白志斌

(中交第四航務(wù)工程局有限公司，廣州 510230)

0 引言

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”概念被逐漸推廣，信息化在各個(gè)方面的應(yīng)用取得了很好的成效。高速公路建設(shè)中常存在著監(jiān)控困難、信息記錄不全面、施工質(zhì)量管理監(jiān)測手段不直觀等問題，因此，亟需融入信息化技術(shù)[1]。隨著高速公路通車?yán)锍痰牟粩嘣黾?，公路建設(shè)的質(zhì)量和服務(wù)水平要求也不斷提高。

本文針對(duì)傳統(tǒng)路面施工管理方法的不足，在開春高速公路路面施工過程中，應(yīng)用路面智能施工監(jiān)控系統(tǒng)。通過各類傳感器和定位設(shè)備的合理布設(shè)，達(dá)到數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、連續(xù)采集、傳輸、統(tǒng)計(jì)分析和信息反饋的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)施工過程控制、整體檢驗(yàn)、實(shí)時(shí)反饋，保證了路面施工質(zhì)量，滿足了公路工程建設(shè)精細(xì)化和信息化的要求。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

瀝青路面智能施工監(jiān)控系統(tǒng)基于“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)[2]，在瀝青混合料拌合樓、運(yùn)輸車、攤鋪機(jī)、壓路機(jī)上安裝數(shù)據(jù)采集設(shè)備，構(gòu)造一個(gè)覆蓋路面施工全過程的網(wǎng)絡(luò)[3]。開春高速公路瀝青路面智能施工監(jiān)控系統(tǒng)包括拌合、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等四個(gè)子模塊，構(gòu)成了開春高速公路瀝青路面智能施工監(jiān)控系統(tǒng)。

1.1 瀝青拌合樓生產(chǎn)過程智能監(jiān)控

瀝青拌合樓智能監(jiān)控系統(tǒng)由采集軟件、數(shù)據(jù)發(fā)送終端、電源適配器、RS232串口連接線等組成。監(jiān)控指標(biāo)包括：生產(chǎn)層位、混合料類型等信息，包括各個(gè)料倉、瀝青、礦粉的實(shí)際重量和目標(biāo)重量以及兩者的偏差比例，油石比、級(jí)配、關(guān)鍵篩孔通過率、拌和周期和出料溫度信息以及當(dāng)日預(yù)警信息。系統(tǒng)根據(jù)出料時(shí)間實(shí)時(shí)刷新，前場施工人員和管理者可對(duì)生產(chǎn)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢。

圖1 瀝青拌合樓生產(chǎn)智能監(jiān)控

1.2 瀝青混合料運(yùn)輸過程智能監(jiān)控

瀝青混合料運(yùn)輸智能監(jiān)控由電子標(biāo)簽、RFID識(shí)別器、數(shù)據(jù)發(fā)送終端、M12接口連接線等組成?；旌狭线\(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)可識(shí)別運(yùn)輸車車輛信息及裝卸料、運(yùn)輸、攤鋪時(shí)間等信息，具備混合料溯源和運(yùn)輸監(jiān)控作用，將攤鋪現(xiàn)場和拌合現(xiàn)場相銜接，保證運(yùn)輸車在有效時(shí)間內(nèi)及時(shí)到場和卸料。

圖2 瀝青混合料運(yùn)輸智能監(jiān)控

1.3 瀝青路面攤鋪過程智能監(jiān)控

瀝青路面攤鋪智能監(jiān)控由LED顯示屏、紅外溫度傳感器、GPS天線、終端主機(jī)、M12接口連接線等組成。瀝青攤鋪智能監(jiān)控系統(tǒng)基于紅外溫度傳感器陣列，實(shí)時(shí)采集整個(gè)攤鋪斷面的溫度數(shù)據(jù)，全斷面控制瀝青路面溫度離析；通過基站與GPS定位，實(shí)時(shí)記錄混合料攤鋪速度；通過LED顯示屏實(shí)時(shí)發(fā)布溫度數(shù)據(jù)與速度數(shù)據(jù)，并將攤鋪數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至遠(yuǎn)程后臺(tái)服務(wù)器計(jì)算中心進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，并定期生成攤鋪?zhàn)鳂I(yè)報(bào)告[4]。

