基于动态控制方法的沥青路面施工智能管控技术研究

周维鼎 李强 牛荣 康文 郭桂爽

（1 甘肃路桥公路投资有限公司，甘肃 兰州 730030；2 苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 211112）

0 背景

在“一带一路”国家战略交通先行的背景下，“十三五”期间我国公路基础设施建设将处于集中建设、加速成网的关键阶段，全国高速公路将新增通车里程4.6万公里。甘肃省《“十三五”交通运输发展规划》提出将新建高速公路3700公里以上，新（改）建普通国省道约12000公里。随着甘肃省公路里程不断增加，交通量及其轴重也越来越大，对建立高质量的沥青路面的要求也越来越高。

当前，管理人员对施工环节质量控制的重要性有广泛共识，但在传统施工体系中发包人或监理人无有效的精力对沥青路面施工环节进行全过程监督和管理，易导致施工出现不稳定和不均匀现象，例如混合料的级配、油石比以及摊铺压实质量波动造成了混合料横纵向的不均匀排布，出现沥青路面松散、坑槽、车辙等早期病害。一旦出现质量缺陷，传统的管理方法很难识别问题是出在混合料配合比、拌和工艺、运输过程还是摊铺碾压等其他环节，给分析问题和整改造成极大困难。因此如何从管理举措中快速、及时、准确地采集沥青路面施工过程数据，实时对错误进行指导和调整，是施工管理中急需解决的问题。

随着物联网技术的发展，已经实现硬件设备与互联网相连接，并进行信息交换和通讯，实现采集参数的智能化识别、监控和管理工作。因此本项目在研究路面施工质量管控措施时引入物联网技术，以期实现对沥青路面工程沥青路面施工控制技术也在向智能化方向发展。

1 系统架构需求分析

目前沥青路面施工主要从拌合楼、运输、摊铺及碾压四个工序环节进行，为了实现对各个环节关键点控制，本课题针对项目管理人员和施工人员对质量控制提出的要求开展研究分析，从施工现场数据和用户交互远程中心处理分析平台建立沥青路面施工智能监控框架体系。施工现场数据采集设备包括拌合楼数据采集设备、运输摊铺一体化数据采集设备、碾压数据采集设备，远程中心处理分析平台应具备施工现场采集数据的接收、实施监控、数据统计分析功能，用户交互从施工现场管理人员、办公室管理人员和施工操作人员考虑，研究针对不同用户的平台交互软件。

1.1 施工现场质量控制需求分析

施工现场质量控制需求主要包括拌合、运输、摊铺及压实环节。具体需求分析和解决措施如图1。

图1 施工现场质量控制需求分析

1.2 用户交互远程中心处理分析平台

用户远程中心处理分析平台应具备施工现场采集数据的接收、实施监控、数据统计分析和处理功能。用户交互远程中心处理分析平台依据的是施工现场质量需求分析而设，以满足现场人员的操作和管理需要。具体架构如图2。

图2 用户远程中心处理分析平台架构

2 现场安装设备配置系统

2.1 拌合监控系统布置

在混合料拌合环节，通过在沥青拌合楼布置传感器和控制器对生产过程中的计量数据、时间数据和温度数据进行实时采集，并实时传输至后台数据中心。数据中心对生产数据进行存储、计算分析和智能反馈，实现沥青混合料级配、油石比、出料温度实时控制。前场施工人员和管理者可以通过手机终端和PC客户端对生产情况进行实时查询。

图3 拌合监控系统布置

2.2 运输监控系统布置

在混合料运输环节，通过在拌合楼、运输车和摊铺机上安装射频识别器（RFID）和电子标签等监控设备，能够准确识别运输车进出拌合场、进出摊铺现场以及运输轨迹等信息，具备运输时间、运输车轨迹监控以及混合料溯源功能。

2.3 摊铺监控系统布置

在摊铺环节，通过在摊铺断面布置红外传感器阵列，实时获取整个摊铺断面温度数据，并通过距离传感器或高精度GPS对摊铺机行驶速度进行实时采集。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 碾压监控系统布置

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和碾压遍数碾压，通过红外温度传感器获取碾压温度。碾压温度、碾压速度和碾压遍数彩图通过平板电脑、LED显示屏实时展示，指导操作手快速识别欠压或超压区域。

图4 运输监控系统布置

图5 摊铺监控系统布置

图6 碾压监控系统布置

3 工程实施效果

本项目研发的职能管控系统在兰州南绕城项目进行工程实践，具体应用效果如下：

3.1 拌合生产监控子系统（图8）

3.2 运输监控子系统（图9）

3.3 摊铺监控子系统（图10、图11）

3.4 碾压监控子系统（图12、图13）

3.5 预警管理子系统（图14）

图7 系统登录界面

图8 监控系统界面

图9 拌合生产监控子系统界面

图10 运输监控子系统界面

图11 摊铺监控子系统界面

图12 碾压监控子系统界面

图13 碾压监控现场电脑显示

图14 预警管理子系统界面

4 结语

本文从项目路面智能监控信息化需求分析、监控设备研发和工程应用，研发了基于动态控制方法的沥青路面施工智能管控技术，能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，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，确保工程质量目标，同时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显著。