当代路面与压实机械发展的新趋势

2015-09-18孙祖望长安大学工程机械学院陕西西安710064

筑路机械与施工机械化 2015年1期

孙祖望长安大学　工程机械学院，陕西　西安　710064

当代路面与压实机械发展的新趋势

Trends in Development of Pavement and Compaction Machinery

孙祖望
长安大学工程机械学院，陕西西安710064

自20世纪90年代至今的20余年是路面与压实机械发展十分迅速的时期，在此期间出现了许多新技术、新工艺和新设备。纵观路面与压实机械这些年的发展，可以发现推动当代路面与压实机械技术进步的基本动力源于以下三方面：公路建设与更新改造的强大需求以及路面使用性能日益提高的技术要求，推动着路面与压实机械向着更好满足路面新材料、新工艺、新技术的方向发展；可持续发展战略对经济与环境、人与自然和谐协调发展的要求，推动着路面与压实机械向资源节约、能源节约、环境保护以及资源的再生和利用的方向发展；现代高新科技的快速发展推动着路面与压实机械向信息化、智能化、无人化的方向发展。

本期特稿综合阐述了近几十年来路面与压实行业新出现的路面技术、施工工艺、新材料以及路面施工设备的发展趋势。

0　引言

研究当代路面机械的发展趋势，首先要研究当代推动世界路面压实机械技术进步的基本动力。自上世纪90年代至今的20余年是路面与压实机械发展十分迅速的时期，在此期间出现了许多新技术、新工艺和新设备。纵观路面与压实机械这20余年的发展可以发现，推动当代世界路面与压实机械技术进步的基本动力来源于以下三方面。

（1）公路建设与更新改造的强大需求以及路面使用性能日益提高的技术要求，推动着路面与压实机械向着更满足路面新材料、新工艺、新技术的方向发展。

（2）可持续发展战略对经济与环境、人与自然和谐协调发展的要求，推动着路面与压实机械向资源节约、能源节约、环境保护以及资源的再生和利用的方向发展。

（3）现代高新科技的快速发展推动着路面与压实机械向信息化、智能化、无人化的方向发展。

1　路面技术的新发展及其对路面与压实机械发展的推动作用

在21世纪前后的路面技术发展中，一个重要的新理念是将路面分成结构性和功能性两大部分。车辆行驶的交通载荷主要由路面的结构性部分来承担，它们应具有必要的耐久性，在长时间内不发生损坏；路面的功能性部分则用来满足车辆平稳、安全行驶等功能性的要求，它们应具有良好的平整度和抗滑性。在上述理念下出现了两大类新的路面技术，即长寿命路面技术和功能性路面技术。

1.1长寿命路面及其对施工设备的新要求

长寿命路面是一种设计和施工良好，至少在40～50年寿命内能保持其结构性部分不发生损坏的路面，而所需要进行养护和维修的只是其表面的功能性部分。

长寿命路面的好处包括以下方面：虽然一次性的建造投资很高，却可以大大降低路面整个寿命周期的费用；由于最大限度地降低了沥青路面的维修养护作业，从而减少了道路使用者的日常费用；由于减少了路面寿命周期的资源消耗，从而降低了能源消耗、温室气体的排放和对环境的影响。

与寿命为15～20年的一般沥青路面相比，长寿命路面在结构上有着以下一些特点：高质量的表面磨耗层；具有很强抗车辙能力的联结层；耐久的抗疲劳破坏的柔性基层；加强的路基和底基层。

长寿命路面的磨耗层通常为30～75 mm高质量的透水性或密实型的热拌沥青混合料，联结层则为100～180 mm高性能的抗车辙混合料，基层通常采用75～100 mm高耐久性的抗疲劳材料（图1）。长寿命路面的这些结构特点将对沥青路面的施工工艺和设备提出更高的要求。

