湯建昆

文山壯族苗族自治州交通運輸局

1 引言

隨著國家經(jīng)濟的不斷發(fā)展，國家投入了大量的資源到基礎(chǔ)設(shè)施中。公路工程作為基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，其建設(shè)工程量逐漸增大，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，質(zhì)量要求趨于嚴(yán)格，因此作為公路工程前哨的工地試驗室顯得尤為重要。如何保證工地試驗室的性能測試數(shù)據(jù)的科學(xué)、有效、及時等，是目前實際工作中的迫切需求。因此，需要充分發(fā)揮智能化技術(shù)，對高速公路工程進行動態(tài)管控，完成對各種原料的性能配比及相關(guān)參數(shù)的檢測并針對性地做出調(diào)整，在科學(xué)判斷的基礎(chǔ)上保證施工效率和質(zhì)量，對高速公路的建設(shè)具備重要意義。

本文提出了智能化高速公路工地試驗室的設(shè)置，設(shè)計針對路面施工關(guān)鍵指標(biāo)檢測的智能管控系統(tǒng)，在試驗室完成試驗驗證的基礎(chǔ)上選取相關(guān)路段進行了實際應(yīng)用。

2 高速公路智慧試驗室

為了提高我國高速公路建設(shè)的整體水平，對建設(shè)質(zhì)量進行全局把控，通常在施工前需在工程所在地建設(shè)室內(nèi)檢測機構(gòu)，即工地試驗室[1]。工地試驗室從高速公路施工項目立項到最終交付使用的全時間段都需要發(fā)揮作用，據(jù)統(tǒng)計，在所有高速公路項目竣工資料中，試驗資料占比約1∕3，足以表明工地試驗室對高速公路項目的重要性[2]。由于高速公路施工項目工期長，涉及多個環(huán)節(jié)的測試試驗，需要保證每個環(huán)節(jié)的檢測效率以便推動整個試驗檢測工作的有效展開。同時隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，自動化管理設(shè)施和先進的科技在高速公路施工中的應(yīng)用越來越廣泛，但是在大部分的工地試驗室中智能化發(fā)展不足，這會影響檢測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、精確性，亟待提升[3]。因此如何高效智能進行試驗檢測是保證高速公路建設(shè)效率和質(zhì)量的關(guān)鍵。本文通過智能化技術(shù)建立了高速公路路面智慧化工地試驗室檢測系統(tǒng)，對其中的關(guān)鍵技術(shù)和動態(tài)管控功能進行簡要介紹。

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

高速公路工地試驗室是為了工程項目各級管理部門對試驗過程的智能監(jiān)管而設(shè)置的，其管控功能的原理示意圖如圖1所示。

圖1 工地試驗室管控原理示意圖

通過視頻監(jiān)控、試驗過程數(shù)據(jù)采集等方式，通過傳感設(shè)備將數(shù)據(jù)采集并實時上傳到數(shù)據(jù)管控中心，利用智能化手段對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，通常使用圖表的形式及時提供質(zhì)量數(shù)據(jù)追蹤和分析，并自動生成報表，為決策者提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

在工地試驗室管控系統(tǒng)中，主要包含以下三項技術(shù)。

（1）數(shù)據(jù)采集。對試驗室現(xiàn)有設(shè)備中不滿足采集要求的進行改造，通過改造可以實現(xiàn)試驗過程情況、試驗及生產(chǎn)設(shè)備工作情況、試驗原始數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)采集過程和實驗室人員試驗操作過程獨立，保證數(shù)據(jù)真實性和有效性。

（2）數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)采集完成后，數(shù)據(jù)自動保存到本地PC上，數(shù)據(jù)利用Internet網(wǎng)絡(luò)，后臺實時上傳到數(shù)據(jù)動態(tài)管理中心，對試驗起到動態(tài)管控的作用，同時不干擾試驗室工作的進行，數(shù)據(jù)傳輸支持?jǐn)帱c續(xù)傳。

（3）互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。利用J2EE技術(shù)開發(fā)互聯(lián)網(wǎng)平臺，存儲采集到的數(shù)據(jù)，建立工程質(zhì)量數(shù)據(jù)庫，為質(zhì)量分析、質(zhì)量評定和質(zhì)量追溯提供依據(jù)。

2.2 動態(tài)管控

針對實際試驗需要，對專業(yè)的試驗設(shè)備進行改造，部署采集終端，實現(xiàn)微機控制。利用數(shù)據(jù)傳輸?shù)难b置，將試驗設(shè)備與研發(fā)的系統(tǒng)軟件鏈接，直接讀取試驗設(shè)備的試驗數(shù)據(jù)，采集各試驗指標(biāo)，將采集到的數(shù)據(jù)實時存儲到數(shù)據(jù)采集器或加密的電腦數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)對試驗數(shù)據(jù)的實時采集和傳輸，采集過程獨立于試驗過程，屬于第三方試驗數(shù)據(jù)采集，防止試驗數(shù)據(jù)造假。通過實時、獨立、安全的數(shù)據(jù)傳輸，可以實現(xiàn)動態(tài)管控的目的，動態(tài)管控的優(yōu)勢包括以下幾點：（1）試驗設(shè)備數(shù)據(jù)采集、發(fā)送程序能夠在開機后自動運行，數(shù)據(jù)實時采集上傳，避免人為操作；（2）數(shù)據(jù)發(fā)送端支持?jǐn)帱c續(xù)傳，能夠保證試驗數(shù)據(jù)上傳的完整性；（3）系統(tǒng)可對所上傳的數(shù)據(jù)自動分類，對不合格數(shù)據(jù)進行單獨羅列、提示、標(biāo)紅，方便試驗室管理人員查看；（4）系統(tǒng)配備短信提醒功能，對不合格試驗數(shù)據(jù)進行實時報警，方便管理者在第一時間獲取信息。

