，对路面情况要求较高且造价较高，所绘制的标识经久耐用；冷喷划线技术在施工时不需要对涂料进行加热，可以直接在常温条件下将涂料稀释后喷划到地面上，冷喷技术操作的工艺流程较为简单，对路面情况要求较低且造价低，但所绘制的标识使用时间不长，需要经常再次喷涂更新。

目前，国内外的道路标线设备有以下3种：手推简易划线机、乘架式划线机、车载式划线机。

手推简易划线机体积小、灵活方便、操作简单，但是喷涂作业对人工的依赖性较高，工人的技术水平直接决定了划线的质量，人工投入较大且工作速度慢，工作效率较低。随着公路划线工程量的不断增加，采用手推简易划线机进行道路划线施工已经很难满足当前的实际划线需求，因此，需要引进较为先进高效的道路划线机进行道路划线。

乘架式划线机与手推简易划线相比更智能，但是仍然需要依赖人工进行绘制基准线、自动化程度相对不高，依然无法当前满足道路施工的日益增长的实际需求。

车载式划线机是目前最先进的一种道路划线设备，全套的划线设备均可以在车辆上进行施工操作，该设备也存在需要依赖人工进行绘制基准线，自动化程度相对不高的问题，因此，研发一种可以自动定位、喷涂的多功能智能标线装置十分迫切。

3 新型多功能智能道路标线设备

3.1 研发思路

现有的道路标线主要还是以人工为主，人工标线容易使线条出现歪斜，甚至导致线条的边缘部位发虚、不清晰，经过长时间的风吹雨打，标线从边缘部位开始磨损，同时人为标线还存在标线效率低的问题。现有技术中也有一些辅助标线设备，辅助标线设备能够在一定程度上提高标线效率，但是这些设备上的标线笔依旧需要人工去移动才能进行划线，同样存在线条出现歪斜，线条边缘部位不清晰的问题。

标线设备在标线前需要对标线的路面进行局部清理，现有的清理过程也主要是以人工为主，人工对路面进行局部清理，其不仅清理效率低，而且对隐藏在路面砂石缝隙里面的灰尘清理不干净；现有的路面在进行局部清理时也有一些辅助清理设备，但是清理设备和标线设备大都是分开作业的，需要先使用清理设备将路面局部清理完成后，再进行标线作业，导致施工效率低。

针对以上问题，该项目研发了一款新型的集清扫、标线为一体的移动式多功能智能路面标线装置，为高速公路快速高效率标线提高设备支持。

3.2 设备组成

新型智能标线设备需要同时满足自动清扫、划线、喷涂、加热等几大功能，该项目根据以上需求进行研发，设计了一款集清扫、标线为一体的移动式路面标线装置，该新型智能标线设备由固定框架、纵向移动机构、横向移动机构、划线机构、清扫机构、加热机构等六大部分组成，装置组成示意图见图1，每个组成部分的具体结构功能介绍如下。

图1 清扫、标线为一体的移动式路面标线装置

固定框架是整个标线设备的主体结构，由方形的4个钢架组成，底部设置移动滚轮，可以使整个装置在路面上进行移动，端部带有传动装置，可以使纵向机构沿着传动带沿顺着框架的纵向进行移动，固定框架的四周固定有吸盘，可以使框架和地面通过吸盘连接，4个角上设置4个支撑抓，支撑抓可以在设备使用时将框架整体固定在施工位置正上方，固定框架构造示意图见图2。作为整个装置的支撑结构，固定框架的主要作用是支撑上部其他各结构，同时，在准备划线的区域固定框架，便于后期清扫、喷涂划线等工作进行。

图2 固定框架构造示意图

支撑爪包括第一支撑驱动件、铰接架、支撑杆、第二支撑驱动件、移动套筒、拉伸杆、吸盘连杆、吸盘和移动滚轮，第一支撑驱动件与固定框架连接，铰接架与固定框架铰接，第一支撑驱动件的动力输出端通过铰接架与支撑杆铰接，移动套筒套设在支撑杆的外侧并与支撑杆滑动连接。第二支撑驱动件与支撑杆固定连接，第二支撑驱动件的动力输出端与移动套筒铰接，移动套筒的外侧壁上铰接有多个拉伸杆，多个拉伸杆之间并列设置，支撑杆的底部铰接有多个吸盘连杆，吸盘连杆的数量与支撑杆的数量相同，吸盘连杆顶部端面上设置拉伸杆滑槽，拉伸杆的一端部放在拉伸杆滑槽并与拉伸杆滑槽滑动连接，吸盘连杆的底部设置吸盘且吸盘与吸盘连杆铰接，移动滚轮连接在支撑杆的底部。