长寿命路面的沥青层通常要厚达35～40 cm以上，对路基与基层的强度要求很高，因而对路基和路面的施工工艺和设备的效率和质量有着更高的要求，这将推动路面与压实机械向着大型化、重型化的方向发展。长寿命路面对原材料的质量、混合料的均匀性、施工中的材料与温度离析、压实质量和压实度的均匀性都提出了更高的要求，这将要求沥青拌和设备有更高的计量、控制精度和搅拌均匀性，要求混合料运输和摊铺设备具有更高的抗离析能力，要求压实设备能达到更高的压实密度和均匀度。这些都将催生某些新的施工工艺和方法，并推动路面与压实机械向作业质量的实时控制和智能化的方向发展。长寿命路面对结构层抗车辙变形和抗疲劳破坏、抗反射裂缝更高的要求，常常需要采用一些特殊结构的混合料，例如为提高抗车辙的能力常常采用高模量和嵌挤结构的混合料，这将促使发展更加重型的压实设备。欧洲为提高混合料抗疲劳破坏和抗反射裂缝的能力，常常采用浇筑沥青来铺筑沥青基层，美国常常采用橡胶沥青的应力吸收层等结构，这些都将促使发展某些特殊的路面施工设备。

图1 长寿命路面的典型结构

1.2功能性路面及其施工性能

随着人们对路面使用性能的要求愈来愈高，希望路面除了满足行车的基本功能外，还能发挥更多的功能而成为多用途的路面。“功能性路面”一词来源于日本，它是指除普通的行驶功能外，还具有某些特殊功能的路面。例如排水性路面、降噪路面、破冰路面、彩色景观路面、弹性橡胶路面、阻燃路面等。在各种功能性路面中应用最为广泛的是多孔性排水路面（Porous Drainage Pavement）和安静路面（Quiet Pavement）。

排水性路面是一种细料很少、具有很大空隙率的透水性路面，可以在雨天将路面的积水快速地排至边沟。排水性路面的好处是可迅速将雨水排出路面，避免车辆在雨天行驶时出现“水漂”现象，抑制路表面的溅水与水雾的发生，减轻夜间行车的眩光现象，从而大大降低了交通事故的发生率。排水性路面的另一个重要功能是降低车轮在路面上的滚动噪音。

安静路面是指交通噪音低于70 dB的路面。沥青安静路面的结构可分为两大类，一类是在密实结构的基础上形成的，另一类是在空隙结构的基础上形成的。密实型安静路面的降噪机理是建立在路面负纹理表面构造基础上的，负纹理的表面构造大都采用近乎单粒径的集料，由于凸出的阳纹面积大而凹下的阴纹面积小，可降低车轮在路面上滚动的摩擦噪音和泵气噪音，如图2所示。

图2　表面构造的正纹理和负纹理

具有负纹理表面构造的安静路面通常用于城镇、住宅区、冬天容易积雪的道路上，主要的结构形式有：单粒径的Novachip路面、单粒径的MicroSurfacing和NovaSurfacing路面、单粒径的Stone Mastic Asphalt路面（降噪SMA路面）。

空隙结构的安静路面是在排水性路面的基础上形成的，排水性路面本身就具有良好的降低噪音的功能，为增强其降噪效果，又出现了双层结构的透水性路面（图3）和橡胶沥青透水性路面。双层透水性路面的上层是由小粒径集料组成的连通孔道，起着消音器的作用，因而可增强透水性路面的降噪效果。橡胶沥青路面则由于其弹性路面的特性，同样也可增强透水性路面的降噪效果。开级配的排水降噪型安静路面通常用于高速、干线公路和市郊道路上，主要的结构形式有：单层和双层的透水性路面；单层和双层的橡胶沥青透水性路面。

图3　双层结构的透水性路面

图4展示了6种降噪路面相对于常规SMA路面的降噪效果，从图中可看到，双层透水性路面的降噪效果明显优于其他类型的降噪路面，尤其以双层结构的橡胶沥青透水性路面的降噪效果为最好。

大多数功能性路面在路面结构上有一些共同的特点。

（1）多数功能性路面的结构厚度都比较薄，通常属于2.5～4 cm的薄层路面。

（2）许多功能性路面都要求采用高粘度的结合料来加强材料之间的粘结力，从而增强路面的耐久性和承载能力。

图4　各种降噪路面相对于常规SMA路面降噪效果的比较

（3）不少功能性路面由于需要在混合料中添加某些特殊的材料，或由于特殊功能本身的需要，往往要求采用开级配或断级配的混合料。在这些混合料中，粗集料起着骨架的支撑作用，通常要比密级配承受更大的载荷作用。

