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此次浙江黃衢南高速公路衢南段的無人智能化機群施工作業(yè)，不僅成功踐行了“機械化換人和智能化減人”的理念，還較大程度上減少了人員投入，降低了安全風險。

2020年，浙江省交通投資集團有限公司旗下浙江交通資源投資有限公司和浙江交投高速公路運營管理有限公司與三一重工股份有限公司達成三方合作意向，深化產(chǎn)、學、研、用合作，共同研發(fā)高速公路道路養(yǎng)護施工無人技術(shù)。在三方的共同努力下，成功研制出具有高度智能化、無人化的路面罩面成套施工機械設(shè)備，并于2020年10月22日率先在浙江黃衢南高速公路衢南段進行試點。

智能化養(yǎng)護，勢在必行

眾所周知，傳統(tǒng)勞動密集型養(yǎng)護施工模式多數(shù)依賴人工操作，存在施工質(zhì)量控制難、作業(yè)安全風險大等痛點，在社會文明日益進步的當下，對企業(yè)施工人員的操作水平、持續(xù)作業(yè)能力、安全保障能力提出了更高的要求，迫切需要創(chuàng)新機械化、智能化、安全高效的施工模式。

工作人員觀摩無人化養(yǎng)護施工現(xiàn)場。

黃衢南高速公路是G3京臺高速公路（北京-臺北）的重要組成部分，也是浙江省交通規(guī)劃“二縱二橫十八連三繞二通道”的關(guān)鍵“一連”。黃衢南高速公路衢南段是典型的山區(qū)高速，橋梁、隧道占比高,路基標準寬度26米，單幅路面寬度11.25米，原路面結(jié)構(gòu)自下而上為32厘米水泥穩(wěn)定碎石底基層，20厘米厚水泥穩(wěn)定碎石基層，18厘米厚瀝青混凝土面層（包括8厘米厚AC-25C，6厘米厚sup-20，4厘米厚AC-13C），自建成通車后，路面已持續(xù)運營12年，道路性能指標衰減明顯。為了提升道路路面質(zhì)量、提高效率、節(jié)約成本、降低特殊路段施工的安全事故率，三方將該路段1487.41公里至1486.84公路段作為無人智能化集群施工技術(shù)的試點路段。

四大關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)精準養(yǎng)護

本次施工主要驗證路面無人智能化集群施工技術(shù)進行4.5厘米的AC-16加鋪罩面的實用性，無人機群采用智能化“雙機并鋪”和無人壓路機群協(xié)同作業(yè)，采用“2+2+2+1”共7臺的組合模式，配置攤鋪機2臺、雙鋼輪震動壓路機2臺、膠輪壓路機2臺、雙鋼輪光面壓路機1臺，分區(qū)域進行協(xié)同施工。施工作業(yè)主要采用了攤鋪機智能施工技術(shù)、壓路機群協(xié)調(diào)施工技術(shù)、群控安全技術(shù)與控制平臺技術(shù)四大關(guān)鍵技術(shù)，可確保設(shè)備平面運行精度在5厘米以內(nèi)，并實現(xiàn)毫米級平整度控制。

施工前：GPS+模擬，保障施工質(zhì)量

在施工前，首先要設(shè)置高精度的GPS輔助定位基站，為后續(xù)機群高精度作業(yè)提供關(guān)鍵支撐；隨之，采用無人智能化攤鋪機對原路面進行一次模擬鋪筑，采集完整路面高程、道路寬度、路側(cè)障礙物等信息，為后續(xù)施工時機組自動作業(yè)提供數(shù)據(jù)支撐。同時，根據(jù)有關(guān)道路施工技術(shù)規(guī)范要求，對擬采用設(shè)備的攤鋪速度、攤鋪厚度、攤鋪寬度以及碾壓軌跡、碾壓速度、碾壓遍數(shù)進行參數(shù)預(yù)設(shè)，確保施工質(zhì)量符合要求。作業(yè)前，所有機群設(shè)備按照1臺伸縮攤鋪機和1臺拼裝攤鋪機組成梯隊，相鄰兩幅的攤鋪作業(yè)保持15厘米左右的搭接寬度，設(shè)備保持10～15米的前后間距。

