林志杰，唐建亞，鄭 建

(1.廣東長(zhǎng)大公路工程有限公司，廣東 廣州 511400;2.江蘇中路信息科技有限公司，江蘇 南京 210000)

近些年來(lái)，高速公路瀝青路面建設(shè)監(jiān)管系統(tǒng)[1]正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，系統(tǒng)中的主要功能模塊包括了：改性瀝青加工、瀝青運(yùn)輸、工地實(shí)驗(yàn)室、瀝青混合料拌和生產(chǎn)、混合料運(yùn)輸、路面攤鋪和壓實(shí)等，這些模塊環(huán)環(huán)相扣，實(shí)現(xiàn)了對(duì)瀝青路面施工過(guò)程的全監(jiān)控，為瀝青路面質(zhì)量溯源提供了可靠的依據(jù)。通過(guò)獲取瀝青路面施工過(guò)程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程的量化統(tǒng)計(jì)，利用數(shù)據(jù)建模和挖掘，在充分分析海量施工數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，為瀝青路面質(zhì)量?jī)?yōu)劣提供準(zhǔn)確、全面的依據(jù)，進(jìn)一步減少高速公路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)的工作量，節(jié)約養(yǎng)護(hù)成本，保證路面的質(zhì)量，提高施工的效率。

為提高道路路面建設(shè)管理水平和管理效率，提高瀝青路面建設(shè)質(zhì)量，開(kāi)發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)的路面施工質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，為公路工程建設(shè)帶來(lái)了極大的幫助。

1 瀝青路面智能施工系統(tǒng)的簡(jiǎn)要概況

路面施工信息化監(jiān)管系統(tǒng)涵蓋到瀝青路面施工全過(guò)程的監(jiān)管，在路面施工各個(gè)環(huán)節(jié)架設(shè)傳感器，并利用通信模塊上傳至中心服務(wù)器，依靠大數(shù)據(jù)庫(kù)專家分析系統(tǒng)，提供各類分析預(yù)警機(jī)制，以及數(shù)據(jù)分析方法，動(dòng)態(tài)、真實(shí)地反映工程質(zhì)量情況。實(shí)現(xiàn)“人機(jī)互聯(lián)”，對(duì)工程質(zhì)量動(dòng)態(tài)控制，以此提高工程項(xiàng)目建設(shè)管理質(zhì)量，如圖1所示。

圖1 路面施工質(zhì)量信息化監(jiān)管系統(tǒng)綜合平臺(tái)

1.1 改性瀝青加工

改性瀝青加工模塊主要是通過(guò)電腦中的信息采集軟件，采集改性瀝青的生產(chǎn)工藝和每批次生產(chǎn)的SBS摻量、瀝青重量、發(fā)育周期和發(fā)育溫度等信息，然后通過(guò)“黑匣子”將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，形成對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.2 瀝青運(yùn)輸

該部分主要通過(guò)在瀝青運(yùn)輸車輛上安裝GPS定位模塊，對(duì)瀝青運(yùn)輸全程進(jìn)行跟蹤監(jiān)督，掌握其運(yùn)輸軌跡以保證工程中所用瀝青為指定采購(gòu)供應(yīng)商所提供，防止掉包、偽造等現(xiàn)象的出現(xiàn)。

1.3 工地試驗(yàn)室

工地實(shí)驗(yàn)室主要完成對(duì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和材料生產(chǎn)信息的收集、分析、報(bào)告和管理。對(duì)于采集數(shù)據(jù)的記錄、校驗(yàn)必須利用計(jì)算系統(tǒng)進(jìn)行抽取，以便在后期對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、統(tǒng)計(jì)和處理等。

1.4 瀝青混合料拌和生產(chǎn)

