物联网技术智能综合管控沥青路面施工质量

利用“互联网+”、物联网技术、移动平台等信息化科技手段，推进“智慧工地”建设，实现“智慧建造”，为建设“品质工程”提供有力支撑。依托物联网的公路沥青路面施工质量智能管控技术，提高沥青路面施工质量的整体管理效率，提升沥青路面施工质量。基于物联网的公路工程施工质量管控技术，弥补了传统方法在工程建设管理中的不足，实现对人、机、料、法、环的全方位实时可视化监控和物联网数据的实时收集、分析、预警实时收集、分析、预警。变被动“监督”为主动“监控”，把公路施工质量管理从事后把关，转向事前控制，实现预防为主，施工全过程控制的全新管理模式。

物联网; 智能化管控; 全过程控制; 全新管理模式; 施工质量管理

U415.6 A

［定稿日期］2022-09-22

［作者简介］程剑（1977—），男，本科，工程师，研究方向为路桥施工技术。

浙江省交通运输厅提出“对标江苏、提升路面品质，高速公路路面10年不大修，路面中修周期5年以上”的要求。路面施工物联网平台是利用互联网架构的传感技术和信息传输技术，实时采集路面施工过程中的关键数据信息，包括沥青混合料的拌合、运输、摊铺、碾压等环节，通过物联網及时上传到中心服务器。并利用高精度GPS定位，与现场桩号一一对应，现场施工实时纠偏。把沥青路面的施工质量从事后把关，转向事前控制，实现预防为主、生产施工过程控制的质量保证体系，进一步提高工程质量监管水平，降低后期运营养护成本［1］。

1 目前沥青路面施工质量管理基本现状

目前的高速公路沥青路面施工管理基本现状，主要通过工程管理人员，在施工现场实时巡视、旁站监督指导实现的。施工管理和质量的优劣，取决于现场工程管理人员专业素质的高低［2］。在传统高速公路沥青路面施工质量管理中，由于缺乏必要的技术手段，不能对重要工序、环节进行实时有效的全过程监控和管理，易导致施工出现不稳定和不均匀现象［3］。沥青路面一旦出现质量缺陷和早期病害，传统的施工管理方法很难判断质量问题出在沥青路面施工的哪一个环节，导致无法准确分析和判断沥青路面质量问题的原因，给后期的整治带来了极大的困难。

2 物联网智能化管控沥青路面施工

物联网智能化管控实现了对沥青拌和楼生产状态、混合料运输、摊铺、碾压等过程的关键参数实时监控。降低了拌和时间和各材料用量的误差波动，提高了混合料拌和质量的稳定性，沥青路面施工前场操作的规范性，节约了人力资源成本及材料误差成本，产生了很好的社会经济效益。物联网智能化管控技术，使公路工程建设施工的管理方式更加科学化，管理手段更加多样化，项目运行方式更加有效化，实现预防为主、生产施工过程控制的质量保证体系。

3 物联网智能化管控沥青路面功能

3.1 沥青拌和站生产管控功能

通过采用先进的技术手段，对沥青拌和楼进行软件安装和加装数据采集发送终端，使得系统可以自动采集生产数据，获取海量的生产数据提供给管控系统分析使用。拌和楼出料口测温设备对沥青混合料温度进行实时采集，并通过LED显示屏实时显示，方便拌和楼生产人员随时查看混合料温度，当混合料温度异常通过蜂鸣预警器，提醒拌合站生产人员采取必要措施保证混合料质量。实现混合料关键质量参数生产全过程监控，保证混合料的生产质量。

实时监控每盘混合料的级配、油石比、温度、拌和时间等质量指标。 随时查看生产情况，实时动态分析混合料的级配、油石比等指标波动情况。按照时间及各类条件进行历史数据查询。实时短信预警，确保在第一时间获取拌和站超标信息，及时通知整改。

3.2 沥青混合料运输管控功能

在混合料运输管控系统是通过安装在运输车上定位设备及射频识别终端，实时监控运输车辆接料信息、运输时长，实现运输时间超标预警功能。对每一车混合料从拌和楼到现场摊铺全过程监测，为质量问题回溯提供相应依据。质量溯源，可查询到任意桩号的混合料运输信息，包括开始运输时间、开始摊铺时间、结束摊铺时间、摊铺桩号、摊铺轨迹。可查询到任一车辆的运输信息，包括运输周期、轨迹等信息，对于运输周期予以限制。

