论沥青路面摊铺阶段数字化机械过程控制技术的应用

何映江

摘要 近年来，为满足社会经济快速发展的需求，我国建设了大量的沥青路面工程，如何提高其施工质量及效率，成为工程建设管理方面亟待解决的问题。基于此，文章提出了应用于沥青路面摊铺阶段的数字化机械过程控制技术，论述了数字化机械控制系统的设计原理、摊铺及压实监控技术，分析了该系统的具体应用，有利于提高道路工程施工质量及效率，具有良好的经济价值与社会效益，可在同类工程建设中广泛应用。

关键词 公路工程项目；沥青路面摊铺；数字化机械；过程控制技术

中图分类号 U416.217文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）12-0087-03

0 引言

沥青摊铺是道路工程施工的一道重要工序，对路面施工质量以及道路通行性具有至关重要的影响。过去摊铺沥青路面时，施工过程中的参照物是人工放置的挂线，并需安排专人观察反馈作业设备的运营状态及摊铺状况，这必然会导致路面不平、高程及厚度不达标，需要进行返工，增加了建设成本，且工程无法按期交付。为解决上述问题，在沥青路面摊铺过程中，应根据施工的具体要求，结合项目实际情况，采用数字化机械过程控制技术，设计摊铺监控管理系统，实现自动监测，实时收集数据并反馈给施工作业人员，据此精确控制摊铺厚度及高程，提高施工质量，保质按期交付验收[1]。

1 数字化机械控制系统设计

沥青路面管控系统的工作流程包含数据收集传输、数据接收、数据分析及数据结构呈现4个方面，该系统由摊铺监控、压式监控、混合料监控3个子系统构成，各子系统可保持独立运行，还可以通过数据共享进行联动，相比较而言，前两个子系统对整体系统的作用更为重要。

1.1 设计原理

数字化机械控制系统分为测量和摊铺两部分，其设计原理如下：①为提高社会水准，各项设计参数转成3D数据后，方可输入系统；②根据设计要求，需将相关参数提前输进系统，获得高程信号；③借助高程信息来处理数据，达到自动控制沥青路面摊铺技术的目的，为实现精确控制自动化摊铺，需及时调整平板位置，合理设置其高度及坡度，确保路面平整度及厚度符合设计标准；④利用数字化机械摊铺控制技术，可实时监测路面施工参数，快速检查锁定施工质量问题，并及时采取相应措施[2]。

1.1.1 测量控制系统运行原理

该系统的构成主体是GNSS基准站、激光发射机以及mmGPS流动站。运行过程中，需准确设置GNSS基准站位置，并通过无线传输技术，向附近传输差动信号及数据，有利于机载设备及探测装置实现快速、精准定位。

1.1.2 摊铺控制系统运行原理

（1）该系统基于现代信息技术，利用GNSS/激光接收机、GNSS接收机以及控制器收集并传输施工数据。

（2）进行路面摊铺作业时，激光发射器射出激光信号后，被车载GNSS/激光接收器所接收，后者迅速开展数据转换处理，获得摊铺机作业面的平面及高程数据，定位信息由无线传输技术输送至控制器，由此根据既定设计标准形成标准控制信号。

（3）通过液压阀有效调整摊铺机拖动臂油缸的作业方向及高度，从而有效提升摊铺作业质量及效率。

（4）激光接收机可自动支撑，也可通过手动提升实现支撑，两种方式都可用于连接作业设备的熨平板，且具有较高的牢固度。

安装过程中，根据作业标准要求，需要准确测定接收设备与熨平板的位置，并依照实际情况进行校正，从而精确测出熨平板高度。在安装时，需精确测量并校正机载GNSS/激光接收机和熨烫板的相对位置，以便于准确得出熨平板高度值，并快速明确其方位[3]。

1.2 数字化摊铺监控系统

数字化摊铺监控系统主要由各种传感器、数据监测及处理终端、GPS以及报警器等构成。

（1）横向设置红外温度传感仪器，且要求均匀阵列布局，每个传感器之间相距1.2～1.5 m，按照设定频次收集摊铺路面温度，每次大约为1.0 m。由于测温点属于均匀分布，因此可整合所有测温点的数据，据此绘制出温度分布云图，实现对摊铺温度的全面监控。按照施工要求，需要在摊铺机后方设置温度传感仪器[4]。

（2）合理选定摊铺机操作平台的某个位置，并在此安装数据处理终端设备，将其连接于其他数据传感器。

（3）将数据终端连接于摊铺设备的电源系统，开启温度监测系统，合理设定监测频率、监测标段等数据，从而实现对路面摊铺作业的全方位监控。

1.3 数字化压实监控系统

数字化压实监控系统中包含卫星定位、中心控制、电源、自组网以及输出显示等功能模块。该系统最重要的模块是中心控制模块，其功能是收集存储压路机的位置信息及路面温度数据，在处理后成为显示模块，通过无线传输技术发送后，作业人员通过显示屏读取数据信息，由此全面了解路面压实状况。