瀝青混合料拌和生產(chǎn)與改性瀝青加工大體一致，首先在瀝青混合料拌和站安裝一個(gè)采集系統(tǒng)，然后通過(guò)“黑匣子”傳送數(shù)據(jù)。采集的信息包括每盤(pán)混合料的拌和時(shí)間和拌和溫度，瀝青、礦粉和添加劑分別投放的質(zhì)量，出料溫度、骨料溫度和瀝青溫度信息等，隨之計(jì)算出每盤(pán)混合料的油石比、級(jí)配曲線情況，提供出專業(yè)的分析數(shù)據(jù)和分析圖表，對(duì)于生產(chǎn)參數(shù)不合格的混合料可以進(jìn)行預(yù)警提示，實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)采集和無(wú)線發(fā)送，提高生產(chǎn)效率。

瀝青路面智能施工系統(tǒng)在瀝青混合料拌和生產(chǎn)的環(huán)節(jié)采集了大量的相關(guān)數(shù)據(jù)，如：材料的類型、拌和時(shí)間、各料倉(cāng)投料的重量和比例、油石比、混合料級(jí)配、瀝青溫度、出料溫度、料倉(cāng)溫度等相關(guān)。

1.5 瀝青混合料運(yùn)輸

混合料運(yùn)輸模塊利用RFID在運(yùn)料車，攤鋪現(xiàn)場(chǎng)以及拌和站現(xiàn)場(chǎng)安裝標(biāo)簽和閱讀器，采集開(kāi)始運(yùn)輸時(shí)間、結(jié)束運(yùn)輸時(shí)間以及開(kāi)始攤鋪樁號(hào)和結(jié)束攤鋪樁號(hào)等，有效掌握運(yùn)輸周期和運(yùn)輸路線，嚴(yán)格控制瀝青混合料的質(zhì)量。

1.6 路面攤鋪和壓實(shí)

路面攤鋪和壓實(shí)信息的監(jiān)控主要通過(guò)安裝在機(jī)器上的數(shù)據(jù)測(cè)量采集模塊來(lái)完成。攤鋪機(jī)數(shù)據(jù)的測(cè)量采集主要在于攤鋪溫度和攤鋪速度等現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，壓路機(jī)則主要采集碾壓速度等信息。定位功能的實(shí)現(xiàn)主要運(yùn)用RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)，在路面施工現(xiàn)場(chǎng)建立定位基準(zhǔn)站，在施工機(jī)械上安裝流動(dòng)站?；鶞?zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站，實(shí)現(xiàn)精確到厘米級(jí)的定位，實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)備仚C(jī)和壓路機(jī)的施工軌跡，如圖2所示。

圖2 路面攤鋪和壓實(shí)

瀝青路面智能施工系統(tǒng)在攤鋪和碾壓環(huán)節(jié)中，通過(guò)RTK等采集大量數(shù)據(jù)，如：壓路機(jī)碾壓溫度、壓路機(jī)行駛軌跡。通過(guò)行駛軌跡計(jì)算出壓路機(jī)在該樁號(hào)碾壓的遍數(shù)和碾壓的速度等信息。

路面智能施工系統(tǒng)中包含了很多工程項(xiàng)目的施工數(shù)據(jù)，形成了一套完整的施工數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)中大量的施工數(shù)據(jù)隱含著很多生產(chǎn)規(guī)律，通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘分析出其中的規(guī)律，進(jìn)而對(duì)后續(xù)的施工過(guò)程進(jìn)行指導(dǎo)，一方面避免了大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)的浪費(fèi)，提高了資源的利用率，另一方面提高了施工過(guò)程的科學(xué)性和效率，對(duì)于工程的推進(jìn)有著重要的意義。

2 基于信息化監(jiān)管系統(tǒng)施工技術(shù)工作

項(xiàng)目借助物聯(lián)網(wǎng)、智能分析技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)展路面工程中關(guān)鍵材料、施工中關(guān)鍵工藝進(jìn)行智能管控與路面質(zhì)量結(jié)合研究，開(kāi)發(fā)瀝青路面施工全過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)管技術(shù)，對(duì)采集信息結(jié)合路面質(zhì)量進(jìn)行控制閥值研究，對(duì)管控信息系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析反饋波動(dòng)情況。并開(kāi)發(fā)路面施工質(zhì)量專家決策信息系統(tǒng)，對(duì)于信息管控系統(tǒng)反饋的問(wèn)題辨別分類后，利用專家決策系統(tǒng)對(duì)反饋問(wèn)題提出解決措施，實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的閉環(huán)處理，最終實(shí)現(xiàn)路面施工質(zhì)量在掌控之內(nèi)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)信息管控技術(shù)服務(wù)于項(xiàng)目質(zhì)量的根本目的。

