沥青路面智能管控系统在G242路面施工中的应用研究

冯建林 黄建平

（1贵州省凯里公路管理局，贵州 凯里 556099；2 苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 211112）

0 引言

随着贵州国省干线公路通车里程的不断增加，沥青路面建设的质量和服务水平要求不断提高。众所周知，沥青路面施工是一个不可逆的过程。从沥青混合料拌合、运输，到路面摊铺、碾压，路面施工，任何环节出现问题，都会导致最终质量的失控。而传统的公路路面施工管理方法存在“事前把关”“事后检测”“抽样检测”“有限反馈”等不足，对既成事实的路面施工质量问题并无有效对策，检测结果也缺乏全面性[1-2]。

本文针对传统方法的不足，在G242 国道改扩建项目中，开发智能施工管控技术，对沥青混合料拌合、运输、摊铺及碾压全过程进行实时、连续数据采集、传输、统计分析和信息反馈，将“事前检验、事后检测”改进为施工过程控制，将检测的随机取样改进为路面质量的整体检验，将施工过程中的有限反馈改进为实时反馈，并提供智能预警功能。利用智能施工管控技术将路面工程质量从可测变成了可控，保证沥青路面施工的均匀性和稳定性，迎合目前精细化施工和信息化施工的要求。

1 系统框架

1.1 智能管控系统的认知

智能管控系统基于“物联网”技术[3]，其在计算机互联网基础上，通过射频自动识别技术和无线数据通讯等技术，构造一个覆盖世界万事万物的网络[4]。在公路工程中，物联网技术是把射频自动识别技术、红外温度传感器、全球定位系统及激光测距仪等通过信息传感设备与互联网连接起来[5]，进行信息交换，即物物关联，以实现智能化识别和管理[6]。

1.2 沥青路面智能管控系统功能需求

智能管控技术系统的网络结构如图1所示。在远程中心服务器上安装网站应用服务器和数据库服务器，将终端数据采集设备安装在沥青混合料拌合楼、运料车、施工前场摊铺机和压路机上，通过无线网络实时采集、传输给远程中心服务器，客户端使用电脑和手机，通过因特网访问中心服务器，进行相应的数据录入、查询和统计分析工作，从而动态实时获取沥青路面施工信息，提高管理效率和保障施工质量。

图1 系统总体网络结构图

2 沥青路面智能管控系统工作原理

2.1 沥青混合料拌和智能管控系统

拌合楼实时采集数据包括出料时间、各热料仓投放质量、沥青投放质量、矿粉投放质量、添加剂的投放质量、混合料的出料温度等。

图2 沥青混合料拌合智能管控技术

2.2 沥青混合料运输智能管控系统

在混合料运输环节，该项目基于射频识别技术，在混合料装料时，可以识别混合料开始装料时间、结束装料时间和车辆信息；在混合料卸料时，可以识别混合料开始卸料时间、结束卸料时间等信息，实现路面铺装质量问题可追溯。

图3 沥青混合料运输智能管控技术

2.3 沥青混合料摊铺智能管控系统

图4 沥青路面摊铺智能管控技术

在沥青路面摊铺环节，通过在摊铺断面布置红外传感器阵列，实时地获取整个摊铺断面的温度数据，并在施工现场绘制摊铺温度云图，快速地确定温度离析区域。通过高精度GPS对摊铺机进行厘米级定位，从而获取摊铺机的行驶速度。摊铺温度与速度信息通过LED显示屏实时展示，并实时传输至后台数据中心进行存储和发布。

2.4 沥青混合料碾压智能管控系统

在碾压环节，通过基站与移动站的差分计算，实现压路机厘米级定位，实时获取压路机碾压速度，通过红外温度传感器获取碾压温度。碾压温度、碾压速度通过LED显示屏实时展示。

图5 沥青混合料碾压智能管控技术

3 实例应用

智能管控系统已在G242得到成功应用，并具备很好的推广意义。G242锦屏大同至黎平高屯公路改扩建工程，里程桩号自K0+000 至K60+144.362，全长60.477km,为Sup-19高性能沥青面层。设计沥青面层标准宽度为7.5米，铺筑厚度为6㎝，其中隆里改线段为7cm。

