林志杰，唐建亞，鄭 建

(1.廣東長大公路工程有限公司，廣東 廣州 511400;2.江蘇中路信息科技有限公司，江蘇 南京 210000)

近些年來，高速公路瀝青路面建設(shè)監(jiān)管系統(tǒng)[1]正得到越來越廣泛的應(yīng)用，系統(tǒng)中的主要功能模塊包括了：改性瀝青加工、瀝青運輸、工地實驗室、瀝青混合料拌和生產(chǎn)、混合料運輸、路面攤鋪和壓實等，這些模塊環(huán)環(huán)相扣，實現(xiàn)了對瀝青路面施工過程的全監(jiān)控，為瀝青路面質(zhì)量溯源提供了可靠的依據(jù)。通過獲取瀝青路面施工過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)施工過程的量化統(tǒng)計，利用數(shù)據(jù)建模和挖掘，在充分分析海量施工數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，為瀝青路面質(zhì)量優(yōu)劣提供準確、全面的依據(jù)，進一步減少高速公路建設(shè)和養(yǎng)護的工作量，節(jié)約養(yǎng)護成本，保證路面的質(zhì)量，提高施工的效率。

為提高道路路面建設(shè)管理水平和管理效率，提高瀝青路面建設(shè)質(zhì)量，開發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)的路面施工質(zhì)量實時監(jiān)控系統(tǒng)，為公路工程建設(shè)帶來了極大的幫助。

1 瀝青路面智能施工系統(tǒng)的簡要概況

路面施工信息化監(jiān)管系統(tǒng)涵蓋到瀝青路面施工全過程的監(jiān)管，在路面施工各個環(huán)節(jié)架設(shè)傳感器，并利用通信模塊上傳至中心服務(wù)器，依靠大數(shù)據(jù)庫專家分析系統(tǒng)，提供各類分析預警機制，以及數(shù)據(jù)分析方法，動態(tài)、真實地反映工程質(zhì)量情況。實現(xiàn)“人機互聯(lián)”，對工程質(zhì)量動態(tài)控制，以此提高工程項目建設(shè)管理質(zhì)量，如圖1所示。

圖1 路面施工質(zhì)量信息化監(jiān)管系統(tǒng)綜合平臺

1.1 改性瀝青加工

改性瀝青加工模塊主要是通過電腦中的信息采集軟件，采集改性瀝青的生產(chǎn)工藝和每批次生產(chǎn)的SBS摻量、瀝青重量、發(fā)育周期和發(fā)育溫度等信息，然后通過“黑匣子”將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，形成對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。

1.2 瀝青運輸

該部分主要通過在瀝青運輸車輛上安裝GPS定位模塊，對瀝青運輸全程進行跟蹤監(jiān)督，掌握其運輸軌跡以保證工程中所用瀝青為指定采購供應(yīng)商所提供，防止掉包、偽造等現(xiàn)象的出現(xiàn)。

1.3 工地試驗室

工地實驗室主要完成對相關(guān)的實驗數(shù)據(jù)和材料生產(chǎn)信息的收集、分析、報告和管理。對于采集數(shù)據(jù)的記錄、校驗必須利用計算系統(tǒng)進行抽取，以便在后期對數(shù)據(jù)進行計算、統(tǒng)計和處理等。

1.4 瀝青混合料拌和生產(chǎn)

瀝青混合料拌和生產(chǎn)與改性瀝青加工大體一致，首先在瀝青混合料拌和站安裝一個采集系統(tǒng)，然后通過“黑匣子”傳送數(shù)據(jù)。采集的信息包括每盤混合料的拌和時間和拌和溫度，瀝青、礦粉和添加劑分別投放的質(zhì)量，出料溫度、骨料溫度和瀝青溫度信息等，隨之計算出每盤混合料的油石比、級配曲線情況，提供出專業(yè)的分析數(shù)據(jù)和分析圖表，對于生產(chǎn)參數(shù)不合格的混合料可以進行預警提示，實現(xiàn)信息的實時采集和無線發(fā)送，提高生產(chǎn)效率。

瀝青路面智能施工系統(tǒng)在瀝青混合料拌和生產(chǎn)的環(huán)節(jié)采集了大量的相關(guān)數(shù)據(jù)，如：材料的類型、拌和時間、各料倉投料的重量和比例、油石比、混合料級配、瀝青溫度、出料溫度、料倉溫度等相關(guān)。