功能性路面的这些结构特点也给它带来了一系列施工性能上的特殊问题。使用高性能、高粘度的粘结材料，伴随着混合料施工和易性的恶化，增加了混合料摊铺与压实的难度。粗集料多、高粘度、开级配（断级配）的混合料属于一种压实性能较差的硬性混合料，通常要求施加更多的压实功；但是铺层薄、粗集料多的混合料吸收外部能量将其转化为压实功的能力又较差，多余的能量将转化为使集料破碎的功，导致粗集料大量压碎而严重破坏原有的级配特性。因此，一方面是需要更多的外部功使混合料得到充分压实，而另一方面又不能使用高能量的压实设备。薄层路面散热快等不利的碾压条件则加剧了混合料压实性能差而施加的压实能量又受到限制的矛盾。

功能性路面在施工性能上的不利条件对它的施工工艺和设备提出了一些新的要求和挑战。在常规的设备条件下，功能性路面的施工只能依靠改变相应的施工工艺来适应其不利的施工条件，通常采取的措施有以下几种。

（1）通过提高混合料的搅拌、摊铺和碾压温度来降低粘结剂的粘度，通过限制混合料的运输距离和贮存时间来减少其热量损失，从而改善高粘度混合料的施工和易性。

（2）关闭摊铺机熨平板的夯实功能，降低熨平板的振动能量，以防止压碎集料，使空隙率发生变化。

（3）限制振动压路机和轮胎压路机的使用，以避免破坏混合料的设计级配和粘结材料的唧浆、上浮等质量问题。

（4）限制施工季节，避免在初春、深秋较冷的季节施工，以争取较好的气候条件。

采取上述一些措施虽然能缓解和改善功能性路面的施工条件，但是也会带来一些负面的影响。在常规的设备条件下，功能性路面的施工通常会带来更多的环境和施工质量问题。由于提高了施工温度，将大大加剧搅拌设备温室气体的排放，增加能源的消耗，加剧烟雾和粉尘的排放。由于碾压方面的困难，更加容易造成压实不足或压实过度等施工质量问题。

1.3薄层和超薄结构路面在施工工艺和设备上的新发展

为更好地适应功能性路面施工性能上的特点，近年来发展了一系列更加适合于薄层和超薄结构路面的施工工艺和设备，主要有：在摊铺过程中同步洒布粘结材料的工艺及设备；超薄结构粘结层（NovaChip）专用的摊铺工艺及设备；微表粘结封层（NovaSurfacing）专用的封层工艺及设备；热碰热（Hot on Hot）的摊铺与碾压工艺及设备。

1.3.1在摊铺过程中同步洒布粘结材料的工艺及设备

取消沥青洒布车，在摊铺机上安装有乳化沥青洒布设备，可避免粘层被污染的风险，有利于提高施工效率、降低施工成本。图5是传统工艺和新工艺的比较，图6则是同步洒布摊铺装置的示意图，图7为V gele公司的super 1800-3 型粘层油同步洒布摊铺机。

图5　传统工艺和同步洒布摊铺工艺的比较

图6　同步洒布摊铺装置

图7　Vögele公司的super 1800-3 型粘层油同步洒布摊铺机

1.3.2超薄结构粘结层（NovaChip）专用的摊铺工艺及设备

超薄结构粘结层是在石屑封层的基础上发展起来的，与石屑封层相同的都是先在待铺路面上洒一层粘结材料，不同的是敷设在其上的是经沥青拌和后的混合料，而且两者是同步进行的。图8是NovaChip专用摊铺设备的示意图，图9是其在现场作业的情况。

1.3.3微表粘结封层（NovaSurfacing）专用的封层工艺及设备

NovaSurfacing是从微表封层（microSurfacing）的基础上发展出来的，其思路与NovaChip类似，只是集料和沥青的拌和与摊铺由微表封层机来完成，设备及施工过程如图10所示。

1.3.4热碰热（Hot on Hot）的摊铺与碾压工艺及设备

为了解决薄层和超薄结构路面散热快、压实性能差、容易压碎集料、施加压实能量受限制等问题，近些年来在摊铺技术上提出了在热铺层上摊铺热铺层的新概念（Ho t on Hot），以便利用下层材料的热量来增大整个铺层的热容量，并借用下层结构的强度来增加面层抵抗车轮载荷的能力。为实现这一概念而开发了双层同步摊铺机和串联式（inline）摊铺列车。

