“黑匣子”动态监控系统在广乐高速公路中的应用研究

卞加前，赵 喆，张玉贞，李 宁

(1.苏交科集团股份有限公司，江苏南京 211112；2.中国石油大学，北京市102249；3.荷兰代尔夫特大学，荷兰代尔夫特市)

“黑匣子”动态监控系统在广乐高速公路中的应用研究

卞加前1，赵 喆1，张玉贞2，李 宁3

(1.苏交科集团股份有限公司，江苏南京 211112；2.中国石油大学，北京市102249；3.荷兰代尔夫特大学，荷兰代尔夫特市)

介绍“黑匣子”动态监控系统的技术思路、目标及解决的问题。阐述系统管理及应用的方法，并以实际工程为背景，介绍在项目实施中，通过“黑匣子”动态监控系统，实时进行“事前、事中、事后”的全过程控制，既提高管理效率，又减低工程成本，最终确保了路面质量的稳定性。

沥青路面；质量控制；动态监控系统

0 引言

热拌沥青混合料是广泛应用于高等级公路的路面材料，其拌和质量直接影响沥青混合料路面的质量和工程进度，是整个沥青混凝土路面施工工序中最重要的工序之一［1］。在沥青路面施工过程中实现动态质量管理，国外部分发达国家在20多年前就有过系统研究。近年来，我国对施工质量的“过程控制”及“动态质量管理”也较重视。施工质量管理与检查验收在国内外通常称为“质量控制/质量保证”(简称为QC/QA)，是工程项目保证质量的手段，其基本目的是“达到规定的质量标准，确保施工质量的稳定性”，但往往大家都注重于达到规范要求，而对质量稳定不重视。实际情况是，保持质量稳定，减小变异性才是最主要的目的。沥青路面之所以易出现局部早期损坏，就是因为有局部质量差异性较大的原因。我们在整个施工质量管理过程中，都应避免或减小质量变异性。广乐高速在全线的沥青拌和楼中采用了“黑匣子”动态监控系统，规范了混合料拌和环节的操作行为，有效控制了沥青混合料质量，最终使路面施工质量达到优良。

1 动态监控系统的技术途径

“黑匣子”动态质量监控系统，是在沥青拌和楼已有计量控制系统的基础上，进一步开发的拌和沥青混合料质量实时监测系统，以《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)［2］为依据，以提高沥青路面施工质量为准侧，运用质量动态管理的方法，采用软硬件结合的手段，对混合料拌和数据进行实时采集，实时监测并评价每一盘沥青混合料的拌和质量，为设备操作人员发现在各种情况下的问题，同时信息归纳通过无线网络传输技术在第一时间传送给项目管理者，为项目管理者的决策提供准确有效的监测数据。

通过对沥青混合料的实时动态监控，实现对沥青混合料生产质量的事前质量预控、事中及时准确地采集反馈信息、事后可对数据进行汇总分析的全过程管理，以达到控制混合料质量的目的。

1.1 系统的主要技术思路［3-5］

(1)基于沥青混合料的目标配合比设计和生产配合比设计的计算系统，建立了二者良好的相关性。

(2)通过网络技术进行站式管理服务，实现了各级项目管理人员对沥青拌和楼实施远程动态质量监控，为项目管理者第一时间发现问题，为决策提供可靠、有效的数据。

(3)数据库模块，具有分析数据并进行异常报警功能，实现了由低效率的事后测试向实时动态监控的新突破。

(4)提高了沥青混合料质量检测效率，即级配、沥青用量、拌和温度控制更科学。

(5)减少了混合料的等料、溢料问题，降低材料浪费，提高拌和楼的生产效率，可大大地节约建设成本。

(6)对不合格品进行实时报警，以短信形式及时通知项目管理者。

(7)项目管理者可以利用数据库，对当天、当月的产品质量进行定期动态质量抽查和分析，及时有效地解决存在的问题，如图1所示。

图1 “黑匣子”动态监控系统管理图

1.2 系统实现的目标

(1)可实时对沥青混合料拌和数据进行监控，对沥青混合料生产实时检测、自动采集、无线上传、数据自动保存。

(2)建立多级用户、立体化管理模式，为业主改变原项目管理传统的信息交流平台。

(3)方便监理工程师对配合比参数的设定。对于生产数据实现按日、月、年汇总生产情况，可下载生产情况统计表，绘制生产加工的UCL质量控制图，分析油石比、关键孔的质量。

(4)及时反馈生产过程中的质量信息，利于项目质量控制。

1.3 系统解决的问题

沥青混合料生产过程中受设备及人为的影响因素较多，导致产品质量较大的变异性。为此，通过“黑匣子”监控系统，以避免或消除相关不利因素。主要可解决的有以下几点问题：

(1)计量不稳定，沥青用量不足；

(2)混合料级配变异较大；(3)拌和沥青混合料温度波动太大，忽高忽低；(4)拌和生产数据收集困难，难以实现在线监测。

2 现场实施管理与应用

路面管理者根据以下步骤及权限对所辖区域的沥青拌和楼进行监控管理。

(1)监控系统登录

用户通过连接网络后，打开并连接Internet Explorer或者360安全浏览器，在地址栏中输入http∶//114.80.208.219∶8008/gl，页面如图2所示。