压路机的方向盘转动时，其两侧的某个部位不会随之转动，可在此布置红外温度传感器。利用局域网收发信息，可同时控制多台压路机实施作业，路面压实数據能实现共享。基站在自动控制系统中占据重要地位，必须科学设置。智能全站仪基站已被广泛应用，为快速、完整收集所需数据信息，安装时应充分结合施工实际状况[5]。

2 数字化控制系统的具体应用

2.1 摊铺系统运行原理与特点

摊铺控制系统的主要构成为自动化监控系统、全站仪基站等，采用该系统，可实现对沥青路面摊铺质量及效率的有效控制。

2.1.1 坡度、高程控制

（1）采用此系统时，通过机械全站仪能收集到棱镜的3D数据，其定位误差不超过±3 mm，利用无线网络技术将数据传输至中心控制系统，数据控制箱会收集并处理坐标信息，在与标准三维数据比较后，会得到关于沥青路面摊铺高程的相关信息。摊铺机的液压油缸在液压阀的驱动下，会改变熨平板方位，受其影响，摊铺路面高程及坡度会发生变化，从而提升路面高程及坡度的精准度，不断提高施工质量。

（2）借助数字化控制系统，开展沥青路面摊铺及压实作业，可收集到各项数据，作业人员通过显示屏读取数据，从而对沥青路面施工情况有全面了解和掌握[6]。

2.1.2 平整度、厚度控制

（1）过去进行沥青路面摊铺作业时，会在10 m方桩中安置铝质梁体或其他部件，所用的摊铺监控系统为2D系统，各部件会受下层表面影响，当表面有起伏时，会导致摊铺路面的平整度较差，最终影响到路面摊铺质量。

（2）采用数字化管控系统，将智能化传感器安装到熨平板上，从而快速获取摊铺机的运行数据，合理驱动并管控液压油缸，根据实际情况有效调整熨平板方向，确保路面厚度达标，便于后续施工环节的开展，提高沥青路面施工质量，充分实现数字化控制系统的价值。

2.2 压实系统运行原理与特点

全面管控路面压实作业，是压实监控子系统的核心功能，主要是对压路机的碾压轨迹、压实情况进行管控，其运行模块主要包括：

2.2.1 压路机数据收集模块

采用数字化压实系统开展施工作业，必须充分重视压实轨迹的管控与检测，需在施工现场有效布局全站仪基站，并安装各种网络传输设备，确保及时、完整地获取压路机运行数据，全面提高数字化监控水平。沥青路面压实系统运行过程中，工作人员为准确了解压路机行进方向及轨迹，需要采用相应的终端设备，捕获完整的数据，分析压路机的行进方向是否与作业要求相一致。

2.2.2 压路机数据传输模块

数据传输模块是数字化监控系统运行的重要基础，采用压实系统的这一功能模块，能收集到压路机运行数据，并传输至服务器中，操作人员通过显示器读取数据信息，从而有效管控压路机的运行状态。将传感仪器安装到压路机中，可以及时全面地捕获压路机的运行数据，发送至系统服务器后，工作人员可通过读取数据，掌握压路机的作业质量，防止部分路面出现压实次数过多或压实不足的情况，科学配置人力物力。此外，根据收集到的路面压实数据，可绘制出路面压实度分布图，打印后交由相关人员签字，并将全部纸质资料存档，确保沥青路面压实作业数据完整、准确，各项资料有据可查[7]。

2.3 数据分析与控制

数据处理模块是数字化控制系统的重要构成，通过科学的数据处理分析，能有效防止沥青路面摊铺压实作业过程中出现问题，从而实现自动化、智能化管控。

2.3.1 摊铺数据处理

通过数字化摊铺控制系统，可及时掌握沥青路面摊铺温度、摊铺机行进速度及轨迹等信息，将摊铺机作业速度设定在3 m/min，并防止作业温度出现较大浮动。

2.3.2 碾压数据处理

（1）碾压遍数。控制碾压数据，需全面分析压路机类型及性能。若压路机为双钢轮，则路面初压至少为两遍；复压环节则要求五遍以上，作业速度最低为3.0 km/h、最高为4.5 km/h；终压环节大约为两遍。为防止部分沥青路面未被充分压实或压实遍数不足，压路机作业时，工作人员应根据监控系统收集到的压实遍数等数据，实时对压实作业过程进行完善，确保路面压实度符合作业标准。

