馬天武，李同斌，馬天勇，陳曉東

（1.山東省濱州市公路事業(yè)發(fā)展中心，山東 濱州 256600；2.江蘇東交智控科技集團股份有限公司，江蘇 南京 210000）

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人民生活質(zhì)量的提高，對公路工程的施工質(zhì)量要求也在不斷地提高。為提升公路工程質(zhì)量，2019年國務(wù)院印發(fā)的《交通強國建設(shè)綱要》提出了推進智能化、數(shù)字化裝備研發(fā)，加強智能制造核心關(guān)鍵技術(shù)儲備的目標(biāo)。根據(jù)《“十四五”現(xiàn)代綜合交通運輸體系發(fā)展規(guī)劃》預(yù)計2025年我國將新增公路里程約30.2萬公里，要求工程質(zhì)量進一步提高，交通設(shè)施耐久可靠。表明未來我國公路建設(shè)市場仍然存在巨大潛力。由于傳統(tǒng)的瀝青路面施工往往只注重最終的驗收質(zhì)量，缺乏施工過程監(jiān)管的手段，導(dǎo)致瀝青混合料在拌和、運輸、攤鋪、碾壓某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)質(zhì)量問題時無法溯源 。結(jié)合信息技術(shù)、GNSS技術(shù)以及無線通訊技術(shù)的發(fā)展，瀝青路面施工管理也向智能化方向發(fā)展。通過在原材料檢驗、拌和、運輸、攤鋪、碾壓各環(huán)節(jié)科學(xué)合理布設(shè)各類傳感設(shè)備，實時、全面獲取施工過程關(guān)鍵數(shù)據(jù)，進行分析、預(yù)警。預(yù)警信息分級發(fā)送至現(xiàn)場施工人員和后方管理人員，后方管理人員可以通過電腦、手機隨時訪問遠(yuǎn)程服務(wù)器查詢施工現(xiàn)場狀況，提出處置意見，確保工程質(zhì)量目標(biāo)實現(xiàn)。

2 瀝青路面動態(tài)智能管控關(guān)鍵指標(biāo)及預(yù)警閾值研究

2.1 瀝青路面動態(tài)智能管控關(guān)鍵指標(biāo)研究

根據(jù)現(xiàn)行國家規(guī)范、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及國內(nèi)外有關(guān)的研究成果，瀝青、水泥穩(wěn)定粒料基層和底基層、瀝青混凝土面層質(zhì)量檢驗實測項目主要包括以下項目：

（1）在石油瀝青、改性瀝青材料檢測方面，在實際施工過程中，一般進行瀝青三大指標(biāo)的檢測，根據(jù)實際檢測要求并結(jié)合實驗儀器的信息化發(fā)展程度，目前實現(xiàn)智能管控的有瀝青的針入度、軟化點和延度，三大指標(biāo)等試驗，保證原材料的性能。

（2）在水穩(wěn)基層方面，水穩(wěn)混合料的強度與各材料用量、級配密切相關(guān)，而壓實度、寬度、厚度等與實際施工過程攤鋪速度、碾壓速度的控制程度有關(guān)，因此，為保證水穩(wěn)基層的施工質(zhì)量，在水穩(wěn)混合料的各材料用量、水泥劑量、級配以及前場的攤鋪碾壓速度的控制方面應(yīng)嚴(yán)格把控，實現(xiàn)生產(chǎn)、施工過程中對水穩(wěn)基層施工質(zhì)量的實時管控。

（3）在瀝青面層方面，在實際施工過程中的質(zhì)量檢驗，一般檢驗項目為壓實度、平整度、滲水系數(shù)、抗滑及厚度檢測。壓實度、滲水、抗滑性能指標(biāo)一般與瀝青混合料的級配類型、攤鋪碾壓時的溫度與速度有關(guān)；而且平整度也與攤鋪速度有一定的關(guān)系，不連續(xù)攤鋪施工，一定程度上會影響瀝青路面的平整度；路面厚度和攤鋪厚度直接關(guān)聯(lián)，攤鋪機松鋪系數(shù)的控制直接關(guān)系到壓實后的路面厚度。因此，在瀝青混合料生產(chǎn)和施工過程中，對上述相關(guān)指標(biāo)進行有效監(jiān)控，在出現(xiàn)偏差時及時調(diào)整，實現(xiàn)在施工過程中有效控制施工質(zhì)量，從而保證瀝青路面的壓實度、平整度、滲水、抗滑及厚度滿足檢測要求。

（4）在附屬材料生產(chǎn)及投放方面，在混合料生產(chǎn)過程中，附屬材料的摻量較小，如木質(zhì)纖維素的添加量為瀝青混合料的4‰左右，在每盤混合料的控制中，摻量準(zhǔn)確度較難把控，且一般生產(chǎn)過程中較多情況下也為粗放控制，容易產(chǎn)生摻量或多或少的情況，摻量過少路面易泛油、析漏，摻量過多則容易聚團，直接影響瀝青面層的質(zhì)量，因此，附屬材料的投放量控制也是瀝青路面生產(chǎn)施工控制的關(guān)鍵點。