1.4 瀝青路面碾壓過程智能監(jiān)控

瀝青路面碾壓智能監(jiān)控由LED顯示屏、紅外溫度傳感器、GNSS天線、終端主機(jī)、M12接口連接線等組成。瀝青路面碾壓智能監(jiān)控系統(tǒng)基于基站與移動(dòng)站的差分計(jì)算，對(duì)壓路機(jī)進(jìn)行cm級(jí)定位，實(shí)現(xiàn)碾壓速度的精確采集；基于LED顯示屏現(xiàn)場實(shí)時(shí)展示碾壓溫度、碾壓速度；利用溫度傳感器采集壓路機(jī)的碾壓溫度[5]；碾壓數(shù)據(jù)能通過無線傳輸及時(shí)上傳到遠(yuǎn)程后臺(tái)服務(wù)器計(jì)算中心，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析以及實(shí)時(shí)監(jiān)控。

圖3 瀝青路面攤鋪/碾壓智能監(jiān)控

2 工程應(yīng)用

開春高速公路全長83.02km。全線設(shè)置橋梁30 572m/33座(含互通立交主線橋、主線上跨分離式立交橋)，其中特大橋17 186.5m/10座，大橋13 233.5m/21座，中橋152m/2座。本文以開春高速公路路面2標(biāo)段、3標(biāo)段試驗(yàn)段的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析。

2.1 試驗(yàn)段配合比

開春高速公路路面2標(biāo)2020年7月19日進(jìn)行普通AC-25C下面層試驗(yàn)段施工。拌合樓開機(jī)拌合時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)向關(guān)鍵人員手機(jī)推送開機(jī)提醒信息，同時(shí)系統(tǒng)對(duì)拌合樓各檔料設(shè)定的比例進(jìn)行比對(duì)，未發(fā)現(xiàn)私自竄改的問題。系統(tǒng)錄入的混合料生產(chǎn)目標(biāo)比例見表1。

表1 下面層AC-25C混合料配比

2.2 拌合樓生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)

生產(chǎn)過程中，拌合樓智能監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)路面2標(biāo)德基5 000拌合樓每檔料稱量數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集上傳，實(shí)時(shí)分析生產(chǎn)過程指標(biāo)波動(dòng)情況。試驗(yàn)段施工時(shí)共收到2條輕度預(yù)警推送信息，最快時(shí)間內(nèi)操作手對(duì)拌合機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了應(yīng)急處理，避免了生產(chǎn)波動(dòng)的擴(kuò)大化。當(dāng)日管控系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)情況分析匯總見表2。

表2 下面層AC-25C生產(chǎn)配合比執(zhí)行情況

通過表2分析，普通AC-25C總體生產(chǎn)熱料倉實(shí)際用量與設(shè)定的配合比存在0.1%～1.0%的偏差，尤其是熱料倉(0～3mm)生產(chǎn)存在波動(dòng)較大，偏差最大達(dá)1%，生產(chǎn)時(shí)需認(rèn)真對(duì)待管控系統(tǒng)的預(yù)警提醒信息，加強(qiáng)過程監(jiān)控。生產(chǎn)期間拌合樓管控系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行，系統(tǒng)整體應(yīng)用情況較好。

圖4 路面2標(biāo)普通AC-25C下面層油石比逐盤波動(dòng)

圖5 路面2標(biāo)普通AC-25C下面層礦粉逐盤波動(dòng)

圖6 路面2標(biāo)普通AC-25C下面層集料逐盤波動(dòng)

2.3 混合料運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)

運(yùn)輸過程中隨著時(shí)間的增加，瀝青在長周期高溫環(huán)境下存在老化現(xiàn)象。開春項(xiàng)目混合料運(yùn)輸車輛均安裝了電子標(biāo)簽識(shí)別卡，記錄車輛出拌合站到攤鋪對(duì)接期間的運(yùn)輸時(shí)長，對(duì)超過2h的車輛進(jìn)行預(yù)警處理，并有現(xiàn)場負(fù)責(zé)人及時(shí)了解情況，確?；旌狭系馁|(zhì)量。同時(shí)通過拌合站和攤鋪機(jī)上安裝的識(shí)別器，記錄運(yùn)輸車裝料期間對(duì)應(yīng)到拌合樓對(duì)應(yīng)時(shí)間段的配合比信息，并借助攤鋪機(jī)智能管控終端準(zhǔn)確地記錄某一車料具體的攤鋪路幅、層位、樁號(hào)區(qū)間，為后期質(zhì)量溯源分析提供數(shù)據(jù)依據(jù)。開春高速公路路面下面層施工周期內(nèi)混合料運(yùn)輸情況較好，運(yùn)輸時(shí)間平均值為52.4min，超時(shí)占比為0。