項(xiàng)目主要就瀝青材料的質(zhì)量監(jiān)控、路面工程質(zhì)量監(jiān)控以及專家決策系統(tǒng)三方面開(kāi)展技術(shù)研究，研究?jī)?nèi)容主要分為以下幾個(gè)方面：

2.1 瀝青質(zhì)量管控技術(shù)

目前在瀝青應(yīng)用過(guò)程中，影響材料質(zhì)量的因素主要在于基質(zhì)瀝青原油的穩(wěn)定性、改性瀝青的生產(chǎn)工藝、瀝青進(jìn)出場(chǎng)唯一性、瀝青關(guān)鍵性能指標(biāo)等方面，圍繞著這些因素，一方面保證瀝青材料在生產(chǎn)至應(yīng)用全過(guò)程受到監(jiān)控，防止掉包等現(xiàn)象；另一方面也使材料的質(zhì)量水平始終是可以溯源的。

2.2 路面施工質(zhì)量管控

信息化系統(tǒng)要服務(wù)于瀝青路面質(zhì)量控制，關(guān)鍵在于要保證測(cè)量采集數(shù)據(jù)的系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性、有效性，以及信息反饋的及時(shí)性，實(shí)現(xiàn)瀝青路面施工質(zhì)量的全過(guò)程監(jiān)控，保證監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可以有效反饋工程質(zhì)量指導(dǎo)施工，并將采集數(shù)據(jù)及時(shí)反饋至工程管理人員。在路面工程質(zhì)量信息管控方面的研究包括：

1)路面施工過(guò)程中檢測(cè)數(shù)據(jù)信息化；

2)瀝青混合料拌和過(guò)程材料信息；

3)瀝青混合料運(yùn)輸過(guò)程簽證；

4)瀝青混合料攤鋪過(guò)程中的速度、溫度等；

5)瀝青混合料碾壓過(guò)程中的速度、溫度、遍數(shù)等。

2.3 專家輔助決策系統(tǒng)

開(kāi)展瀝青路面施工質(zhì)量信息化管控系統(tǒng)的根本目標(biāo)是提高瀝青路面施工質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)瀝青路面施工過(guò)程關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，其所獲取的參數(shù)如何得到科學(xué)的校驗(yàn)與決策信息反饋是實(shí)現(xiàn)對(duì)路面施工質(zhì)量提升的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時(shí)也是信息化監(jiān)控的終極目標(biāo)。

本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)專家輔助決策系統(tǒng)，按照施工過(guò)程中控制參數(shù)、既有已完成鋪面的質(zhì)量評(píng)價(jià)兩方面的內(nèi)容，對(duì)信息監(jiān)控反饋的信息生成解決措施，提供給質(zhì)量管理人員參考，并開(kāi)發(fā)監(jiān)控發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的處理審批流程，實(shí)現(xiàn)出現(xiàn)問(wèn)題的閉環(huán)處理。

3 關(guān)鍵參數(shù)在瀝青路面施工中數(shù)據(jù)成果的影響分析

3.1 改性瀝青關(guān)鍵參數(shù)逐盤(pán)分析

現(xiàn)代公路和道路發(fā)生許多變化，交通流量和行駛頻度急劇增長(zhǎng)，貨運(yùn)車的軸重不斷增加，外部環(huán)境的變化致使改性瀝青性能指標(biāo)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。本項(xiàng)目從改性瀝青監(jiān)管設(shè)備中對(duì)一周內(nèi)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，從下圖3中可以看出，改性瀝青在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，其發(fā)育溫度數(shù)值波動(dòng)不止，在于SBS添加量的比對(duì)下也發(fā)生較大的波動(dòng)。這樣我們可以從每天生產(chǎn)的成品改性瀝青中對(duì)其進(jìn)行性能指標(biāo)試驗(yàn)，以此來(lái)分析出生產(chǎn)環(huán)節(jié)的對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)性能的影響規(guī)律。