通過對上述質(zhì)量控制關(guān)鍵環(huán)節(jié)的因素分析，同時根據(jù)綠色環(huán)保節(jié)能減排的需求，瀝青路面施工質(zhì)量動態(tài)智能管控體系見表1。

表1 瀝青路面施工質(zhì)量動態(tài)智能管控體系

2.2 瀝青路面動態(tài)智能管控關(guān)鍵指標(biāo)閾值研究

在確定瀝青路面施工質(zhì)量動態(tài)智能管控體系的同時，需建立關(guān)鍵指標(biāo)的評價系統(tǒng)，制定各關(guān)鍵指標(biāo)相應(yīng)預(yù)警閾值，并提供分析預(yù)警機制，對接收到的各關(guān)鍵指標(biāo)的海量數(shù)據(jù)及時分析，與評價系統(tǒng)中的設(shè)定的預(yù)警閾值進行動態(tài)比對，超出容許偏差實時短信預(yù)警，并形成質(zhì)量追溯檔案 ，使相關(guān)技術(shù)人員能夠在第一時間發(fā)現(xiàn)質(zhì)量波動狀況，便于及時糾偏，確保工程質(zhì)量。瀝青路面動態(tài)智能管控預(yù)警對象及預(yù)警閾值見表2和表3。

表2 瀝青混合料拌和預(yù)警閾值以及報送對象

表3 瀝青混合料運輸、攤鋪與碾壓過程預(yù)警閾值以及報送對象

3 瀝青路面動態(tài)智能管控系統(tǒng)開發(fā)研究

3.1 瀝青路面動態(tài)智能管控系統(tǒng)需求分析

通過調(diào)研分析可知傳統(tǒng)的施工管理模式存在以下不足和弊端：

（1）施工方、監(jiān)理方和業(yè)主方對施工過程信息的掌握不能同步且各方對信息的掌握準(zhǔn)確性和完整性得不到保證；

（2）傳統(tǒng)的質(zhì)量監(jiān)控手段獲取的信息量少，一旦發(fā)生較為嚴(yán)重的質(zhì)量問題，需要重新搜集施工過程信息以便進行問題原因的分析，問題處理的效率低下；

（3）業(yè)主方在對問題進行決策時，主要參考行業(yè)專家技術(shù)經(jīng)驗，主觀因素影響較大，且時間流程長；

（4）問題處理意見的反饋需要逐級傳達(dá)給一線施工人員，流程時間長、環(huán)節(jié)多，由于時間延誤發(fā)生的返工現(xiàn)象較多。

為了彌補傳統(tǒng)質(zhì)量控制手段的不足，瀝青路面動態(tài)智能管控系統(tǒng)必須滿足以下功能需求：

（1）數(shù)據(jù)實時傳輸。智能施工管理系統(tǒng)的核心要素，數(shù)據(jù)實現(xiàn)實時在生產(chǎn)—管理—決策者之間平等共享，實現(xiàn)參建各方都能隨時隨地查詢施工信息。

（2）數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和有效性。施工信息的采集數(shù)據(jù)精度是系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)和前提，動態(tài)智能管控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)不僅要作為施工質(zhì)量評價的依據(jù)，還是出現(xiàn)質(zhì)量問題時進行原因分析的重要參考。

（3）全方面的系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集。動態(tài)智能管控系統(tǒng)旨在對瀝青路面施工全過程，從拌合生產(chǎn)、運輸、攤鋪到碾壓整個工序的關(guān)鍵信息進行采集，全面掌控施工質(zhì)量，在出現(xiàn)質(zhì)量問題時，也能提供全方位的數(shù)據(jù)支撐。

（4）信息的及時反饋。質(zhì)量管控的“管控”只是手段，對問題處于初期萌芽狀態(tài)時就進行有效的糾偏才是最終的目的。因此動態(tài)智能管控系統(tǒng)應(yīng)具有信息及時反饋的功能，使得問題出現(xiàn)后得到及時、有效的落實和解決。

（5）可擴展功能。動態(tài)智能管控系統(tǒng)在未來與路面管理系統(tǒng)、長期性能觀測數(shù)據(jù)庫等都有可能進行對接，因此系統(tǒng)應(yīng)具有靈活的可擴展功能，提供用戶定制服務(wù)。