本次施工的碾壓作業(yè)流程與常規(guī)施工方式相同，分為初壓、復(fù)壓、終壓三個階段，配置不同壓路機進行分區(qū)施工。

施工中：雷達+定位，保障安全距離

在施工過程中，由于高速路面兩側(cè)存在波形鋼護欄、路緣石等附屬設(shè)施，在確保攤鋪寬度的同時，需根據(jù)現(xiàn)場實際情況預(yù)設(shè)好機群設(shè)備與上述附屬設(shè)施的安全距離參數(shù)，確保機群設(shè)備在無人化作業(yè)過程中，利用高精度定位及雷達技術(shù)與其保持安全距離，安全距離一般控制在10～15厘米；同時由于運料車仍采用人工駕駛形式，為避免運料車撞擊無人駕駛攤鋪機，需由專人指揮運料車在攤鋪機前10～30厘米處空檔等候，由攤鋪機主動推動前進，運輸車開始緩慢卸料，指揮人員需在攤鋪斗刮板尚有約10厘米厚的熱拌料時，指揮下一輛運料車開始卸料，做到連續(xù)供料，并做好溫度控制，避免出現(xiàn)瀝青混合料離析現(xiàn)象。

雙鋼輪壓路機按照預(yù)設(shè)參數(shù)緊跟攤鋪機進行初壓作業(yè)，本次預(yù)設(shè)初壓區(qū)長度參數(shù)控制在20～30米，在確保設(shè)備具有安全距離的情況下，以減少熱量損失。壓路機預(yù)設(shè)軌跡參數(shù)為從外側(cè)向中心碾壓，在超高路段由低向高碾壓，在坡道上將驅(qū)動輪從低處向高處碾壓，同時確保相鄰碾壓帶重疊長度均在輪寬的1/2至1/3左右，折回位置呈階梯狀隨攤鋪機向前推進，前后兩次折返點應(yīng)相距1米以上，保證折回處不在同一橫斷面上。輪胎壓路機復(fù)壓作業(yè)時，應(yīng)將軌跡參數(shù)中的碾壓長度設(shè)置在50～80米，同時為保持輪胎清潔，需安裝自動噴淋隔離劑的裝置，在行走過程中間歇性地向膠輪噴灑隔離液。終壓緊接在復(fù)壓后進行，采用雙鋼輪振動壓路機靜碾，直至輪跡消除。

智能化控制，把控養(yǎng)護精準度

施工流程智能管理

機群集成了數(shù)據(jù)采集、計算建模、駕駛控制和可視化監(jiān)控等全自動技術(shù)，并利用數(shù)字化智能管控平臺，實現(xiàn)攤鋪、碾壓全過程的數(shù)字化自動施工。無人智能化攤鋪機利用高精度定位和衛(wèi)星定位系統(tǒng)確定設(shè)備位置和控制設(shè)備運行，利用激光技術(shù)找平攤鋪，實現(xiàn)毫米級施工平整度控制，大幅提高路面平整度施工水平?？刂浦行墓芸仄脚_實施監(jiān)控機群設(shè)備工況數(shù)據(jù)，專業(yè)技術(shù)人員可實時監(jiān)控和調(diào)整設(shè)備攤鋪和碾壓速度、長度、寬度、厚度等施工參數(shù)，嚴格控制施工質(zhì)量。同時，系統(tǒng)可實現(xiàn)對施工過程系統(tǒng)數(shù)據(jù)自動記錄保存，并按需轉(zhuǎn)換生成數(shù)據(jù)報表，為后續(xù)施工總結(jié)、過程回溯和工藝參數(shù)改進等提供數(shù)據(jù)支撐。

施工質(zhì)量自動監(jiān)測

機群集成了紅外溫度監(jiān)測設(shè)備系統(tǒng)和壓實度模擬檢驗系統(tǒng)，可實時監(jiān)測路面瀝青混合料攤鋪和碾壓溫度，實現(xiàn)質(zhì)量檢測手段新的突破，解決了傳統(tǒng)施工模式下人為因素引起的施工質(zhì)量檢測問題。

施工安全主動預(yù)警

營運高速路面無人智能化集群施工技術(shù)現(xiàn)場會。

機群還集成了安全預(yù)警系統(tǒng)，通過設(shè)置安全電子圍欄，設(shè)備觸界后會自動駐車和報警。無人智能化壓路機搭載高精度、高靈敏度毫米波激光探測雷達，遇障礙可主動減速和停車，并利用系統(tǒng)平臺內(nèi)的設(shè)備定位信息，保持各協(xié)同作業(yè)設(shè)備之間的安全間距，能夠靈敏感應(yīng)設(shè)備機身周圍2米左右圍界，當有人員和其他設(shè)備誤闖圍界時，設(shè)備能夠自動報警并減速停車。