3.3 沥青混合料摊铺施工管控功能

通过对沥青摊铺机设备物联网改造，能够实时采集温度、速度等相关的模拟量和数字量数据；定时轮询、告警主动上报功能，具有本地和远程管理功能；支持SMS短消息、GPRS、CDMA，支持主备从通道切换，多中心上报；具有历史数据存储、报警事件存储、系统日志存储、实时数据存储、终端参数存储、补报报文存储等功能。通过对摊铺过程中关键质量参数如摊铺温度、摊铺速度等进行实时监控，确保摊铺质量可控，为碾压做好准备。实时观测沥青摊铺机的摊铺速度、摊铺面的温度及整个断面的温度分布情况。根据摊铺机编号、桩号等条件，查询摊铺作业状态，包括摊铺具体位置、摊铺速度等信息。

3.4 沥青混合料碾压管控功能

沥青压路机施工监测系统集卫星精确定位、移动互联网、物联网、传感监测、云计算等最新技术于一体，实时采集压路机的碾压温度、碾压速度以及碾压遍数，能够及时反馈压实控制情况。能够实时查询压路机的作业状态，包括设备的具体位置、行驶轨迹等信息。

实时获取压路机碾压速度和碾压遍数，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［3］。安装在驾驶室内的互联反馈系统，可以使操作手了解到施工段落出现“漏压、超压”的具体位置，指导施工人员规范操作。可以实时监控任意桩号段落路面工程的碾压质量，包括碾压遍数、碾压温度、碾压速度等信息，科学、公正、客观评价各标段的施工质量。

4 物联网监控系统设备配置

4.1 沥青拌和楼数据采集模块

沥青拌和楼监控沥青混合料关键质量参数生产全过程监控，拌合站数据采集设备对混合料拌和生产过程中的料仓温度、沥青温度、拌和温度、出料温度、矿料质量、沥青质量、矿粉质量及拌和时间实时采集。并将数据发送至物联监控平台，实时分析关键指标的波动情况，对异常数据进行智能预警（图1）。

可实时采集每一盘料的拌和时间、各热料的投放质量、沥青的投放质量、矿粉和添加剂的投放质量、沥青温度、集料温度和混合料出料温度等数据［4］。主要是对级配、温度和油石比进行统计分析。对沥青温度、混合料温度、拌和时间、油石比、混合料级配、添加剂用量及出料温度关键指标设定判定范围，采集和预警数据能够及时传输至物联网监控平台，并通过短信将预警信息发送至各参建单位人员。拌和楼出料口测温设备对沥青混合料温度进行实时采集，并通过LED显示屏实时显示，方便拌和楼生产人员随时查看混合料温度。当混合料温度异常，通过蜂鸣预警器提醒拌合站生产人员，采取必要措施保证混合料质量。通过系统控制界面能够完整观看到生产温的具体数值，实现对生产过程的实时监控，了解生产温度的运转状况，能够及时有效地发现偏差，寻找偏差存在的原因进行针对性的改进［5］。

4.2 沥青混合料运输车辆识别模块

拌和楼出料口测温设备集成车辆身份识别模块，记录和识别车辆信息。在沥青混合料运输车上安装定位设备，实时监控沥青混合料运输车辆行驶轨迹、运输时长，系统具有电子围栏功能，可以在系统地图中为运输车辆圈定行驶范围，实现运输时间超标和轨迹偏离报警功能。利用射频识别技术或车牌识别技术，对运输车的装料时间、出场时间和卸料时间等关键时间节点进行采集，实现对每一车混合料从拌和楼到现场摊铺全过程监测，为质量问题回溯提供相应的数据（图2）。