3.2 瀝青路面動態(tài)智能管控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

采用B/S+C/S系統(tǒng)架構(gòu)（C/S架構(gòu)用于數(shù)據(jù)信息采集，B/S架構(gòu)用以用戶進行數(shù)據(jù)查詢分析），用戶只需登錄遠(yuǎn)程服務(wù)器系統(tǒng)網(wǎng)頁即可實時監(jiān)控攤鋪施工過程，查看各項統(tǒng)計數(shù)據(jù)，平臺采用J2EE（Java 2 Platform， Enterprise Edition：是一個為大企業(yè)主機級的計算類型而設(shè)計的Java平臺）架構(gòu)，使各項業(yè)務(wù)獨立管理，分步實施。

3.3 瀝青路面動態(tài)智能管控系統(tǒng)功能設(shè)計

系統(tǒng)功能設(shè)計應(yīng)以保障工程建設(shè)質(zhì)量要求為主，從工程信息管理、試驗檢測管控、拌和管控、運輸管控、攤鋪管控、碾壓管控等幾個方面開展建設(shè)。

（1）工程信息管理。工程信息管理主要是對工程相關(guān)信息進行維護，工程信息管理的功能包括工程基本信息管理、標(biāo)段信息管理、路面基本信息和路面結(jié)構(gòu)信息管理、混合料配比信息管理、拌合樓基本信息管理、報警信息設(shè)置功能。

（2）試驗檢測管控。結(jié)合施工中傳統(tǒng)的檢測數(shù)據(jù)，將施工過程中關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)，一方面結(jié)合實驗室的抽提試驗，與實時監(jiān)測數(shù)據(jù)比較分析，及時發(fā)現(xiàn)料源、拌合樓數(shù)據(jù)造假等異常情況。同時實時監(jiān)測數(shù)據(jù)并不能代替整個施工過程的檢測，通過施工過程中關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)后臺，可以建立更為完善的施工期數(shù)據(jù)中心，為后期路面長期項目分析提供支撐。

（3）拌和管控。通過拌合樓數(shù)據(jù)采集軟件及設(shè)備，對拌合樓控制數(shù)據(jù)庫進行監(jiān)控。實時采集各材料用量、油石比、溫度、級配等數(shù)據(jù)，并基于無線傳輸設(shè)備將采集的數(shù)據(jù)實時發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器。

（4）運輸管控?；赗FID技術(shù)，通過讀取運輸車配置的電子標(biāo)簽，記錄開始裝料與結(jié)束裝料時間、開始卸料與結(jié)束卸料時間，實現(xiàn)運輸時間的監(jiān)管。

（5）攤鋪管控。在攤鋪設(shè)備上安裝GNSS與溫度傳感設(shè)備，對攤鋪施工時間、位置、 速度、溫度等信息進行實時采集，真實反映攤鋪斷面的溫度、厚度、離析分布情況，通過LED實時展示攤鋪溫度和攤鋪速度。

（6）碾壓管控。在壓路機上安裝GNSS、溫度傳感、振動傳感等設(shè)備，對壓路機的碾壓遍數(shù)、速度、溫度、軌跡等信息實時采集，壓路機操作室配置平板電腦、LED顯示屏和蜂鳴預(yù)警設(shè)備，實時反饋給現(xiàn)場人員，指導(dǎo)施工。

4 瀝青路面動態(tài)智能管控技術(shù)經(jīng)濟社會效益分析

4.1 經(jīng)濟效益分析

通過瀝青路面動態(tài)智能管控技術(shù)的應(yīng)用，對施工質(zhì)量控制關(guān)鍵參數(shù)進行自動化連續(xù)采集，并實時傳輸、分析與預(yù)警，改變了傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)、施工、試驗的管理方式，一定程度上減少了人員數(shù)量的投入，節(jié)約了人工成本。在系統(tǒng)運行過程中，對中、高級預(yù)警及時采取處治措施，嚴(yán)格保證瀝青路面的施工質(zhì)量，避免早期病害的發(fā)生，降低瀝青路面后期養(yǎng)護成本。

4.2 社會效益分析

瀝青路面動態(tài)智能管控技術(shù)的應(yīng)用，確保了工程施工質(zhì)量。一方面可以延長瀝青路面使用壽命，降低路面運維成本，另一方面可以降低養(yǎng)護維修路面時對交通的干擾，保證道路服務(wù)功能，具有重要的社會意義。

5 結(jié)論

本文針對瀝青路面施工過程質(zhì)量控制的需求，采用物聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)技術(shù)，研究了瀝青路面施工質(zhì)量動態(tài)智能管控技術(shù)，確定了瀝青路面動態(tài)智能管控關(guān)鍵指標(biāo)及預(yù)警閾值，構(gòu)建了瀝青路面智能管控系統(tǒng)的框架，明確了試驗檢測管控、拌和管控、運輸管控、攤鋪管控、碾壓管控的功能要求，把瀝青路面的施工質(zhì)量從事后把關(guān)，轉(zhuǎn)變成全過程控制，提高了瀝青路面施工的管理效率與質(zhì)量。