無人智能化施工技術(shù)綜合利用數(shù)字化平臺管理、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)控制，將道路原路面基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備型號功能等與養(yǎng)護罩面施工參數(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)化融合、智能化處理、精準化輸出，還可實現(xiàn)對路面施工機械設(shè)備攤鋪、碾壓作業(yè)的實時動態(tài)監(jiān)測和控制調(diào)度管理。

無人化養(yǎng)護，施工中的優(yōu)與劣

無人智能化機群施工養(yǎng)護的優(yōu)勢

多層級保障施工安全無人智能化機群配置了多級安全預(yù)警設(shè)備，能實時監(jiān)控監(jiān)測施工現(xiàn)場，自動采取主動預(yù)警、緊急避險、避障等安全措施，保障施工現(xiàn)場井然有序，降低施工作業(yè)安全風險，為道路施工安全保駕護航。

高水平提升施工質(zhì)量無人智能化道路施工設(shè)備能根據(jù)施工實地環(huán)境自動計算并建立施工模型，精準控制施工技術(shù)參數(shù)，相較人工作業(yè)模式，控制精度可提高約50%；攤鋪壓實過程中，可實時采集攤鋪速度、攤鋪溫度、攤鋪的平整度、壓實密實度、壓實軌跡以及壓實遍數(shù)、設(shè)備行進速度等，實現(xiàn)透明化、可視化管理，保證施工規(guī)范性，有效提高施工質(zhì)量。

大幅度降低施工成本采用系統(tǒng)平臺智能化控制智慧機群協(xié)同作業(yè)，可減少和避免多壓、漏壓情況出現(xiàn)，將施工效率提高約25%；無需傳統(tǒng)放樣作業(yè)，用智能化機械替代人員施工，不僅可以實現(xiàn)24小時機械連續(xù)作業(yè)，還能夠大幅減少施工過程中的人工占比，綜合節(jié)約施工成本約15%。

無人化養(yǎng)護施工現(xiàn)場

無人智能化機群施工養(yǎng)護的缺點

新技術(shù)的應(yīng)用也存在一些不足，一是現(xiàn)階段無人智能化機群設(shè)備、安裝調(diào)試模擬時間長，成套技術(shù)成熟度仍待提升。目前，攤鋪機需對擬實施路段進行高程、行走路徑模擬，用以采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)，與快速、高效養(yǎng)護的愿景目標尚存在一定差距。二是路面無人智能化集群施工技術(shù)涉及多種前沿技術(shù)綜合應(yīng)用，對設(shè)備軟硬件兼容性要求高，很多方面仍需進一步優(yōu)化和改進。比如壓路機在碾壓過程中，會出現(xiàn)偶發(fā)性的停頓，在折返過程中，由于安全設(shè)置問題會出現(xiàn)緊急制動，在起步和折返點會出現(xiàn)急啟和急停等現(xiàn)象，對路面平整度控制有一定影響。

通車營運高速路面采用無人智能化集群施工技術(shù)，不僅成功踐行了“機械化換人和智能化減人”的理念，還較大程度上減少了人員投入，降低了安全風險。值得一提的是，此次施工中形成的浙江高速公路集約化養(yǎng)護施工模式，還為未來實現(xiàn)24小時連續(xù)作業(yè)提供了基礎(chǔ)，既能最大程度降低養(yǎng)護施工給道路運行帶來的影響，又可有效提高司乘人員出行的獲得感。

目前，受現(xiàn)實條件制約，設(shè)備智能化程度有限，專業(yè)人員結(jié)構(gòu)也不完善。后續(xù)研究需進一步增加投入，引進更多的機械設(shè)備、計算機、系統(tǒng)開發(fā)等各專業(yè)人員參與綜合開發(fā)，推進“無人智能化施工”發(fā)展進程。未來，隨著衛(wèi)星定位、傳感、大數(shù)據(jù)、5G、物聯(lián)網(wǎng)、遙感、智能化管控系統(tǒng)等先進科學技術(shù)的長足發(fā)展和深度融合，無人智能化施工將形成更加人性化、便利化的施工“生態(tài)系統(tǒng)”，實現(xiàn)從施工籌備到竣工，全過程數(shù)據(jù)智能分析，通過對程序和模型進行設(shè)定、實施和管控，真正實現(xiàn)“一人化管理”和“一鍵式操作”的無人智能化施工管理。