路面工程数字化施工的现状和展望

2022-11-05三一重工股份有限公司李旭张雄钟辉平黄子超刘秋宝肖正文

中国公路 2022年18期

文/图三一重工股份有限公司李旭张雄钟辉平黄子超刘秋宝肖正文

数字化、智能化是当前路面工程提升的主要方向之一。随着《数字交通发展规划纲要》《推进综合交通运输大数据发展行动纲要（2020-2025年）》《国家综合立体交通网规划纲要》等指导文件的相继发布，公路基础设施数字化已经明确成为未来智慧公路发展的方向和基础；根据文件要求，到2035年，我国交通基础设施的数字化率要达到90%。

近几年物联网技术得到飞速发展，无论是感知层的智能硬件、视频摄像头，还是4G、5G网络的覆盖情况，都已经给路面工程的数字化施工打好基础。与此同时，多个省份也相继出台文件，大力推进“智慧工地”建设，提升建设过程的数字化管控，助力建筑业高质量发展，越来越明确的政策让智慧工地项目遍地开花。

国内现状

国内数字化施工市场经过几年发展，产品日趋成熟。目前市面上主要有几类厂商，其中有代表性的主机厂如三一重工在几年前推出的“三一路面数字化施工平台”。相比其他厂商，主机厂对自己品牌的设备有数据采集优势和设备方面的专业性，但同时也面临其他品牌的壁垒。

数字化施工平台界面

应用价值

数字化的根本目的是降本增效，在兼顾安全和质量的前提下最大效率地完成工程施工，具体体现在以下方面：

距离感应安全可控

传统的路面摊压施工现场需要多名管理人员及工人配合施工，大量人员和机械的交杂和施工环境的干扰，容易导致机械伤害事故。尤其是公路沥青路面施工，温度高、机械多、工序多、人员多、战线长，施工中存在机械伤害、高温伤害、交通伤害等各种安全隐患，稍有不慎就会引发安全事故。

链接：

路面工程数字化施工在具体的产品内容上，通常包括以下几方面：

工程管理：主要是对项目进度进行管理，包括每日的施工情况、项目资料管理、项目投入与产出等；

质量管理：主要对施工质量进行管理，包括各类检测报告、实验室数据等；

设备管理：对设备的管理包括设备进退场、维修保养、油耗、租赁与结算等；

人员管理：人员包括技术人员、施工人员、机手等，管理包括考勤、工资、证件、技术等方面；

财务与成本管理：财务系统通常是独立的系统，因此通常这部分数据需要对接使用；

安全管理：主要是对施工现场的安全管理，并且通常会有实时预警、报警机制；

智能监控：包括对园区、设备、人员各环节的实时监控，且能够识别一些不安全行为；

数字大屏：数字大屏则对外宣传、展示的意义更大，呈现的效果也往往比较直观、有科技感。

相较于传统施工的安全弊端，智能化摊压机群施工采用群控安全技术，每台机械均配备多传感器融合避障系统，并通过数字化管理平台进行机群统一调度，采用科学稳定的算法对机群的每一台设备进行路径规划。在施工全程只需要少量人员参与，大大降低了机械伤人的隐患；每台施工机械均配备自动避障感应系统，当机械识别到侵入安全限界的障碍物时，可自行减速、停止，安全限界的范围可根据客户需求进行动态调整，防止人或动物靠近机械造成突发性伤害；机群强大的机械自检功能包括制动系统、油箱、水箱等关键部位的自检，可防止机械因温度过高、速度不匀、局部性能不良等原因产生安全隐患。

遵规守矩质量可控

结合目前国内路面施工现状，常规摊压施工过程中，普遍存在过程质量管控不力的情况，特别是在碾压阶段，很容易出现超压或者漏压现象，且一旦发生，很难在施工阶段通过观察法判断，导致最终成型的路面局部压实度不够。随着国内施工人员的断层，具备实操经验的一线工人也越来越少，这就进一步导致了常规施工中质量的不可控。

相比之下，智能化无人摊压施工完全以过程控制为抓手，通过数字施工平台做到实时施工、监测、记录、反馈，其最大优势是“遵规守矩”，完全按照参数施工，规避了人为因素干扰导致的成品性能不稳定，从而有效保证了路面结构层的施工质量，具体来讲，主要从以下几个方面得以实现：