实验室和现场试验表明，热碰热（Hot on Hot）的摊铺与碾压新技术有着以下一些优点：由于减小了铺层厚度，可以节省材料费用；显著地延长碾压作业的时间，从而可以获得高质量的压实；减少气候条件较差的影响，延长施工的季节；降低了拌和的温度，因而可减少CO2的排放、节约能源和减少沥青的烟雾；由于热铺层与热铺层直接接触，没有污染的影响，因而层间的粘结强度得以提高；提高了整体铺层的热稳定性和抵抗变形的能力；显著缩短摊铺的时间，节约施工成本。

双层同步摊铺的新技术起源于日本，随后传到了欧洲，但各企业开发的双层同步摊铺机在技术上各有特点。

（1）日本新泻铁工所的双混合料摊铺机。图11是新泻的双混合料摊铺机，它的特点是用两个料斗接受不同混合料，然后将它们送到上层和下层熨平板的前方进行摊铺。两种混合料不仅可以上、下层重叠摊铺，也可左右并列摊铺成带状的铺层，后者常用来摊铺不同颜色的彩色沥青路面。

图8　NovaChip专用摊铺设备

图9　NovaChip摊铺设备在现场作业的情况

图10　微表粘结封层专用的封层工艺及设备

（2）Dynapac的双层摊铺机。Dynapac的双层摊铺机由1台基础摊铺机和1个磨耗层（上层）摊铺模块组成，如图12所示。上层摊铺模块拥有自己的动力来驱动独立的材料输送带，将料斗中的磨耗层材料送至上层熨平板的前方。基础摊铺机上安装一个容量为45 t的料斗，通过主机的输送带将下层材料送至主机高密度熨平板的前方。上、下两层的混合料分别由两台转运车供给并卸入各自的料斗。

（3）V gele的串联式（in-line）摊铺列车。串联式摊铺列车由2台摊铺机和1台材料转运车组成（图13）。走在后方的是下层摊铺机，为1台由2100机型改型的专用摊铺机Super 2100-2 IP。它的特点是带有一个特制的高密实度熨平装置，可以使下铺层获得很高的预压密实度，并带有一个特大的接料斗（40 t）。在下层摊铺机上方安装有专门的转运模块，用来接收并转运上层摊铺机所需摊铺的混合料。材料转运车处在摊铺列车的最后方，它负责轮流为2台摊铺机输送不同的混合料。下层材料卸入主摊铺机的料斗内，上层摊铺用的材料送入主摊铺机上方转运模块的受料斗内，通过输送带，越过主摊铺机，卸入上层摊铺机的料斗内。上层摊铺机走在最前方，它是标准机型Super 1600-2或1800-2，用来摊铺上层材料，所不同的是料斗的容量加大了（25 t），并包装有隔热材料，以减少混合料的热量损失。此外，为了避免因履带行走在热铺层上而粘附沥青料，带有专门的履带喷水系统。

2　绿色道路建设对路面与压实机械发展的推动作用

“绿色道路”是可持续发展道路建设的一个形象化代名词。可持续发展的道路建设是可持续发展理念在道路建设中的运用，它要求贯彻于从立项、设计到施工、养护整个道路建设和生命周期的全过程，而绿色施工与绿色养护则是“绿色道路”的重要组成部分。

绿色施工与绿色养护是指那些更加符合可持续发展理念，减少环境污染、节约资源与能源、废料再生与再利用的施工与养护技术，以及适用于这些技术的材料、工艺和设备（绿色材料、绿色施工与养护工艺、绿色设备）。

图11　新泻的双混合料摊铺机

图12　Dynapac的双层摊铺机

图13　Vögele的串联式摊铺列车

图14　高性能乳化沥青

2.1绿色材料

在传统的沥青材料中，乳化沥青是最符合绿色材料要求的，但常规的乳化沥青与集料的粘附和裹覆性能很难与热拌沥青相比。因此，改善乳化沥青与集料的粘结性能一直是发展绿色材料的重要方向。近些年来随着表面化学的新进展，出现了一系列新的表面活性剂，例如主动粘附剂、温拌剂、乳化剂等，大大改善了乳化沥青的粘附性、粘聚性、流动性、破乳时间的可控性，使沥青结合料在冷态的条件下能更好地裹覆在集料上。图14是20世纪90年代末出现并获得广泛应用的一些乳化沥青新材料的例子。近些年来冷态施工粘结材料发展迅速，出现了溶剂型冷态施工改性沥青、水性环氧沥青、乳化橡胶沥青等新材料。

