智能压实系统在G204 烟上线改建工程中的应用

王玉宝 唐海涛

（烟台市莱阳公路建设养护中心， 山东 烟台 265200）

1 前言

在路面施工中， 沥青混凝土的压实是一道关键工序。 在诸多检验指标中， 压实度是一个非常重要的技术指标， 它直接影响混凝土的若干技术指标能否达到设计要求。 对沥青混凝土进行压实， 其目的是提高沥青混凝土混合料的强度、 稳定性以及抗疲劳性能。 所以压实质量的好坏直接影响到沥青路面的平整度、 密实度， 以及沥青混凝土路面的使用效果和使用寿命。 良好的路面质量除了材料、 配比、 拌和、 摊铺要达到要求外，最终的碾压工序是实现沥青混凝土路面的高强度和耐用性能的关键所在， 因此， 一定要对沥青路面的压实引起足够的重视。

随着电子技术、 传感器技术、 计算机技术和自动控制技术的发展应用， 人们对道路施工机械的要求也越来越高， 不仅要求具有高的生产效率， 而且还要能够自动控制施工质量， 对施工的整个过程进行监控， 实时反馈， 确保施工碾压质量。 因此智能压路机成为新的发展趋势。

2 工程概况

G204 烟上线莱阳段改建工程第一合同起点位于山前店镇马耳山村， 终点位于冯格庄街办旧店村， 路线全长27.279km。 采用一级公路标准建设， 双向四车道， 设计速度100km/h， 新建路段路基宽度26.0m， 改建路段路基宽29.5m。

新建段路基断面型式： 0.75m 土路肩+3m 硬路肩+2×3.75m 行车道+0.75m 左侧路缘带+2m 中央分隔带+0.75m 左侧路缘带+2×3.75m 行车道+3m 硬路肩+0.75m 土路肩， 路基宽26m。

改建段路基断面型式： 0.75m 土路肩+5.25m硬路肩+2×3.75m 行车道+0.75m 左侧路缘带+1m中央分隔带+0.75m 左侧路缘带+2 ×3.75m 行车道+5.25m 硬路肩+0.75m 土路肩， 路基宽29.5m。

3 传统压实方法存在问题

（1） 压实工艺控制客观性不强。

实际碾压遍数和碾压速度受人为、 天气等因素影响大， 难以实现真正可控； 二是压实施工档案的真实性和准确性欠缺， 质量问题原因难追溯。

（2） 质量评价指标准确性欠缺。

压实度、 沉降差等指标采用抽样检测， 不能全面整体反映路基路面压实质量， 特别在填石或土石混填施工中， 这两个指标的准确性很难保证。

（3） 质量缺陷处理难度大。

发现个别抽样点不满足要求时， 很难界定重新碾压的范围， 返工时容易造成不合格区域的“漏压” 和合格区域“超压” 现象。

（4） 质量监管模式落后。

目前， 压实质量的管理主要是事后结果控制， 而提升到全过程监控， 又缺乏科学有效的技术手段。

（5） 投入大效率低。

为保证压实质量， 传统压路机投入大量的人力物力， 如指派专人现场控制、 碾压效率低等。而智能压实简便快捷， 实时监控， 对压路机操作手起到监督作用， 提高压实效率和质量。

4 智能压实系统研究

破解上述问题的关键在于构建压实作业全过程中“人、 机、 场景” 之间的无障碍连接。 本项目采用山东奥联信息科技有限公司研发的路基路面智能压实监控系统， 该系统为压实作业提供智能化、 信息化、 数字化服务， 发挥无缝连接的关键作用。

4.1 智能压实系统的技术框架

系统总体技术框架如图1 所示。

图1 系统总体技术框架

工程施工现场包含两个功能模块， 分别为：路基施工监控和路面使用监控。 系统组成总体示意图如图2 所示。

图2 系统组成总体示意图

于传统定位产品而言， 智能压实系统更精确地给出压路机的位置， 更高效地进行压实作业管理。 传统定位产品只使用GPS 或北斗定位单一的定位系统， 在定位时效、 精度和准确性上都难以达到双星定位系统的效果。