4.3 沥青摊铺机施工监控系统

沥青摊铺机施工监控系统对摊铺过程中关键质量参数，如摊铺温度、摊铺速度、摊铺位置和摊铺时间等参数进行实时监控，并支持多点位温度采集，真实反映摊铺断面的温度分布情况，为温度离析提供参考数据。摊铺机安装LED显示屏实现展示摊铺温度和摊铺速度，当摊铺速度和摊铺温度异常时，通过蜂鸣预警器实时预警提醒现场施工人员，及时采取必要措施保证路面摊铺质量。同时，在摊铺机上安装混合料运输车辆身份识别模块，实时采集运输车辆信息。实现混合料摊铺位置和摊铺距离质量溯源。能够实时采集温度、速度等相关的模拟量和数字量数据（图3）。

4.4 沥青压路机施工监控系统

沥青压路机施工监测系统内部集成高性能GNSS接收机支持卫星定位，定位为厘米级定位精度，同时集成LTE高速无线数据传输单元和高速处理器保证数据采集、处理和传输的实时性，结合高精度红外测温传感器，采集压路机准确的位置及碾压信息，并以图形和数值形式显示压实度、碾压遍数、碾压区域、碾压薄弱区域等。内置大容量数据存储功能。以图形化实时显示、记录压实遍数、碾压温度、碾压速度，通过安装在驾驶室内的指示平板引导压路机操作手及时对薄弱区域加强碾压，监理及现场施工管理人员可通过移动终端APP及时有效的查看施工中存在的问题，常规检测时可以针对薄弱区域进行选点，使检测更具有针对性，消除质量隐患、提高施工质量（图4、图5）。

4.5 手机配套APP软件的开发

在搭建系统平台的同时开发对应的手机客户端软件，软件版本支持市场主流的Android（安卓）和IOS（苹果）两大手机操作系统，根据手机系统环境（如手机性能、屏幕尺寸等）对用户界面UI和系统功能进行适当的优化。通过开发手机APP可以提高管控系统使用的便利性，进一步提升管控系统的用户体验。手机APP会对每天的生产情况进行分析汇总自动生成生产日报，方便用户通过手机了解管控系统每天的运行情况（图6）。

5 用户组织结构、职责及权限设置

5.1 用户组织结构

物联网技术智能综合管控系统平台，覆盖施工质量过程中所有环节的相关人员，严格按照相关业务标准划分人员的组织结构以及相应的权限功能，满足路面施工质量管控项目所有用户使用。

5.2 权限设置

联网技术智能综合管控系统的权限设计主要以“角色”的概念，根据业主单位、监理单位、施工单位等角色的定位，以此形成一个组件，方便不同项目重复使用权限系统。同时，除了功能权限的设计，还进行单位权限的设置，以满足同一角色内不同岗位人员的需求。系统运行过程中用户角色主要包括：业主单位、监理办、项目部等参建单位主管领导、现场负责人、现场管理人员，技术人员。根据其角色决定该角色的权限。

5.3 工程业主单位职责

业主单位负责项目路面物联网系统数据的管理、监督抽查及高级预警闭合审核。高级预警施工单位处理完成后，提交路面专监审核通过后，提交业主单位试验检测管理人员审核结果合格，则预警闭合，预警解除，否则返回施工单位重新处理。

業主单位工程处试验检测管理岗位人员，负责管理项目路面物联网系统数据，对系统运行情况进行监督抽查，路面物联网中级、高级预警闭合审核；协调处理路面物联网系统相关事项。

中级预警施工单位处理完成后，提交路面专监审核结果合格，则预警闭合，预警解除，否则返回施工单位重新处理。

5.4 监理单位职责

路基专监负责所辖标段物联网系统监督抽查、复核预警闭合；监理单位试验检测人员负责自身路面试验检测物联网数据上传。路基专监负责审核施工单位中级、高级预警闭合资料，同意后提交业主单位工程处试验检测管理人员审核；路基专监对施工单位初级预警闭合情况定期进行抽查。

5.5 施工单位职责

施工技术负责人监督所辖标段各班组生产数据的实时上传，按照业主单位下发的作业指导书规范操作。初级预警信息由施工单位通过手机APP在规定时间内上传处理预警闭合资料，施工单位技术负责人进行审核。

6 预警处理流程

物联网技术智能综合管控系统产生预警信息后根据阈值设定的范围系统自动进行分级，通过短信向相应的人员推送预警信息，施工单位在收到预警信息后及时根据预警处置预案进行处理。预警处置过程中，涉及到中级预警由监理单位路基专监、业主单位试验检测管理人员负责预警的审核管理，涉及到高级预警时由业主单位总师办介入进行预警处置的监督，预警处置完毕后预警解除。