纵向移动机构是和固定框架直接连接的钢架结构，纵向移动机构的放置方向与固定框架长度方向的钢架垂直，其四端设置移动滑轮，内部设置纵向驱动机构，可以根据系统设定的位置坐标沿着固定框架长度方向的钢架进行移动到达指定位置，同时，纵向移动中间与横向移动机构垂直连接，横向移动机构可以在纵向移动机构两根长度方向的钢架内侧进行滑动，纵向移动机构构造示意图见图3。

图3 纵向移动机构构造示意图

纵向移动机构包括纵向驱动机构和纵向移动架，纵向驱动机构包括纵向驱动件、纵向传动轴和纵向传动皮带，纵向驱动件与固定框架固定连接，纵向驱动件通过纵向传动轴与纵向传动皮带连接，纵向移动架上设置滑动滚轮机构，纵向移动架通过滑动滚轮机构与纵向传动皮带连接，固定框架的内侧设置纵向滚轮滑动槽，滑动滚轮机构置于纵向滚轮滑动槽内并与纵向滚轮滑动槽滑动连接。

横向移动机构是和纵向移动机构直接相连的钢架结构，位于纵向移动机构的内侧，与纵向移动机构长度方向的钢架垂直连接，其四端设置移动滑轮，内部设置横向驱动机构，横向移动机构可以根据系统设定的位置坐标沿着纵向移动机构长度方向的钢架进行移动到达指定位置，同时，横向移动机构中部设置喷涂装置，可以将喷涂装置精确定位到系统设置的坐标位置，并根据系统预设的标线形状进行自动绘制，横向移动机构构造示意图见图4。

图4 横向移动机构构造示意图

横向移动机构包括横向驱动机构和横向移动架，横向驱动机构包括横向驱动件、横向传动轴和横向传动皮带，横向驱动件与纵向移动架固定连接，横向驱动件通过横向传动轴与横向传动皮带连接，横向移动架上设置滑动滚轮机构，横向移动架通过滑动滚轮机构与横向传动皮带连接，纵向移动架的内侧设置横向滚轮滑动槽，滑动滚轮机构置于横向滚轮滑动槽内并与横向滚轮滑动槽滑动连接。

滑动滚轮机构包括滚轮、滚珠、顶紧件、间距调节件和调节滑块，滚轮沿轴向设置安装孔，纵向传动轴或横向传动轴延伸至安装孔内，滚轮通过滚珠与滚轮滑动槽的底壁连接且滚珠与滚轮的接触面积大于滚珠外表面面积的1/2。调节滑块置于安装孔内，纵向传动轴或横向传动轴通过调节滑块与滚珠连接，滚轮沿径向设置间距调节孔，间距调节孔与安装孔连通，滚轮上还设置顶紧件孔，所述顶紧件孔与间距调节孔连通。间距调节件置于间距调节孔内且间距调节件的一端部延伸至纵向传动轴或横向传动轴与调节滑块之间，间距调节件的另一端部延伸至顶紧件孔上方，调节滑块与间距调节件接触的倾斜面，顶紧件置于顶紧件孔内且顶紧件与间距调节件接触。

3.3 应用前景

与传统的划线设备相比，新型智能标线设备具有明显优势，设备将清扫与划线进行了一体化设置，通过同一设备完成路面清扫和路面标线，方便了清扫和标线工作，节省了时间，提高了效率，通过横向移动机构和纵向移动机构移动标线位置，不需要人工操作划线，不会出现线条歪斜、线条边缘不清晰的情况，新型智能划线设备功能齐全，灵活多变，环境适用性强，具有很好的工程应用前景。

贵阳至黄平高速公路项目中广泛使用了集清扫、标线为一体的移动式路面标线装置，路面划线的速度和质量都提高了很多，设备定位精准，操作便捷，搬运方便，节约成本，施工效率高，新型多功能智能道路标线设备具有很好的市场推广价值。

4 结语

该文以贵阳至黄平高速公路项目为例，与传统的划线设备对比，对集清扫、标线为一体的移动式新型多功能智能路面标线装置进行了系统研究，得出以下结论： 1） 集清扫、标线为一体的移动式新型多功能智能路面标线装置同步实现了路面清扫和标线工作，缩短了工期，提高了效率，消除了对人工操作划线的依赖，绘制的线条平齐、线条边缘清晰。2） 开发的移动式新型多功能智能路面标线装置由固定框架、纵向移动机构、横向移动机构、划线机构、清扫机构、加热机构等构造组成，这些构造设计考虑充分，联动效果好，保证了清扫、划线的质量。3） 将集清扫、标线为一体的移动式新型多功能智能路面标线装置应用到高速公路的划线施工中是可行的，达到了高效、简洁、快速施工的目的。