1.5 瀝青混合料運輸

混合料運輸模塊利用RFID在運料車，攤鋪現(xiàn)場以及拌和站現(xiàn)場安裝標簽和閱讀器，采集開始運輸時間、結(jié)束運輸時間以及開始攤鋪樁號和結(jié)束攤鋪樁號等，有效掌握運輸周期和運輸路線，嚴格控制瀝青混合料的質(zhì)量。

1.6 路面攤鋪和壓實

路面攤鋪和壓實信息的監(jiān)控主要通過安裝在機器上的數(shù)據(jù)測量采集模塊來完成。攤鋪機數(shù)據(jù)的測量采集主要在于攤鋪溫度和攤鋪速度等現(xiàn)場數(shù)據(jù)，壓路機則主要采集碾壓速度等信息。定位功能的實現(xiàn)主要運用RTK實時動態(tài)控制系統(tǒng)，在路面施工現(xiàn)場建立定位基準站，在施工機械上安裝流動站?；鶞收就ㄟ^數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站，實現(xiàn)精確到厘米級的定位，實時監(jiān)控攤鋪機和壓路機的施工軌跡，如圖2所示。

圖2 路面攤鋪和壓實

瀝青路面智能施工系統(tǒng)在攤鋪和碾壓環(huán)節(jié)中，通過RTK等采集大量數(shù)據(jù)，如：壓路機碾壓溫度、壓路機行駛軌跡。通過行駛軌跡計算出壓路機在該樁號碾壓的遍數(shù)和碾壓的速度等信息。

路面智能施工系統(tǒng)中包含了很多工程項目的施工數(shù)據(jù)，形成了一套完整的施工數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫中大量的施工數(shù)據(jù)隱含著很多生產(chǎn)規(guī)律，通過數(shù)據(jù)挖掘分析出其中的規(guī)律，進而對后續(xù)的施工過程進行指導，一方面避免了大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)的浪費，提高了資源的利用率，另一方面提高了施工過程的科學性和效率，對于工程的推進有著重要的意義。

2 基于信息化監(jiān)管系統(tǒng)施工技術(shù)工作

項目借助物聯(lián)網(wǎng)、智能分析技術(shù)的發(fā)展，開展路面工程中關(guān)鍵材料、施工中關(guān)鍵工藝進行智能管控與路面質(zhì)量結(jié)合研究，開發(fā)瀝青路面施工全過程的實時監(jiān)管技術(shù)，對采集信息結(jié)合路面質(zhì)量進行控制閥值研究，對管控信息系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)進行分析反饋波動情況。并開發(fā)路面施工質(zhì)量專家決策信息系統(tǒng)，對于信息管控系統(tǒng)反饋的問題辨別分類后，利用專家決策系統(tǒng)對反饋問題提出解決措施，實現(xiàn)問題的閉環(huán)處理，最終實現(xiàn)路面施工質(zhì)量在掌控之內(nèi)，同時實現(xiàn)信息管控技術(shù)服務(wù)于項目質(zhì)量的根本目的。

項目主要就瀝青材料的質(zhì)量監(jiān)控、路面工程質(zhì)量監(jiān)控以及專家決策系統(tǒng)三方面開展技術(shù)研究，研究內(nèi)容主要分為以下幾個方面：

2.1 瀝青質(zhì)量管控技術(shù)

目前在瀝青應(yīng)用過程中，影響材料質(zhì)量的因素主要在于基質(zhì)瀝青原油的穩(wěn)定性、改性瀝青的生產(chǎn)工藝、瀝青進出場唯一性、瀝青關(guān)鍵性能指標等方面，圍繞著這些因素，一方面保證瀝青材料在生產(chǎn)至應(yīng)用全過程受到監(jiān)控，防止掉包等現(xiàn)象；另一方面也使材料的質(zhì)量水平始終是可以溯源的。

2.2 路面施工質(zhì)量管控

信息化系統(tǒng)要服務(wù)于瀝青路面質(zhì)量控制，關(guān)鍵在于要保證測量采集數(shù)據(jù)的系統(tǒng)性、準確性、有效性，以及信息反饋的及時性，實現(xiàn)瀝青路面施工質(zhì)量的全過程監(jiān)控，保證監(jiān)控數(shù)據(jù)的準確性，可以有效反饋工程質(zhì)量指導施工，并將采集數(shù)據(jù)及時反饋至工程管理人員。在路面工程質(zhì)量信息管控方面的研究包括：