绿色材料发展的另一个重要方向是废旧材料的再生和再利用，其中最有推广价值的是沥青路面的回收材料和废旧轮胎材料。

2.2绿色施工与养护工艺

在绿色施工与养护工艺方面主要有以下4个方面的技术：冷拌与温拌技术、冷态的表面封层技术、冷态坑槽修补工艺和沥青路面冷再生技术。

沥青混合料的温拌技术是从热拌和冷拌的基础上发展出来的，如图15所示。图16展示了热拌、温拌、半温拌和冷拌的温度范围。

图15　在热拌和冷拌的基础上发展起来的温拌技术

图16　热拌、温拌、半温拌和冷拌温度的范围

在各种温拌技术中，泡沫沥青温拌技术是生产成本最低的一种，泡沫沥青本身并不是新技术，但用于沥青混合料还是近些年的事。目前已应用的技术可分为三种：WAM Foam泡沫沥青（图17）、直接泡沫沥青（图18）、LEA泡沫沥青（图19）。泡沫沥青温拌技术的进一步发展在于解决如何延长泡沫生存期的问题。

图17　WAMFoam泡沫沥青的工作原理

图18　直接泡沫沥青（直接将泡沫沥青喷入拌缸，在集料外形成微泡沫的裹覆层）

在20世纪70～80年代，冷态的表面封层技术和冷态坑槽修补工艺随着乳化沥青和改性乳化沥青的出现就已有了广泛应用。近些年来的发展主要体现在高性能乳化沥青、乳化橡胶沥青、高性能补坑料等新材料的发展上。

沥青路面就地冷再生技术是上世纪90年代出现的相对较新的沥青路面再生技术，它可分为全深度就地复拌技术（Full Depth In-Place Reclamation）和就地冷再生技术（Cold In-Place Recycling）两大类，前者用于路基翻修的场合，后者用于沥青面层翻修的场合。

在各种再生技术中，就地冷再生技术在能耗和温室气体排放方面有着独特的优势。图20和图21展示了各种再生技术的能耗和二氧化碳排放量的比较。

全深度就地复拌设备是从路拌设备的基础上发展起来的，图22是就地复拌设备的机型，图23则是其现场施工作业的情况。

就地冷再生设备是从铣刨机的基础上发展起来的，跟随在铣刨机后方对铣刨材料进行破碎、筛分和计量、拌和的设备，形成列车式的机组。图24和图25分别是三列式和二列式的就地冷再生机组，进一步的发展是将所有工序组合在一台设备上形成联合机组，如图26所示。

图20　各种再生技术能耗的比较

图21　各种再生技术二氧化碳排放量的比较

3 现代高新技术与路面压实机械的信息化、智能化、无人化

3.1沥青路面施工技术的信息化、计算机辅助工程化和远程通讯化

将机器的运转和作业过程与施工管理结合起来，是现代机械化施工技术发展的重要趋势。在沥青路面施工技术的信息化、计算机辅助工程化（CAE）和远程通讯化中，包含着两方面的内容：一是施工机械技术状况的采集、监测﹑报警、故障诊断、养护维修等运转工况的管理和远距离通讯服务；二是机器施工作业参数的采集、处理、施工质量的监控等作业过程的质量管理和远距离通讯服务。

运转工况的信息管理系统和远距离通讯服务在技术上难度相对较小，因而发展也较快。目前欧洲一些路面机械的大品牌，如Wirtgen、Bomag、Dynapac 大都有自己的远程服务系统。图27展示了Dynapac开发的远程监控及机器信息中心。从图27中可看到，安装在其上的数据采集器通过无线发射装置将数据发送给信息中心，而机器的地理位置则由PS系统传输到信息中心的接收天线上。