3 試驗檢測關(guān)鍵指標(biāo)

高速公路工地試驗室檢測系統(tǒng)具備瀝青試驗管控、瀝青混合料試驗管控、水穩(wěn)混合料實驗管控等功能，針對這三項主要功能設(shè)計相關(guān)關(guān)鍵指標(biāo)。

3.1 指標(biāo)選取

根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40—2004）《公路工程質(zhì)量檢測評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGF80∕1—2017）《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG∕TF 20—2015）和相關(guān)項目的要求，同時根據(jù)本文研究需要、施工和檢測設(shè)備的信息化發(fā)展水平，確定了關(guān)鍵指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合室內(nèi)試驗、基層生產(chǎn)和施工、瀝青路面生產(chǎn)和施工機械設(shè)備的信息化技術(shù)水平，經(jīng)過梳理后的瀝青路面施工質(zhì)量動態(tài)智能管控體系關(guān)鍵指標(biāo)如表1所示。

表1 瀝青路面施工質(zhì)量動態(tài)智能管控體系關(guān)鍵指標(biāo)

瀝青混合料水穩(wěn)混合料軟化點（℃）穩(wěn)定度（kN）流值（0.1mm）無側(cè)限抗壓強度（MPa）

3.2 指標(biāo)采集

根據(jù)實際生產(chǎn)施工過程中的質(zhì)量控制需求、試驗設(shè)備現(xiàn)有的信息化技術(shù)水平等，確定了工地試驗室動態(tài)智能管控體系關(guān)鍵指標(biāo)的采集方法和采集頻率。采集方法是對瀝青針入度儀、軟化點儀、延度儀、瀝青混合料穩(wěn)定度儀、水穩(wěn)混合料無側(cè)限抗壓強度儀進行系統(tǒng)改造，使得系統(tǒng)可自動采集試驗數(shù)據(jù)，并實時上傳于管控系統(tǒng)。指標(biāo)需要的采集頻率為每次試驗時均采集。

4 試驗分析

本文對瀝青及瀝青混合料進行了試驗測試，采用的實驗設(shè)備是基于現(xiàn)有專業(yè)試驗設(shè)備改造而獲得的。

4.1 試驗管控系統(tǒng)

管控系統(tǒng)包含的試驗指標(biāo)查詢界面如圖2所示，在實驗類型中可以對試樣樣品進行選擇，實驗過程可以記錄工程名稱、試驗時間、保存時間、試驗類型、試驗人等簡明標(biāo)簽。每次試驗都會生成相應(yīng)的試驗結(jié)果報表，系統(tǒng)通過與標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求對比，可以直觀明了地檢驗每次試驗的指標(biāo)是否合格，同時可以對每個過程進行實時的監(jiān)控。該系統(tǒng)還支持Word文件導(dǎo)出功能，導(dǎo)出的報表如表2所示，其包含的內(nèi)容與在線報表一致。

圖2 管控系統(tǒng)試驗指標(biāo)查詢界面

表2 瀝青試驗結(jié)果報表

4.2 應(yīng)用試驗

基于上述的設(shè)備和系統(tǒng)功能，對工地試驗室的設(shè)備進行改造，安裝數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，于2020年7月在某項目高速公路路段進行應(yīng)用。試驗管控系統(tǒng)分為瀝青試驗管控、瀝青混合料試驗管控和水穩(wěn)混合料試驗管控。

在管控期間，以針入度為例，瀝青拌和站取樣為SBS改性瀝青，數(shù)據(jù)變化如圖3所示。通過工地試驗室瀝青試驗指標(biāo)的管控，經(jīng)過分析匯總，瀝青的試驗指標(biāo)滿足規(guī)定要求，達(dá)到了試驗管控的目的。

圖3 SBS改性瀝青針入度指標(biāo)試驗指標(biāo)數(shù)據(jù)分析圖

5 總結(jié)

本文利用智能化的檢測技術(shù)、通信技術(shù)等方式對高速公路工地試驗室的設(shè)備、數(shù)據(jù)采集方式、數(shù)據(jù)分析方式等進行改造，根據(jù)各項標(biāo)準(zhǔn)和實際工程要求，設(shè)計了針對不同項目的路面試驗關(guān)鍵指標(biāo)，開發(fā)了相應(yīng)的試驗管控系統(tǒng)。本文的主要貢獻如下。

（1）對高速公路智慧工地試驗室進行了研究，通過設(shè)備改造、系統(tǒng)開發(fā)等實現(xiàn)了路面工程試驗過程的實時、動態(tài)管控，提升了試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和反饋及時性。

（2）設(shè)計開發(fā)了工地實驗室動態(tài)管控系統(tǒng)，提出了試驗檢測的關(guān)鍵指標(biāo)。

（3）將開發(fā)的試驗管控系統(tǒng)應(yīng)用到實際路段中，針對不同樣品的指標(biāo)進行了試驗指標(biāo)測定，數(shù)據(jù)表明了可以達(dá)到實時管控的目的，對工程試驗起到了積極的督促作用，可以有效推進我國公路工程的不斷發(fā)展。