1)路面施工過程中檢測數(shù)據(jù)信息化；

2)瀝青混合料拌和過程材料信息；

3)瀝青混合料運輸過程簽證；

4)瀝青混合料攤鋪過程中的速度、溫度等；

5)瀝青混合料碾壓過程中的速度、溫度、遍數(shù)等。

2.3 專家輔助決策系統(tǒng)

開展瀝青路面施工質(zhì)量信息化管控系統(tǒng)的根本目標是提高瀝青路面施工質(zhì)量，實現(xiàn)對瀝青路面施工過程關(guān)鍵參數(shù)的實時監(jiān)控，其所獲取的參數(shù)如何得到科學的校驗與決策信息反饋是實現(xiàn)對路面施工質(zhì)量提升的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時也是信息化監(jiān)控的終極目標。

本項目開發(fā)專家輔助決策系統(tǒng)，按照施工過程中控制參數(shù)、既有已完成鋪面的質(zhì)量評價兩方面的內(nèi)容，對信息監(jiān)控反饋的信息生成解決措施，提供給質(zhì)量管理人員參考，并開發(fā)監(jiān)控發(fā)現(xiàn)問題的處理審批流程，實現(xiàn)出現(xiàn)問題的閉環(huán)處理。

3 關(guān)鍵參數(shù)在瀝青路面施工中數(shù)據(jù)成果的影響分析

3.1 改性瀝青關(guān)鍵參數(shù)逐盤分析

現(xiàn)代公路和道路發(fā)生許多變化，交通流量和行駛頻度急劇增長，貨運車的軸重不斷增加，外部環(huán)境的變化致使改性瀝青性能指標提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。本項目從改性瀝青監(jiān)管設(shè)備中對一周內(nèi)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行匯總分析，從下圖3中可以看出，改性瀝青在實際生產(chǎn)過程中，其發(fā)育溫度數(shù)值波動不止，在于SBS添加量的比對下也發(fā)生較大的波動。這樣我們可以從每天生產(chǎn)的成品改性瀝青中對其進行性能指標試驗，以此來分析出生產(chǎn)環(huán)節(jié)的對試驗指標性能的影響規(guī)律。

圖3 改性瀝青生成狀態(tài)

3.2 瀝青原材軌跡監(jiān)管

目前市場上瀝青材料在運輸過程中缺乏有效監(jiān)管，運輸車到達施工現(xiàn)場的周期無法保證，汽車行駛速度無法預見，瀝青混合料運輸過程中可能存在掉包現(xiàn)象。為杜絕此現(xiàn)象的發(fā)生，在項目起點至終點預先設(shè)定運輸軌跡，待運輸車輛行駛的軌跡超出預先設(shè)定的范圍時，安裝在運輸車上的GPS定位設(shè)備自動記錄車輛的信息，在一定程度上從源頭環(huán)節(jié)保證原材的質(zhì)量如圖4所示。

圖4 瀝青運輸車輛監(jiān)控記錄

3.3 油石比變異性分析

在瀝青混合料的生產(chǎn)加工過程中，瀝青含量是一個非常重要的指標，它決定著瀝青混合料的穩(wěn)定性及其質(zhì)量能否滿足配合比的要求。本系統(tǒng)截取了當天一小時內(nèi)的數(shù)據(jù)進行分析，如圖5所示。圖5中可以看出，橫坐標表示時間軸，縱坐標表示油石比的大小，瀝青拌和每分鐘生產(chǎn)的油石比含量都是在一個正常的區(qū)間上下波動，表明此現(xiàn)象屬于正常現(xiàn)象。

圖5 油石比變異分析

3.4 攤鋪溫度與壓實溫度的比較

以往的在瀝青混合料攤鋪與壓實環(huán)節(jié)中，都是單獨對攤鋪壓實各個子模塊進行數(shù)據(jù)分析，而該系統(tǒng)結(jié)合現(xiàn)有的攤鋪壓實進行統(tǒng)一分析，對每天逐樁號的初始攤鋪溫度與初始壓實溫度的平均值進行多維度的比對，如圖6所示。每天攤鋪與壓實工藝的工藝環(huán)節(jié)溫度散失的大小，體現(xiàn)施工工藝的連續(xù)性還是間斷性。不難發(fā)現(xiàn)兩者工藝溫差較大時，可能存在施工工藝銜接不連續(xù)、外部環(huán)境等因素的影響，而兩者溫差較小時，表明施工現(xiàn)場的機械、工人施工工序井然有序。