圖3 改性瀝青生成狀態(tài)

3.2 瀝青原材軌跡監(jiān)管

目前市場(chǎng)上瀝青材料在運(yùn)輸過(guò)程中缺乏有效監(jiān)管，運(yùn)輸車到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)的周期無(wú)法保證，汽車行駛速度無(wú)法預(yù)見(jiàn)，瀝青混合料運(yùn)輸過(guò)程中可能存在掉包現(xiàn)象。為杜絕此現(xiàn)象的發(fā)生，在項(xiàng)目起點(diǎn)至終點(diǎn)預(yù)先設(shè)定運(yùn)輸軌跡，待運(yùn)輸車輛行駛的軌跡超出預(yù)先設(shè)定的范圍時(shí)，安裝在運(yùn)輸車上的GPS定位設(shè)備自動(dòng)記錄車輛的信息，在一定程度上從源頭環(huán)節(jié)保證原材的質(zhì)量如圖4所示。

圖4 瀝青運(yùn)輸車輛監(jiān)控記錄

3.3 油石比變異性分析

在瀝青混合料的生產(chǎn)加工過(guò)程中，瀝青含量是一個(gè)非常重要的指標(biāo)，它決定著瀝青混合料的穩(wěn)定性及其質(zhì)量能否滿足配合比的要求。本系統(tǒng)截取了當(dāng)天一小時(shí)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如圖5所示。圖5中可以看出，橫坐標(biāo)表示時(shí)間軸，縱坐標(biāo)表示油石比的大小，瀝青拌和每分鐘生產(chǎn)的油石比含量都是在一個(gè)正常的區(qū)間上下波動(dòng)，表明此現(xiàn)象屬于正?，F(xiàn)象。

圖5 油石比變異分析

3.4 攤鋪溫度與壓實(shí)溫度的比較

以往的在瀝青混合料攤鋪與壓實(shí)環(huán)節(jié)中，都是單獨(dú)對(duì)攤鋪壓實(shí)各個(gè)子模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，而該系統(tǒng)結(jié)合現(xiàn)有的攤鋪壓實(shí)進(jìn)行統(tǒng)一分析，對(duì)每天逐樁號(hào)的初始攤鋪溫度與初始?jí)簩?shí)溫度的平均值進(jìn)行多維度的比對(duì)，如圖6所示。每天攤鋪與壓實(shí)工藝的工藝環(huán)節(jié)溫度散失的大小，體現(xiàn)施工工藝的連續(xù)性還是間斷性。不難發(fā)現(xiàn)兩者工藝溫差較大時(shí)，可能存在施工工藝銜接不連續(xù)、外部環(huán)境等因素的影響，而兩者溫差較小時(shí)，表明施工現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械、工人施工工序井然有序。

圖6 攤鋪溫度與壓實(shí)溫度比較

3.5 碾壓遍數(shù)

在瀝青路面壓實(shí)過(guò)程中，壓路機(jī)的碾壓遍數(shù)則是至關(guān)重要的指標(biāo)[4]，它是路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和使用壽命變長(zhǎng)的保障，碾壓遍數(shù)的多少直接影響路面總體的強(qiáng)度、穩(wěn)定性等。本瀝青路面智能施工系統(tǒng)采集的碾壓遍數(shù)，并將其與壓實(shí)度進(jìn)行分析，壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 不同路面深度及不同碾壓遍數(shù)下路面的壓實(shí)度 %

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)結(jié)果分析，在同一路基深度，隨著碾壓遍數(shù)的增加，壓實(shí)度也隨之增加；而當(dāng)碾壓相同的遍數(shù)時(shí)，路面的深度越淺，壓實(shí)度越高，且壓實(shí)度受到路基深度的影響越顯著。

