沥青拌合站监控系统在墩那高速公路工程项目中的应用

鲜丽菊 张林

（新疆交通建设集团股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830016）

0 引言

伴随着国家“一带一路”发展战略，截至2019 年底，新疆公路通车总里程达19.42 万公里，公路建设实现了持续快速递增。与此同时，沥青路面早期病害日益突出，局部路段通车2～3 年内出现了车辙、泛油、推移、拥包、麻面、坑槽等典型病害。在高速公路工程沥青路面施工中，拌合站是必不可少的设备，其生产的沥青混合料是高速公路工程中的基本材料，它们用量大，品种多，原材料复杂[1]。沥青混合料的质量、稳定性、变异性，直接影响到沥青路面的路用性能、使用寿命。因此，在高速公路工程施工管理中，对于沥青混合料的监控就显得尤为重要[2]。

传统的高速公路工程建设中，拌合站混合料质量监控需要派技术人员长时间在现场进行监督，查看拌合站生产厂家是否按试验室所给出的配方进行生产[3]，且生产过程材料信息无法共享，当误差超标时也无法及时预警，生产的混凝土用途也没有进行记录，后期无法进行数据追溯。管理过程繁杂，且影响生产效率，耗时又耗力[4]。

信息技术从工业经济时代开始就发挥着作用，在当前信息时代下，以芯片技术、光通信技术、网络技术以及软件技术为代表的信息技术的迅速发展，并渗透到旧的工业体系中去，促进了工业化和信息化的深度融合[5]。新疆作为“丝绸之路经济带”核心区，对外贸易的桥头堡，在一带一路战略背景下，应用信息技术促进当地产业的发展成为必须，充分利用先进的物联网技术和相应的信息处理技术极大提高运作效率，进而提高公路建设行业的经济效益、社会效益和竞争能力[6]。

基于此，墩那高速公路项目结合自身生产的实际需求，开发沥青混凝土拌合站动态监测系统，用于监测沥青混合料生产过程中的集料配合比、关键筛孔通过率、油石比、温度、拌合时间、每盘重量等关键指标，实现智能提示、超量(范围)报警、实时指导纠偏的监测效果。

1 项目概况

国道218 线墩麻扎至那拉提高速公路项目（简称墩那高速）位于新疆伊犁哈萨克自治州伊犁河谷，是新疆交通运输“57712”工程规划“五横七纵”高速、高等级公路网中“第5横”的重要组成路段。项目起点顺接伊墩高速公路终点，途经墩麻扎、巩乃斯种羊场、七十二团、则克台、吐尔根、阿热勒托别，终点位于那拉提，路线全长202.939 公里。双向四车道一级公路，路基宽26米，设计时速100km/h，沿线共设大桥19座、分离式立交24 处、通道78 道、互通立交7 处、服务区4处，沥青面层厚度12cm。该项目的建设将进一步优化伊犁地区路网结构，提高道路通行能力，改善投资环境、旅游环境和生态环境，促进当地经济发展，提高人民生活水平，具有十分重要的意义。

2 沥青拌合站监控系统功能

2.1 系统概述

沥青拌合站监控系统是通过在拌合站的搅拌机上安装监控系统，此系统是集实时监控、超标预警、超标处理、数据分析统计于一体的在线实时监控管理平台，通过对拌合楼生产数据的实时采集和上传，可对其拌合生产中的配合比、材料用量、加工温度和拌和时间等控制性参数进行实时采集和无线传输，结合视频安全监控系统，并根据设定好的标准进行误差判断，发现异常数据进行记录和报警，对质量、产能等进行自动统计分析，对已摊铺的路段进行质量追溯，在出现质量问题时，实现数据快速查询，追溯不合格数据来源，从技术角度分析原因，通过云平台，为施工质量评判提供大数据支持，数据可共享、可追溯，实现对拌和质量的实时、远程监控和动态管理，并节省人力，做到了混合料质量的事前控制，确保工程主体结构的质量安全。

2.2 系统原理

监控系统主要指将拌合站PLC(可编程逻辑控制器)所计算及记录沥青混合料生产过程中的各项原始参数指标(包括各档料重量、沥青温度及拌合温度)通过GPRS上传到服务器。之后通过服务器的内置平台系统对所上传数据进行处理，同时与现行公路沥青路面施工技术规范进行对比，当某档料超出规范所规定范围时，由平台系统发送报警短信。