（2）碾压温度。温控设备的使用，需要根据路面铺设标准来做出选择，主要有两种方式来控制沥青混合料的温度，其一是使用接触式热电偶温度计，其二是使用红外温度测量仪，后者需要安装到压路机上。如压路机为钢轮，则初压环节的沥青温度大约设定为160 ℃，复压环节的沥青温度应设定为135 ℃，而终压环节的沥青温度大约设定为100 ℃。有一点需要特别指出，在路面复压与终压环节，由于空气发生流动，且压路机会喷洒水，导致沥青温度出现明显下降，且复压环节的沥青温度低于预期值，这就需要合理控制沥青温度，确保与预期值不出现较大差异[8]。

2.3.3 施工后检测

沥青路面摊铺施工结束后，需抽取若干桩号区域进行检测，根据渗水参数、芯样密度等数据，测算出路面压实度，由此明确数字化控制系统的运行质量。为确保路面渗透性及压实度符合设计标准，则路面压实作业必须充分依照各项设计参数。

2.4 数字化机械摊铺控制系统施工注意事项

在传沥青摊铺施工过程中，采用数字化机械摊铺技术，综合了各项最新的测量定位技术，这是对传统摊铺作业工序的创新发展，提升了工程施工的质控水平，一方面有利于提高工程施工质量，另一方面可降低工程建设资金，获得更高的经济效益与社会效益。

通过综合运用各项数据传输程序，数字化机械摊铺控制系统可正常启动，并开始作业环节，激光发射器发射高精度的3D激光墙信号，信号收发设备间存在建筑物、路牌标识等各类障碍物，不利于快速准确地传输信号，影响到摊铺系统作业的准确度。

激光发射器的数据发射距离最近为300 m、最远为1 500 m，其周边环境不可避免地会影响到发射效果，这就需对发射器做加密处理，并加大换站工作量，提高激光发射效果。现实中，过多换站或者采用不同的数字化控制系统，误差叠加后会降低摊铺精确度，无法实现施工目标。

3 应用效果分析

相较于传统的机械控制管理系统，数字化控制系统具有明显优势。采用该系统摊铺沥青路面，不仅有利于降低工程建设成本，而且具有良好的社会效益。

3.1 降低建设成本

科学运用此系统，可提升施工速度，缩短工期，节约建设费用。工作人员通过系统显示屏完整读取监控数据，及时了解路面摊铺状况，防止出现路面压实不到位的情况，确保在建设预算内，按期完成道路工程建设[9]。

3.2 全面管控操作流程

通过压实、摊铺监控子系统，能实现对摊铺施工各項参数的有效监控，例如压实速度、行进轨迹等，及时发现问题，便于进行快速调整，实现施工全过程管控。

3.3 提升管理水平

工作人员运用该系统，可线上实时掌握路面压实及摊铺情况，获取压实质量信息，了解到各桩号路面的压实度。将全部数据收集存储，构建施工质量反馈机制，一方面有利于提升管理水平，另一方面还便于后续返工或养护[10]。

4 结语

综上所述，将数字化机械过程控制技术应用于沥青路面的摊铺及压实过程监管，有利于提升施工质量及作业效率，在道路工程建设方面意义重大。全面掌握并应用该项技术，需要根据道路施工的具体要求，综合运用各种自动化设备，准确安装以确保有效运行，便于收集路面摊铺混合料温度、压实遍数以及行进轨迹等数据，做好数据处理及存储工作，并通过分析各项数据，发现存在的问题，结合实际施工情况，完善施工模式，调整各项参数，全面管控沥青路面施工流程，从而有效提高路面施工质量。

参考文献

[1]赵秀娟. 3D数字化智能控制技术在沥青路面下面层摊铺施工中的应用研究[J]. 工程建设与设计， 2021（2）： 139-140.

[2]黄立明. 基于3D数字化自动摊铺控制系统的沥青混凝土路面应用研究[J]. 江西建材， 2020（8）： 116-117+119.

[3]高飞， 白于洁， 胡海东， 等. 智能监控系统在沥青路面摊铺施工中的应用[J]. 交通世界， 2020（35）： 9-10.

[4]王书功. 沥青路面摊铺施工中智能监控系统的应用[J]. 中国高新科技， 2021（24）： 72-73.

[5]黄国炽. 浅谈沥青路面摊铺技术及质量控制[J]. 四川水泥， 2021（10）： 203-204.

[6]王晓平. 道路桥梁沥青路面摊铺施工技术分析[J]. 散装水泥， 2022（2）： 157-159.

[7]张宏伟. 沥青路面摊铺施工技术及质量控制分析[J]. 交通世界， 2020（11）： 42-43.

[8]王晓东. 沥青路面摊铺施工技术及质量控制措施[J]. 四川建材， 2020（10）： 119-120.

[9]王长中. 关于公路沥青路面摊铺施工技术分析[J]. 绿色环保建材， 2020（11）： 96-97.

[10]赵竟成， 杨超. 沥青路面3D智能摊铺技术应用研究[C]//中国智慧工程研究会智能学习与创新研究工作委员会. 2020万知科学发展论坛论文集（智慧工程三）， 2020： 438-448.