智能化管控技术在滁天高速路面施工中的应用

文｜长沙云软信息技术有限公司 肖利君；安徽省交通控股集团有限公司 许泽宁；长沙云软信息技术有限公司 王娅蓉

滁天高速公路采用沥青混凝土路面施工，工程主要分为6 个标段，本文以项目第三和第四标段为例进行路面施工介绍。标段内软弱土（粉质黏土）分布里程为450m，厚度1.5～7.0m，弱膨胀土分布里程为1150m，总体工程地质条件一般。主线路面具体结构层为4cm AC-13C（改性）+6cm AC-20C（改性）+8cm AC-25C ，基层采用36cm 水泥稳定碎石，底基层采用20cm 低剂量水泥稳定碎石。施工材料的好坏及施工工艺的优劣对路面质量起决定性作用，若能对沥青路面的施工进行全流程把控、精细化管理，则对提高高速公路施工质量具有极大的应用价值。随着信息化、物联网、移动通信5G、高精度定位技术的快速发展，开展高速公路沥青路面施工的智能化管控也成为可能。

1.沥青路面质量问题分析及解决思路

沥青作为路面施工中一种重要的原材，其生产及运输是造成材料质量问题风险的关键因素，从源头把控项目使用沥青的唯一性是工程界所需解决的重要难题[1-2]。在混合料的拌合过程中，对原材料级配、拌合温度、油石比、水泥参量、骨料用量及拌合时间等缺乏过程监管，只能单方面地按照抽检手续抽查小部分混合料质量情况，并不能真实反映全部混合料生产状况。混合料运输时到场时间无法保证，运输过程中可能存在调包现象等，均可能影响混合料的使用质量[3]。沥青混合料摊铺时，摊铺速度直接影响摊铺面的平整度；摊铺温度的不合格使摊铺机熨平板出现拉毛现象，直接影响摊铺效果，沥青混合料出现温度离析将引起不均匀的路面压实度分布，从而降低路面平整度并大大缩短沥青面层的使用寿命。碾压环节中，初压、复压及终压各阶段的碾压遍数及碾压温度无法实时掌控，超速碾压现象频发导致路面平整度下降等缺陷，均增加了压实效果不理想的几率[4-5]。

基于上述问题，本文结合物联网设备采用智能化监控技术实施监测[6-8]，重点监管沥青原材的运输，确保项目使用沥青的唯一性；在混合料拌合过程中，对其生产过程关键参数进行动态监控，并设置相应的阈值，以预警信息的方式反馈给管理人员；对混合料的运输时间、运输轨迹进行监测，确保施工用料的溯源性、真实性、有效性；对摊铺机的摊铺速度、摊铺温度、摊铺时间进行监测，确保路面平整度达标、避免温度离析带来的面层寿命降低等问题；监测压路机的压实温度、压实遍数、碾压速度等，从而避免欠压、过压等问题的发生。

2.施工材料生产及运输的智能管控

2.1 改性沥青生产监管

通过安装在改性沥青生产加工工控机上的采集软件，实时获取生产过程中的各项指标，如加工温度、聚合物与基质沥青的比例（SBS 掺量）、发育时间周期等；通过现场安装PCI 串口卡、无线模块，将数据发送至服务器；设置数据分析模型，自动分析产品生产稳定性、计量稳定性和关键参数的变化趋势等，同时设置预警上下限，方便生产管理人员及时处理，确保产品质量合格。

2.2 沥青运输过程监管

在沥青运输车辆车顶灌装入口处和罐底出口处安装电子锁，根据开锁权限配置实现远程开锁功能，同时加装移动式车载视频监控实时获取现场画面。生产厂家沥青充装完成后，供货商在系统内新建一条供货信息，将运输车牌号、驾驶员信息、沥青型号参数、重量、预计运输时间等信息上传系统，检测报告随车携带并上传平台，将运输车辆沥青罐所有出入口电子锁锁定；并在系统内申请发车，经监理、业主等代表会签同意方可发车。

在运输车辆安装车载GPS 设备，实时获取车辆位置及运行轨迹，系统预设路线带状电子围栏区域，运输过程中，车辆偏离电子围栏区域、或者长时间停留超过一小时系统进行报警提示，并短信/微信提醒运输车驾驶员、供应商项目负责人、监理、业主代表等。

在路面标场站出入口地磅处安装智慧地磅设备，自动读取车牌号、时间、进出站车载重量；监管系统根据进出站车载重量自动换算出该次沥青的实际数量，以此掌控沥青的入场数量。验收合格后，供货商在系统内对此次运输进行申请开锁，施工单位、监理单位、中心试验室、业主代表各方等在系统会签，对此次运输的沥青型号、数量、车牌号、交货地点等信息进行签字确认，会签完成电子锁方可打开。

2.3 混合料拌合生产在线监管

在拌合站控制室安装采集硬件终端，配合拌合机控制电脑上安装的软件采集端，实现生产数据的实时、自动收集，再通过网络进行数据向监测系统的传送。变混合料生产质量事后把关为事前预控，从源头解决混合料的质量控制问题。

拌合站智能监测系统对水稳站主要采集水泥掺量、各骨料用量、用水量及拌和时间等关键信息。以配合比信息为基础，对数据误差进行自动计算分析，并根据配合比误差范围设置初级、中级和高级报警，预警信息发送给对应的管理人员，方便整改处理，节省处理时间及成本，如图1所示。汇总形成原料及成品统计表，方便管理人员掌握拌合站使用情况、产量、产品质量及原材库存情况等。