圖6 攤鋪溫度與壓實溫度比較

3.5 碾壓遍數(shù)

在瀝青路面壓實過程中，壓路機的碾壓遍數(shù)則是至關(guān)重要的指標[4]，它是路面結(jié)構(gòu)強度和使用壽命變長的保障，碾壓遍數(shù)的多少直接影響路面總體的強度、穩(wěn)定性等。本瀝青路面智能施工系統(tǒng)采集的碾壓遍數(shù)，并將其與壓實度進行分析，壓實度檢測結(jié)果如表1所示。

表1 不同路面深度及不同碾壓遍數(shù)下路面的壓實度 %

根據(jù)上述實驗的檢測結(jié)果分析，在同一路基深度，隨著碾壓遍數(shù)的增加，壓實度也隨之增加；而當碾壓相同的遍數(shù)時，路面的深度越淺，壓實度越高，且壓實度受到路基深度的影響越顯著。

4 項目成效

4.1 項目系統(tǒng)存在的問題

瀝青路面信息化監(jiān)控系統(tǒng)在國內(nèi)多地開展了研究和探索工作，但總體來說仍存在如下問題：雖然信息化監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)遠程的監(jiān)督，對于發(fā)現(xiàn)的問題并提出了相應(yīng)的解決專家數(shù)據(jù)庫，但很多情況是報警信息被淹沒下去，監(jiān)控系統(tǒng)只是起到了一個數(shù)據(jù)記錄的功能，項目建設(shè)過程中缺乏監(jiān)管約束力。

4.2 項目系統(tǒng)的優(yōu)勢

本項目將引領(lǐng)交通建設(shè)中施工質(zhì)量管控的信息化、智能化的變革，提高路面施工質(zhì)量和效益，推動了我國公路路面施工質(zhì)量監(jiān)控理論和技術(shù)的巨大進步，對于促進我國公路建設(shè)、管理和養(yǎng)護技術(shù)水平的提高，打造“資源節(jié)約型和環(huán)境友好型”的公路工程，在未來幾年中，為全面推廣路面信息應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，加強工程質(zhì)量管理意識，提高公路工程施工技術(shù)，都具有十分重要的意義。

通過瀝青路面信息化監(jiān)管，推動了互聯(lián)網(wǎng)信息化的發(fā)展，建立了新的施工制度，實現(xiàn)公路工程施工過程中大量的寶貴數(shù)據(jù)資源的保存，減少了后期病害原因而需查找資料花費了大量的人力物力。也同時有效提高瀝青路面的施工質(zhì)量，延長了瀝青路面的使用壽命，避免了因偷工減料造成的路面早期損壞，節(jié)約了養(yǎng)護的成本，保證了高速公路的順利通行，具有較好的經(jīng)濟效益。

該系統(tǒng)能夠全過程的掌控施工過程，把監(jiān)控數(shù)據(jù)與質(zhì)量控制結(jié)合起來。其二，對于信息化監(jiān)控采集的數(shù)據(jù)，并分析原始的監(jiān)控數(shù)據(jù)，以及對于監(jiān)控數(shù)據(jù)分析結(jié)果供瀝青路面施工的指導與決策。

5 結(jié)束語

上文所述的瀝青路面智能施工系統(tǒng)已在廣西貴合高速、江蘇江廣高速改擴建、浙江疏港高速、江西寧安安定高速和黑龍江北富高速等多個工程項目上進行了運用，取得了比較顯著的效果。這些項目中產(chǎn)生的大量生產(chǎn)，運輸以及工程信息數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，后期可以通過繼續(xù)研究，分析各地區(qū)瀝青路面的優(yōu)缺點和地區(qū)施工過程中數(shù)據(jù)之間的關(guān)系等，進而把握好瀝青路面施工的質(zhì)量，對之后的瀝青路面施工具有指導性作用。

目前國內(nèi)對瀝青路面智能施工技術(shù)的研究還很少，在國家大力推行互聯(lián)網(wǎng)+的時代背景下，以追求最終產(chǎn)品質(zhì)量最優(yōu)為目標，分別從“瀝青質(zhì)量管控技術(shù)”、“路面施工質(zhì)量管理”和“專家輔助決策系統(tǒng)”三個方面，研究生產(chǎn)過程中各模塊之間存在的施工質(zhì)量問題，通過問題的及時反饋，約束施工企業(yè)不文明施工現(xiàn)象，及時有效地調(diào)整施工工序，為瀝青路面施工的提供了整體解決方案。

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