3.1 沥青混合料拌合智能管控系统

G242国道沥青层上面层为高性能沥青Sup-19，沥青混合料拌合智能管控系统针对以上级配进行匹配采集。

3.1.1 生产状况实时监控

其指标包括各热料仓计量数据、矿粉计量数据、油石比、拌合周期等，如表1所示。

表1 拌合楼G242材料用量实时监控

3.1.2 生产数据波动分析

其指标包括各料仓计量数据波动、关键筛孔通过率波动、矿粉计量数据波动、油石比波动、拌合周期波动及混合料出料温度波动，图6是热料仓（0～4mm)波动图。

从图6可以看出，该拌合楼热料仓（0～4mm)用量极为稳定，一直在目标值附近，没有超出设定的上限、下限范围，生产质量较为可靠。

图6 热料仓（0～4mm)波动图

3.2 沥青混合料运输智能管控系统

沥青混合料拌合楼距G242施工前场约30公里，混合料运输车行驶时间为1h左右。通过该系统，将车辆信息、拌和信息、运输信息和摊铺信息统一展示，实现路面质量问题可追溯，如表2所示。

可以看出，运输时间平均值为107.8min,超时占比为9.1%，混合料运输总体时长控制较好。共11运输车次的系统信息当中，仅1车次耗时过长，系统对超时车辆信息进行标红警示，施工方通过系统，及时找出原因，从而提高运输管理，保证沥青路面摊铺质量。

3.3 沥青混合料摊铺智能管控系统

图7 摊铺温度数据分析

在G242施工过程中，采用1台摊铺机+3台压路机联合作业的模式。图7和图8分别是摊铺温度及摊铺速度数据分析。

图8 摊铺速度数据分析

从图7可以看出，摊铺温度曲线波动较大，但摊铺温度控制较好，几乎都分布在上限、下限范围内，说明摊铺过程温度控制满足施工规范要求，但是摊铺温度均匀性需要进一步加强。

从图8可以看出，系统实时采集的摊铺速度分布较为均匀，平均摊铺速度为2.98m/min,符合沥青路面摊铺速度要求。

3.4 沥青混合料碾压智能管控系统

图9 初压温度随桩号变化

表2 沥青混合料运输数据分析

在G242路面施工过程中，采用1台双钢轮压路机（初压）+1台胶轮压路机（复压）+1台双钢轮压路机（终压）联合作业的模式。

1）碾压温度。图9和图10分别是初压及复压时碾压温度随桩号的变化图。

图10 复压温度随桩号变化

从图9可以看出，初压温度平均值156.08℃，曲线波动明显，甚至有数个桩号温度高于施工上限值，但初压温度整体控制较好，大都满足施工温度要求，施工方下一步重点是确保碾压温度的稳定性及均匀性。

从图10可以看出，复压温度平均值126.7℃，复压温度向下限靠拢明显，虽符合施工规范要求，施工单位应根据现场情况，适当提升复压效率，避免因环境变化而造成复压温度过低的情况。

2）碾压速度

图11 碾压速度数据统计分析

从图11可以看出，路面碾压速度平均值为2.66km/h,曲线波动十分明显，尽管碾压速度值都分布在系统设定的上限、下限范围内，施工单位需尽快做出调整，及时提醒操作手保证碾压速度的均匀性及稳定性，保障沥青路面压实质量。

3）碾压遍数。本系统通过数据甄别、视野缩小和Alpha通道画笔算法三个步骤，大幅减少数据量，有效减少了数据的延迟，使碾压遍数彩图能够通过平板电脑实时显示，并有效指导操作手施工，如图12所示。

图12 碾压遍数彩图

4 结语

通过智能管控系统在国道G242沥青路面施工中的应用，能够实时监控沥青路面施工过程中关键数据信息，动态、真实地反映工程质量情况，实现对施工过程的动态控制，提供分析预警机制，及时分析质量问题，发现质量波动情况，确保工程质量目标实现，此外，还具有提高工程效率、节约成本、保护环境和提高安全性能等优点。沥青路面全过程智能施工监控技术，可减少建设过程返工，提升建设质量和效率，节约初期建设成本及后期相应养护费用，具有直接的经济和社会效益，同时由于质量提升带来的长期效益更为显著。