4.2 智能压实系统的基本功能

（1） 压实作业工序严格把关， 压实作业工序流程图如图3 所示。

图3 压实作业工序流程图

压实作业开始前， 压路机操作员启动压实设备， 发送施工请求给现场监理人员。 监理收到信息后核实现场情况， 如果具备施工条件则发出批准指令， 同时通过施工交底明确施工工艺要求。压路机操作员收到开工指令， 严格按要求开始压实作业。

（2） 压实过程智能控制

在未施工前， 首先通过添加施工按钮将施工段桩号和具体施工部位手动录入系统。 手动录入压实度、 碾压遍数设计数值、 压实开始和结束时间、 反馈电话、 现场监理和技术员等相关信息。根据设定的施工开始和结束时间实时显示施工状态。

压实作业开始后， 系统实时采集施工数据，在碾压过程中终端设备可实时显示压实状况， 显示摊铺温度、 碾压温度、 压实遍数、 工程机械运行轨迹以及行驶速度等相关实时信息， 通过后台数据库对其进行建模和分析处理， 形成全面反映压实状况的压实程度分布图如图4 所示， 直观生动的供相关管理人员时刻掌控工程施工摊铺碾压现场情况， 并根据施工规范要求对出现的情况作出相关干预措施。

图4 路基路面智能压实监控系统界面

根据压实状态分布图， 迅速定位碾压薄弱区域， 实时显示正在碾压轮迹以及已经碾压轮迹的通过率， 有效防止过压和欠压， 实现对施工段的最优碾压。

现场对比研究智能压路机压实和传统压路机压实情况下压实度， 智能压路机压实更加均匀，偏差系数更小， 压实度均满足设计要求， 而传统压路机压实不均匀， 压实度偏差系数大， 存在未符合规范要求的情况， 对比结果如表1 所示。

表1 智能压路机与传统压路机压实度对比

在必要时， 施工管理人员 （包括技术员、 监理） 可发布指令干预压实作业， 施工操作员也可将施工过程中发生的意外情况及时反馈给管理者。 当施工完毕后向监理发送施工结束请求， 系统自动对当前工作面的压实施工质量进行评估，监理根据评估结果确认是否同意结束施工， 如果满足结束条件则压路机操作员关闭电源即可， 否则需通过系统导航重新设定为碾压不合格区域。

（3） 压实数据信息化应用

压实作业结束后， 系统自动对当前工作面的压实施工质量进行评估， 自动生成压实质量报告， 并对项目所有质量报告进行归档存储， 形成可永久保存、 可追溯查询的电子档案。 各级公路建设管理人员可以通过移动通信互联和跨平台的Web 方式访问该系统， 为路基路面压实质量检验评定提供真实可靠的依据， 为工程计量提供详实压实数据。 压实数据信息化如图5 所示。

图5 压实数据信息化图标

4.3 智能压实系统的技术优势

与传统的振动压实相比， 智能化压实具有以下几个优点：

（1） 该系统将压实质量的管理从事后结果控制提升到全过程监控， 最大限度的杜绝人为干预， 客观、 真实、 准确表达压实工艺， 及时反馈给施工管理人员， 并及时做出相关干预， 确保压实质量。

（2） 本系统环境适应性强、 耐候性能卓越，特别适应在各种复杂工况与气象条件下长期使用。 智能压实监控系统硬件设备如图6 所示。

图6 智能压实监控系统硬件设备

（3） 该系统利用移动通信互联、 云计算服务以及Web 访问方式， 可为全国多条道路的压实质量控制提供自主化的监管手段， 为实现国家层级道路质量管理体系提供科学可行的技术方案，亦可为未来重型工程机械无人化施工提供模块化的监管平台。

（4） 使用智能压实系统可以为路基路面压实质量检验评定提供真实可靠的依据， 增强压实施工档案的真实性和准确性。

（5） 使用智能压实系统不需要更多的特殊培训， 其操作平台简单易懂， 并且在大部分情况下都是选择使用自动压实。

5 结语

本智能压实监控系统综合利用现代传感器、三星精确定位、 物联网、 移动通信等技术， 实现了压实作业工序严格把关、 压实过程智能控制、压实数据信息化应用三大功能， 完美解决了对路基路面压实作业的全过程、 全面监控的难题。 随着施工技术的不断发展和进步， 相信智能型压路机在今后的公路工程施工中将会发挥更大的作用。