图1 拌合站监管

拌合站智能监测系统对沥青站主要监测沥青质量、混合料级配、油石比、生产温度、各规格集料的质量、矿粉质量等参数，自动生成级配图表，直观展示级配变化过程；通过预先录入的控制阀值，如油石比的控制上下限，筛孔通过率的上下限，一旦超过控制阀值，则进入预警状态，发送预先设置好的警告类型。便于管理人员把控沥青混合料的真实生产过程，及时处理异常情况。

2.4 混合料的运输监管

混合料运输监管将施工前后场的数据连接起来，其应用使得路面逐桩号的铺面材料质量溯源得到实现。对混合料运输车的运输时间进行监管，防止因为水稳料的凝固和沥青料温度降低产生质量影响；对运输的轨迹进行记录，设置电子围栏，超出围栏立即预警，防止司机不按规定路线行驶，以及沥青混合料运输过程中可能存在调包现象；结合混合料的摊铺起止时间及摊铺起止桩号，形成完整的运输监管链。可实现运输分析、运输信息查询、质量预警查询等。

具体为采用无线射频识别技术（RFID技术）进行自动辨识与追踪物体，其优点是能够快速安装并实现精准测量。在混合料拌合后场、摊铺前场分别安装采集天线，而在运输车辆的侧厢、尾厢位置安装抗金属干扰的电子标签卡。运输车辆从拌合后场出发时，即可监控到出厂的时间，而车辆到达前场时，安装在摊铺机械上天线可扫描车辆的信息，此时，即记录混合料的摊铺时间，当混合料卸料结束离开前场，则记录混合料的结束摊铺的时间，借助摊铺机械上的高精度定位设备获取摊铺的起止桩号、左右幅信息。可查看实时运输情况以历史运输记录，在历史运输模块中对运输时长超过设定标准的数据标注红色底纹，并发送信息提醒至指定的管理人员，还可查看历史运输轨迹回放，如图2所示。

图2 混合料历史运输

3.沥青路面施工过程智能管控

3.1 混合料摊铺监管

监管系统通过在摊铺机上安装高精度定位传感器、线阵红外温度传感器，在线获取摊铺速度、温度和离析情况等参数；实现施工在线管理，统计摊铺轨迹，并设置一定阈值，进行现场声光预警、微信预警。

具体实施时，为确保网络信号的稳定，在项目部建立一个无线电基站，若条件允许在中途再建立一个无线电中继站；在混合料摊铺机上安装高精度GNSS 定位板卡（支持GPS 和北斗，识别精度为厘米）获得摊铺位置及摊铺速度信息，形成摊铺速度明细，并自动统计速度合格率，如图3所示；在摊铺机熨平板处安装多个温度传感器实时采集同一摊铺断面不同位置的温度信息及温度离析情况，并形成温度明细，辅以温度-里程坐标图直观展示各摊铺温度，以占比图展示温度总合格率情况；在摊铺机顶棚处外挂LED 屏，供现场人员实时查看摊铺温度、速度信息。

图3 摊铺速度

在摊铺里程模块中，施工结果分布图直观地展示出各层施工状态，分颜色标注出全路段已施工与未施工情况，如图4所示；另外在坐标图中统计出每日摊铺的左幅及右幅里程；再罗列摊铺明细表，记录各结构层摊铺的起止时间、起止桩号、所属左右幅位置。

图4 施工结果分布

3.2 路面智能压实监管

监管压实机械的轨迹是获取碾压速度及遍数的基础，本监管系统建立了定位参考基站，在压实机械上加装了定位流动站，通过相对定位基站的位置差分信息，可实现压实机械厘米级定位，从而得到压实轨迹信息；利用加装在压实机械红外传感器，测量路面温度；安装的无线传输系统将数据及时上传到中心平台，系统自动判断混合料的压实状态，通过建立的现场无线局域网，进行多压路机测量数据共享；同时在各压路机驾驶室内安装一个液晶显示屏，以彩图的形式将压实遍数反馈给操作手，进而引导操作人员按照正确的施工方案进行施工，同时设置一定阈值，进行现场声光预警、微信预警。

各碾压监控指标分别形成明细台账，详细记录碾压日期、起止桩号、各指标正常与否的占比等。其中碾压速度还辅以饼状图标识出总体的过快速度占比及正常速度占比；碾压遍数中辅以饼状图展示遍数正常百分比和过低百分比，以坐标图形式展示每日钢压与胶压的欠压率，并在桩号-碾压遍数与桩号-欠压率坐标图中分别展现遍数与欠压率的分布情况；碾压温度中辅以桩号-碾压温度坐标图展示各桩号处的钢压与胶压碾压温度。同时配置施工成果图，成果图中将碾压遍数用不同颜色进行标识区分，如图5所示。

图5 施工成果图

4.结语

在滁天高速沥青路面的施工过程中，采用智能化管控技术动态监测各环节的关键指标数据，通过对大量施工数据的自动分析及利用，从而可以实时、准确直观地反映工程质量状况，可以及时发现并分析质量问题，采取有效的处理措施，避免了传统施工的盲目性和被动性，能有效降低路面质量问题出现的概率，对提高高速公路沥青路面的施工质量及耐久性，以及缩短工期及减少施工材料的浪费等，都具有明显的应用价值。