3 项目应用效果

3.1 拌合设备

墩那高速采用的玛连尼4000 型沥青混合料拌合楼，为不影响拌合站原有系统及其数据库的正常运行，先利用数据库密码查看工具，查看数据库密码之后，利用自行编制的数据库浏览软件，查看数据库相关参数格式，例如各档料以及沥青参数的先后顺序。

3.2 服务器项目建立

服务器平台网站建立相应的项目，并设置填写相应的项目信息，之后进行项目上传数据格式配置，包括开始读取数据标志、结束数据读取标志、配方编号、搅拌时间、沥青加热温度及各料仓重量数据。同时输入实验室给定筛分实验结果，本项目下面层筛分实验结果见图2、图3。

图1 拌合站生产质量超标查询、报警功能图

图2 筛分级配设置图

图3 级配上下限设置

3.3 试验对比分析

3.3.1 拌合温度对比分析。试验采用手持激光温枪测量的沥青混合料的出料温度（距离混合料3m～4m）和拌合站监测系统的采集温度进行对比分析，其中最后一锅采用插入式温度计进行测量，来确定监测温度是否准确，采集数据如表1。

表1 拌合站沥青混合料温度记录表

由表2、图5 可知，距离沥青混合料3m 采用手持激光测温，测量温度145℃～155℃占测量温度总量的80.2 %，比较稳定；由采用插入式温度计测量每车最后一锅料的温度在170℃上下浮动可知，玛连尼拌合站性能较为稳定，由图4、图5 可以看出，系统采集的温度变化浮动比较大，经分析知，拌合站成品料的温度无法获取，采集骨料温度、沥青温度、结合原料比例计算出温度。

表2 检测温度分布

图4 温度折线图

图5 温度分布直方图

3.3.2 混合料级配对比分析。由表3 及图6 可知，拌合站采集温度和试验数据基本重合，能够实际反应混合料级配。

表3 拌合站生产配合比与实验数据汇总表

图6 拌合站系统采集配合比与试验数据曲线图

3.3.3 油石比对比分析。由表4、图7可以看出，试验室和系统测定的油石比在3.8%范围浮动，比较稳定，系统能反应出实际沥青混合料的沥青含量。

表4 油石比含量采集表

表4 （续表）

图7 油石比折线图

3.3.4 激光测温和插入式测温的数据对比分析。从表5、图8 可以看出，激光测温和插入式测温测得温度趋势基本一致。平均相差12℃左右。

表5 针入测温与红外测温数值汇总

图8 激光测温和插入式测温折线图

3.3.5 施工全过程温度变化分析。由表6、图9可以看出，拌合站生产温度与摊铺温度平均温差为18℃左右，摊铺后温度与初压温度平均温差为14℃，初压温度与复压温度平均温差为18℃，复压温度与终压温度平均温差为33℃。摊铺温度均值为153℃（规范＞130℃），初压温度为139℃（规范＞125℃），复压温度为121℃，终压温度为89℃（规范＞60℃）。沥青路面施工质量动态监测系统在墩那高速公路一标沥青路面的下面层和中面层施工过程中应用。

表6 拌合站—摊铺—碾压各环节间温度记录表

图9 施工全过程温度变化折线图

3.4 施工过程控制

可以根据拌合站、级配类型、日期、类型选择查询所需要的数据，点击数据中查看按钮，在此处可以查看每盘料油石比、温度、级配曲线，如图10～12所示。

图10 实时生产数据查询

图11 历史数据统计

图12 单批次集配曲线图

4 结语

通过在沥青路面施工中应用沥青路面施工动态质量监控技术，保持数据链完整，保证数据传输质量；短信嵌入监控系统并实现短信智能报警技术；直接从PLC上读取终端传感器数据。

与传统拌合站管理相比，拌合站信息化管理可以从源头上对混凝土质量进行了把控，减少了由于返工和不合格沥青混合料的废弃而造成的经济损失，降低管理成本，提高工程质量，保障施工进度，提高工作效，本系统开发经验推动新疆高速公路工程施工项目信息化管理进程。