2.4 瀝青路面攤鋪監(jiān)控系統(tǒng)

通過在開春高速公路現(xiàn)場攤鋪機(jī)上安裝智能管控終端及配套監(jiān)測傳感器，對(duì)試驗(yàn)段下面層的攤鋪速度、溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測，取代傳統(tǒng)人工間斷測量，減少安全風(fēng)險(xiǎn)源。系統(tǒng)顯示平均速度為1.6m/min，平均溫度為153℃，滿足施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。通過系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)攤鋪速度變異系數(shù)較大(表3)，分析為換料等待次數(shù)較多，在后續(xù)施工中加強(qiáng)運(yùn)輸車在途數(shù)量控制。攤鋪溫度總體合格率為86.22%，攤鋪速度總體合格率為94.5%，現(xiàn)場攤鋪施工質(zhì)量控制較好，但是在高質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)下，仍有相對(duì)的提升空間。

表3 下面層試驗(yàn)段攤鋪溫度與速度

圖7 下面層攤鋪速度

圖8 下面層攤鋪溫度

2.5 瀝青路面碾壓監(jiān)控系統(tǒng)

瀝青路面碾壓是施工過程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。開春項(xiàng)目通過在壓路機(jī)設(shè)備上安裝高精度定位終端，實(shí)時(shí)對(duì)每一個(gè)區(qū)域的碾壓遍數(shù)和碾壓速度實(shí)時(shí)監(jiān)測，并通過車載平板上的遍數(shù)云圖指導(dǎo)操作手合理規(guī)劃碾壓路線，保證遍數(shù)達(dá)標(biāo)。同時(shí)配備溫度監(jiān)測傳感器，實(shí)時(shí)采集并上傳碾壓溫度數(shù)據(jù)，對(duì)散熱較快的區(qū)域進(jìn)行智能提醒，并建議管理人員增加碾壓遍數(shù)，確保碾壓質(zhì)量。從表4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可知，路面碾壓溫度平均值為123℃，變異系數(shù)為6.99%，路面碾壓速度平均值為5.9km/h，標(biāo)準(zhǔn)差為0.5km/h，路面碾壓速度、碾壓遍數(shù)合格率為100%。壓路機(jī)數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，下面層試驗(yàn)段碾壓過程關(guān)鍵參數(shù)控制較好，總體數(shù)據(jù)保持在合格范圍內(nèi)，但碾壓速度偏快。為保證碾壓成型后的瀝青路面質(zhì)量，需加強(qiáng)對(duì)操作手駕駛技能的培訓(xùn)。

表4 下面層試驗(yàn)段碾壓溫度與速度

圖9 下面層碾壓速度

圖10 下面層碾壓溫度

3 結(jié)語

開春高速公路路面工程通過對(duì)拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓環(huán)節(jié)安裝智能監(jiān)控設(shè)備，將各環(huán)節(jié)施工數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸至遠(yuǎn)程云計(jì)算中心進(jìn)行存儲(chǔ)和計(jì)算分析，實(shí)時(shí)展示現(xiàn)場施工情況。開春高速公路路面智能監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)試驗(yàn)段應(yīng)用，總體應(yīng)用情況較傳統(tǒng)管理手段有很大的改進(jìn)。通過應(yīng)用智能化監(jiān)控系統(tǒng)可使項(xiàng)目管理者減少出現(xiàn)場的頻率，通過移動(dòng)端全面掌握施工數(shù)據(jù)，節(jié)約了項(xiàng)目人力成本，間接地杜絕返工現(xiàn)象，從而降低施工成本。通過路面施工全過程監(jiān)測與預(yù)警管控，提升了項(xiàng)目總體施工質(zhì)量。此外，監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的溯源功能，也為開春高速公路運(yùn)營養(yǎng)護(hù)期決策方案提供了數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)。