随着卫星定位技术和随车计算机技术的发展和进步，为满足用户（业主）的需求，人们开始尝试进一步将机器的自动控制与施工作业的信息联系起来，使信息技术（IT）在现代的道路施工中扮演愈来愈重要的角色，并随之出现了一些新的技术概念和术语：建筑自动化（Construction Automation）、机械控制与导航（Machine Control and Guidance）、数字化质量保证（Digital Quality Assurance）、工地管理或支持系统（Worksite Management or Support Systems）等。在随后的发展中，它们被归纳为一个更完整的概念“计算机集成道路施工”（Computer Integrated Road Construction，CIRC）。

图22　就地复拌设备的机型

图23　就地复拌设备在现场施工作业

图24　三列式就地冷再生机组

图25　二列式就地冷再生机组

CIRC的概念是在欧盟委员会支持的一项英国—欧洲联合基金研究项目“Brite-EuRamⅢ”中提出的，这一项目由5个国家的共7个研究单位和大学参与完成，为期3年（1997～1999年）。CIRC被定义为一种正在形成的交叉学科领域，它将传统的道路施工与现代的信息技术、实时定位与机器控制结合在一起，以便自动地记录和捕捉道路的施工过程，并容许在线与道路的设计要求进行比较，其目的是以更加自觉的方式建造出更好的道路来。

按照上述定义，CIRC的研究领域包括了以下4个方面。

（1）PS技术在道路施工中的应用。

（2）机器工作参数、技术状况的采集、处理、与正常工况的对比、异常情况的诊断等机器工作状态的管理。

（3）施工作业参数的采集、处理、与作业质量要求的对比等作业过程的质量管理。

（4）机器工作状况和施工作业过程的远程管理。

在上述4个方面的研究方向中，发展相对较快的是PS技术的应用、运转工况管理系统、对故障分析和诊断的远距离通讯服务。技术上难度最大、进展相对较慢的是第三方面的工作，它包含了作业过程的在线监测，作业参数的采集与实时处理，作业质量的过程控制。

图26　所有工序组合在一台设备上的就地冷再生机

图27　Dynapac开发的远程监控及机器信息中心

进入21世纪后，CIRC发展了CIRPAV（计算机集成道路摊铺）和 CIRCOM（计算机集成道路压实）两个子系统。现在CIRPAV和CIRCOM都已有了概念型的样机，并在某些工地上进行了试验，但还只是初步的、有限的作业质量的过程控制与管理。图28是CIRPAV系统的工作示意图，在图中可看到摊铺机熨平板铺层的高程是由一高程定位系统控制的，它由地面部分和机载部分组成（图28）。定位系统采集的铺层高程信息传输至机载的处理单元，经中心站发来的指令实时处理后，一方面对熨平板高程调节系统发出指令，调节熨平板的仰角，另一方面将调节的结果发回中心站。如果采用多台全站仪则可进一步对铺层的线型、纵坡、横坡、高程、平整度进行自动控制，如图29所示。

图28　CIRPAV系统的工作原理

图30则是CIRPAV在现场工作的情况，图31是安装在机器上的机载处理单元。

CIRPAV目前能实现的功能包括：记录摊铺机当前的作业位置；按设计要求控制铺层的线型、纵向高程、横向坡度和平整度；采集和记录已铺表面的线型、纵向高程、横向坡度和平整度。

CIRCOM的定位系统与CIRPAV是类似的，其另一项主要功能是实时检测和处理铺层的压实度。图32是CIRCOM的地面定位系统，图33则是它的机载处理单元。

CIRCOM目前能实现的功能包括：记录压路机当前的作业位置；告诉操作手已完成的碾压遍数和正确的碾压速度；按正确的碾压速度与碾压遍数来控制压实过程，防止漏压或过压；采集和记录铺层的压实密度；进行多台压路机的协同控制，如图34所示。

现场作业信息管理系统（Site Information System，SIS）的发展是机械化施工技术在信息化﹑CAE和通讯化方向上近期可能取得进展的主要目标，作业过程的计算机仿真和辅助工程系统也将是作业管理系统未来发展的一个主要亮点。图35是现场作业信息管理系统的一个逻辑模型，SIS安装在机器上，通常由一个“办公室”模块和一个“现场”模块组成，它们可分为以下4个子系统。