摊铺机及各类压路机的机械行走速度固定，可有效保证摊铺均匀性及压路机的碾压效果；

根据试验段参数严格控制碾压遍数，通过路径规划确保结构层的任意一点既不会超压，也不会漏压，确保全路段压实度合格；

设置压路机的振幅、频率、紧跟距离等关键施工参数，防止压路机在施工过程中发生急停急起、快速转弯等传统机械操作弊病；

通过下承层扫描与顶面标高的复核确认，有效保证各结构层厚度符合设计要求，并在摊铺、碾压过程中严格控制施工质量，确保平整度合格，最后在收光阶段，通过压路机搭载的激光扫描系统，全面反映已施工路面的平整度，并形成可溯源的施工记录，作为施工方后续质量管控的依据。

通过数字化施工平台与无人化设备相结合，实时记录、保存所有设备工作状态及施工情况，为后期质量检测的溯源提供依据。

高效优质进度可控

新建路面工程的施工进度关系到整个项目的关门工期，因此非常容易形成赶工的局面，对施工单位的组织能力提出了极高要求，但进度受制因素很多，很难做到面面俱到，一旦有一个环节脱节，必然导致整体进度降低，最终影响到项目工期的履约。

传统路面工程施工，三餐及夜间休息时间无法作业，因此施工进度很难保证。很多时候施工方为保进度，只能选择牺牲工程质量，最终导致道路在交工后出现各类质量问题。

智能化机群施工则有效解决了无法连续作业的难题，施工过程仅需少量现场旁站、调度的管理人员即可，在燃料、后场材料保供的情况下，甚至可以做到全路面工程连续作业。同时还能有效保证施工质量，确保进度，及时履约。

多元节流成本可控

对于需要抢工期的项目，抢工期间往往需要增加大量的额外成本，这就使施工方陷入两难困境：不抢工期进度完不成，拖延工期，业主单位不满意；抢工期成本投入大，入不敷出。一般情况下，施工项目部都会选择增加投入确保进度履约，从而导致成本大大增加，甚至导致原本赚钱的项目变成亏损，失去盈利能力。

无论何种工程，节约了工期，就是最大的成本节约。智能化机群施工可极大程度地帮助施工方加快施工进度，大量节约施工的人、机投入及管理成本。对比常规路面施工，智能化机群施工人员投入少、材料浪费少，因质量、安全问题导致返工和赔偿的情况更是几无可能，从各个方面减少成本损失，多元节流，有效保证了最终成本的可控。

技术应用

自动驾驶摊铺技术

摊铺机自动驾驶摊铺技术利用实时动态差分定位、自动驾驶算法、全电液控制器与摊铺管理系统实现摊铺机行驶、摊铺作业的自动化控制。

智能无人摊铺机

自动驾驶算法结合RTK高精度定位技术，实时规划路径、速度等，实现自动行驶。

上位机系统、红外温度监控系统、摊铺数据采集系统、通信网桥和摊铺状态显示器组成摊铺管理系统。通过安装在摊铺机上的温度传感器、转速传感器，对所有当前处于施工状态的实时参数：摊铺温度、方量、油耗、振捣频率、摊铺速度、实时位置、运动轨迹进行采集、记录，并通过无线通讯传到控制台进行数据汇总与分析；通过安装在摊铺机上的电子LED显示屏，结合远程控制技术，对处于异常状态的摊铺参数：料温过低、找平异常进行远程提示与远程干预，必要时采取停机措施。

远程操控技术通过无线电技术、无线网桥及高清摄像头等设备，实现摊铺机实时施工场景的远程监控，并通过无线遥控技术实现控制台远程控制摊铺机的各种动作。

3D数字找平技术将路面设计数据导入3D找平控制器，通过GNSS接收机采用RTK(载波相位差分)技术，实时获取摊铺机熨平板的实时厘米级3D点位信息并计算出相对应的高程设计信息；基于域激光发射器与激光接收器，将3D点位接收到的激光信号转换为电信号，并根据电信号的量值与变化计算出实测高程与设计高程的差值，并控制找平电磁比例液压换向阀，实现毫米级的找平精度；最后，通过后台数据处理，实现无桩化摊铺，减少人为干预带来的摊铺误差，实现频繁变坡及曲线的施工要求。