6.1 初级预警

物联网技术智能综合管控系统产生初级预警会向相应的人员推送预警信息，作业人员在收到预警信息后及时查看和处理，并提交处理结果，施工单位技术负责人审核处理结果，若结果合格，则预警闭合，预警解除，否则返回作业人员重新处理。

6.2 中级预警

中级预警的闭合：系统产生中级预警会向相应的人员推送预警信息，施工单位在收到预警信息后及时查看和处理，并提交处理结果及附件（如需要），施工单位负责人审核处理后提交给监理单位路基专监、业主单位试验检测管理人员进行审核，若審核结果合格，则预警闭合，预警解除，否则返回施工单位重新处理。

6.3 高级预警

高级预警的闭合：系统产生高级预警会向相应的人员推送预警信息，施工单位在收到预警信息后及时查看和处理，并提交处理结果及附件（如需要），施工单位负责人审核处理后提交给路基专监、业主单位试验检测管理人员进行审核，若不合格返回施工单位重新处理；若审核结果合格则提交给业主单位总师办进行审核，若业主单位总师办审核结果合格，则预警闭合，预警解除，否则返回施工单位重新处理。

7 阈值设置范围

物联网技术智能综合管控系统不同关键指标的详细阈值设置范围，是在JTG F80/1-2004《公路工程质量检验评定标准》、JTG-F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》等相关规范标准的基础上，业主、监理、施工及检测单位进行调研统计分析确定的。在系统运行同时，根据采集值与阈值的偏差程度一般设定初级、中级和高级预警级别，一一对应于相应的参建人员，在出现不同级别的预警时，预警信息将实时短信通知相关人员。预警对象及预警阈值汇总见表1、表2。

8 物联网技术智能综合管控沥青路面施工应用实例

G25德清至G60桐乡高速联络线湖州段LTJ01、LTJ02标段路面工程。主线及枢纽匝道路面结构：AC-13细粒式沥青混凝土136 563 m2，AC-20中粒式沥青混凝土101 205 m2，SUP-25粗粒式沥青混凝土492 975 m2，SUP-20中粒式

沥青混凝土974 432 m2，SMA-13细粒式沥青混凝土981 032 m2。全部采用物联网技术智能综合管控沥青路面施工质量，沥青混凝土路面平整度检测合格率为97%、压实度检测合格率为98%，其他检测项目合格率为100%。

9 结束语

采用先进的信息化管理系统，畅通的信息传递渠道，提高施工管理效率，为施工管理决策提供全面、准确的信息数据，创建高效、和谐的文明工地。坚持“以人为本、优质耐久、安全舒适、社会认可”的宗旨，从全寿命周期角度建设公路路面，提升路面施工质量。高速公路采用物联网技术智能综合管控沥青路面施工质量，是实现畅安舒美交通环境，增强人民群众的出行获得感，提高人民群众的出行的驾乘舒适度的必要条件。G25德清至G60桐乡高速联络线湖州段双向6车道宽幅沥青路面，从沥青混合料的拌和生产、运输、摊铺、碾压，采用物联网技术智能管控宽幅沥青路面施工质量。全面提高了沥青路面程施工的管理水平，切实提升了沥青路面的施工质量，确保了沥青路面平顺，使用性能良好，为高速公路物联网技术智能综合管控施工质量积累了经验和成功依据。

参考文献

［1］ 段文红，高国红，石明.高速公路沥青路面智能压实系统应用研究［J］.工程建设与设计，2019（1）：189.

［2］ 郑先奇.手机APP软件在工程施工管理中的开发应用［J］.浙江建筑，2020（1）：69.

［3］ 周维鼎，李强，牛荣.基于动态控制方法的沥青路面施工智能管控技术研究［J］.中国建材科技，2019（3）：101.

［4］ 王宣，唐建亚，邢永忠.基于物联网的智能监控系统在沥青路面施工中的应用研究［J］.公路交通技术，2017（6）：25.

［5］ 邹权.物联网沥青路面施工质量管控技术的应用实例［J］.装备技术，2018（12）：129.