4 項(xiàng)目成效

4.1 項(xiàng)目系統(tǒng)存在的問(wèn)題

瀝青路面信息化監(jiān)控系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)多地開(kāi)展了研究和探索工作，但總體來(lái)說(shuō)仍存在如下問(wèn)題：雖然信息化監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)督，對(duì)于發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題并提出了相應(yīng)的解決專家數(shù)據(jù)庫(kù)，但很多情況是報(bào)警信息被淹沒(méi)下去，監(jiān)控系統(tǒng)只是起到了一個(gè)數(shù)據(jù)記錄的功能，項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中缺乏監(jiān)管約束力。

4.2 項(xiàng)目系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

本項(xiàng)目將引領(lǐng)交通建設(shè)中施工質(zhì)量管控的信息化、智能化的變革，提高路面施工質(zhì)量和效益，推動(dòng)了我國(guó)公路路面施工質(zhì)量監(jiān)控理論和技術(shù)的巨大進(jìn)步，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)公路建設(shè)、管理和養(yǎng)護(hù)技術(shù)水平的提高，打造“資源節(jié)約型和環(huán)境友好型”的公路工程，在未來(lái)幾年中，為全面推廣路面信息應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，加強(qiáng)工程質(zhì)量管理意識(shí)，提高公路工程施工技術(shù)，都具有十分重要的意義。

通過(guò)瀝青路面信息化監(jiān)管，推動(dòng)了互聯(lián)網(wǎng)信息化的發(fā)展，建立了新的施工制度，實(shí)現(xiàn)公路工程施工過(guò)程中大量的寶貴數(shù)據(jù)資源的保存，減少了后期病害原因而需查找資料花費(fèi)了大量的人力物力。也同時(shí)有效提高瀝青路面的施工質(zhì)量，延長(zhǎng)了瀝青路面的使用壽命，避免了因偷工減料造成的路面早期損壞，節(jié)約了養(yǎng)護(hù)的成本，保證了高速公路的順利通行，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

該系統(tǒng)能夠全過(guò)程的掌控施工過(guò)程，把監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與質(zhì)量控制結(jié)合起來(lái)。其二，對(duì)于信息化監(jiān)控采集的數(shù)據(jù)，并分析原始的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，以及對(duì)于監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析結(jié)果供瀝青路面施工的指導(dǎo)與決策。

5 結(jié)束語(yǔ)

上文所述的瀝青路面智能施工系統(tǒng)已在廣西貴合高速、江蘇江廣高速改擴(kuò)建、浙江疏港高速、江西寧安安定高速和黑龍江北富高速等多個(gè)工程項(xiàng)目上進(jìn)行了運(yùn)用，取得了比較顯著的效果。這些項(xiàng)目中產(chǎn)生的大量生產(chǎn)，運(yùn)輸以及工程信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，后期可以通過(guò)繼續(xù)研究，分析各地區(qū)瀝青路面的優(yōu)缺點(diǎn)和地區(qū)施工過(guò)程中數(shù)據(jù)之間的關(guān)系等，進(jìn)而把握好瀝青路面施工的質(zhì)量，對(duì)之后的瀝青路面施工具有指導(dǎo)性作用。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)瀝青路面智能施工技術(shù)的研究還很少，在國(guó)家大力推行互聯(lián)網(wǎng)+的時(shí)代背景下，以追求最終產(chǎn)品質(zhì)量最優(yōu)為目標(biāo)，分別從“瀝青質(zhì)量管控技術(shù)”、“路面施工質(zhì)量管理”和“專家輔助決策系統(tǒng)”三個(gè)方面，研究生產(chǎn)過(guò)程中各模塊之間存在的施工質(zhì)量問(wèn)題，通過(guò)問(wèn)題的及時(shí)反饋，約束施工企業(yè)不文明施工現(xiàn)象，及時(shí)有效地調(diào)整施工工序，為瀝青路面施工的提供了整體解決方案。

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