图29　多台全站仪协同工作

（1）作业执行子系统（WE），用以操纵机器或工作装置。

（2）操作管理子系统（AFO）是一个对操作指令进行决策的模块，它可以由操作手，也可不通过操作手来执行。

（3）临时贮存子系统（TDS），用来贮存在传送给外部的永久性贮存和管理系统之前的临时数据，它们对施工质量的评估十分重要。

（4）数据采集与处理子系统是一个复合的中介系统，它负责从现场获取所需的数据，并按其他子系统的要求对它们进行处理，数据采集与处理子系统还负责根据需要对数据进行可视化处理。

图30　CIRPAV在现场工作的情况

图31　安装在机器上的机载处理单元

3.2摊铺与压实的智能化

CIRC第三方面的任务实质上是施工作业的智能化问题，智能压实是智能化施工进展最快、最有现实意义，也是推广应用最快的一个领域。CIRCOM已经具备了一定的智能化压实功能，但还处在初级的阶段。更为高级的智能压实是指使压实进程能类似人的大脑那样对压实作业的环境（被压材料的性能、现场条件等）进行一定的分析，自动提供最佳控制的对策，并在实施的过程中判断压实效果，进行必要的修正，从而使压实作业始终在最佳状况下进行。机器将具有一定的自学习、自适应的智能，当对某一材料进行压实时，通过一段时间的实践自动对压实作业的各项参数（频率、振幅﹑碾压速度和遍数）进行调节，并判断其压实效果，从而使压实作业始终在最佳的状况下进行。智能压实的另一个目标是使机器施加给被压材料的能量在任何时刻都能最大限度地为被压材料吸收，而转化为压实功，从而实现压实过程的最佳控制。

图32　CIRCOM的地面定位系统

在振动压路机上实现智能化压实的基础条件已经成熟：在实现振动能量的受控调节的三个主要参数振幅﹑频率﹑碾压速度的无级调节中，最困难的振幅调节已取得突破性进展；振动压实的近周期和一次简谐振动的研究成果，为实现压实进程受控地进行提供了必要的理论支撑；智能压实应用技术的研究为智能压实的推广应用提供了必要的技术支持。

图33　安装在压路机上的机载处理单元

智能压实应用技术的最新进展包括以下几方面。

图34　多台压路机的协同控制

（1）建立智能压实测量指标与传统铺层压实质量指标（密度、CBR、PLT、DPI、FWD、LWD等）之间的相关关系和数学模型的研究。智能压实的测量指标直接反映的是路面的劲度，而且是路面的各个结构层（路基、基层、面层）的综合劲度，它与常规的铺层压实质量指标之间的关联关系需要通过大量的实验室和现场的试验研究来确定。

图35　现场作业信息管理系统的逻辑模型

（2）不同品牌压路机的智能压实测量值之间相关关系和建立统一的智能压实测量指标的数据分析模型的研究。

（3）智能压实质量控制和质量保证的规范化和标准化的研究。

美国虽然在智能压实设备的开发方面落后于欧洲和日本，但在智能压实技术的推广应用方面却发展迅速。近些年来，美国加强了智能压实应用技术的研究，在上述各方面的研究中投入了大量的资金和人力。2007年美国联邦公路总局（FHWA）在交通运输联合基金项目（TPF）中专门列入了 “加速实施路基土壤、粒料基层、沥青路面材料智能压实”的研究项目TPF-5（128），这一项目有乔治亚州、印地安那州等12个州的运输管理局参加。在美国联邦政府和州规范中制订有专门的智能压实的章节已经有18个。图36是TPF-5(128)项目提出的振动轮与路面、路基相互作用的动力学模型。

目前已经有了一些智能化压实的初步尝试，Bomag、Ammann、HAMM等公司都有了在土方或沥青压实方面带有自动反馈控制（Auto-Feedback Control）的压路机机型，但还只是简单地根据压实度的增加而逐渐降低振幅和提高频率，不能做到完全实时地按照与设计压实质量指标的比较进行控制。

图36　振动轮与路面路基相互作用的动力学模型

3.3摊铺与压实的无人化

在斜坡、有塌方等危险地段作业时，对机器实行没有驾驶员的远距离操纵是目前已经可以完全做到的事。更高层次的无人化是建立在智能化基础上的远程控制。CIRC的进一步发展是希望实现摊铺机与压路机作业过程的联机无人远程控制，图37是瑞典H. Thurner 博士设想的未来沥青路面摊铺机与压路机协同作业无人化、智能化、联机远程控制的情景。显然，要完全实现上述目标还需假以时日。