(2)管理者权限

图2 用户登录

管理者分为三个权限等级：业主可以监控全线拌和楼状况，监理单位可监控所辖标段拌和楼的状况，施工单位负责自身拌和楼。

(3)项目监控

各部门在进入系统后即可进行项目监控，可以看到所有管辖的拌和楼的历史生产情况，并可实时了解整个项目的生产进展情况，特别是沥青混合料的生产质量及拌和楼生产数据的波动状况，及时发现存在的不足，对拌和楼的生产进行适当调整，如图3～图5所示。

图3 生产过程的实时监控

图4 当天生产的合成级配

图5 单盘混合料级配

(4)总量校核

系统每天均对生产数据进行总量校核，对实际生产量与计划生产量相互比较，以控制摊铺厚度，进而核算生产成本，如图6所示。

(5)动态控制分析

“黑匣子”控制系统可实时查看沥青混合料的拌和全局级配图、全天的均值级配图、各个单个热料仓的计量波动及沥青(油石比)用量的计量准确性。

利用计算机建立工程质量数据库，将实际每盘的生产配合比与试验室提供的生产配合比进行比较验证，绘制逐次检测结果或逐日检测结果平均值的曲线。检查试验数据是否超出规范允许的误差范围，如果相差过大，系统自动报警。系统会自动绘制生成质量控制图、统计直方图、极差图等各种图形。监管人员可将系统数据下载转换成Excel文档，进一步分析拌和质量的偏差情况。从图7中不难看出，LM4合同段西筑5000型沥青拌和各热料仓及填料、沥青计量相对偏差较小，拌和的沥青混合料质量稳定。

图6 总量校核

图7 拌和楼计量偏差情况

监管人员通过点击混合料总量分析，可以看出拌和楼生产总量情况，根据混合料的密度、摊铺里程、宽度等参数，测算现场的摊铺范围的厚度，如图8所示。如结构层厚度计算与现场实测结果偏差较大时，应加倍检测并分析影响厚度原因。

图8 混合料数据分析

3 “黑匣子”控制系统的应用效果

广乐高速全线里程长主线271 km，连接线32 km，工程量大，7个路面合同段供投入15台套沥青拌和楼，拌和楼厂家较多，品质各异，在多次调试后，经对各拌和楼进行生产配合比设计与试验总结，评价其生产稳定性，确保沥青拌和楼基本具备拌和生产条件。本文以广乐高速沥青中上面层GAC-20、GAC-16为例，列举沥青拌和楼级配控制情况。在路面施工生产过程中，经“黑匣子”系统对全线沥青拌和楼采集的数据汇总平均分析，各拌和楼所生产级配通过率均与配合比设计的数据相接近。数据汇总分析表明沥青混合料拌和质量处于受控状态。

经对现场取样沥青混合料的试验检测结果汇总分析，路面中上面层GAC-20和GAC-16沥青混合料的体积指标相对稳定，沥青混合料的高温性能指标汇总结果均高于规范及设计3 000次/mm的要求。试验表明，该项目拌和沥青混合料稳定，各项性能指标均满足规范及设计要求，见表1～表6及图9、图10。

表1 GAC-20沥青混合料配合比设计级配

表2 GAC-20施工拌和沥青混合料级配

表3 GAC-16沥青混合料配合比设计级配

表4 GAC-16施工拌和沥青混合料级配

表5 GAC-20施工拌和沥青混合料体积及性能测试结果

表6 GAC-16施工拌和沥青混合料体积及性能测试结果

图9 GAC-20沥青混合料级配图

4 结语

图10 GAC-16沥青混合料级配图

广乐高速全线对沥青拌和楼实施了“黑匣子”监控系统，以“动态质量管理”手段进行过程控制，建立了沥青混合料拌和过程中的级配、拌和温度、油石比质量、沥青温度数据库，可实时对生产数据进行监测分析，对异常情况实行报警，并以短信通知项目管理人员，实现了由低效率的事后质量检测向高效率的实时动态质量监测的转变，做到防患于未然，提高了公路建设中的质量管理效率，真正起到“过程控制，在线监测”的效果，旨在及时发现影响质量的因素，提高混合料质量的稳定性，减小变异性，有效控制了生产混合料的质量风险，确保了工程质量。

［1］陈少幸, 张肖宁, 邹桂莲. 筑路机械与施工机械化 ［J］. 2005(1)∶22-25.

［2］JTG F40—2004，公路沥青路面施工技术规范［S］.

［3］穆秀雯. 高速公路沥青路面施工质量动态控制技术研究［D］. 哈尔滨：东北林业大学, 2012.

［4］于黎明. 沥青混凝土搅拌设备监控系统研究［D］. 西安：长安大学, 2009.

［5］曹朋辉. 热拌沥青混合料生产过程实时远程监控技术研究［D］.北京：北京交通大学, 2013.

U414

A

1009-7716(2015)08-0240-05

2015-03-20

卞加前(1968-)，男，江苏宿迁人，副总工程师，高级工程师，主要从事道路桥梁工程的科研及现场技术咨询工作。