何映江

摘要 近年來，為滿足社會經(jīng)濟快速發(fā)展的需求，我國建設(shè)了大量的瀝青路面工程，如何提高其施工質(zhì)量及效率，成為工程建設(shè)管理方面亟待解決的問題。基于此，文章提出了應(yīng)用于瀝青路面攤鋪階段的數(shù)字化機械過程控制技術(shù)，論述了數(shù)字化機械控制系統(tǒng)的設(shè)計原理、攤鋪及壓實監(jiān)控技術(shù)，分析了該系統(tǒng)的具體應(yīng)用，有利于提高道路工程施工質(zhì)量及效率，具有良好的經(jīng)濟價值與社會效益，可在同類工程建設(shè)中廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 公路工程項目；瀝青路面攤鋪；數(shù)字化機械；過程控制技術(shù)

中圖分類號 U416.217文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）12-0087-03

0 引言

瀝青攤鋪是道路工程施工的一道重要工序，對路面施工質(zhì)量以及道路通行性具有至關(guān)重要的影響。過去攤鋪瀝青路面時，施工過程中的參照物是人工放置的掛線，并需安排專人觀察反饋作業(yè)設(shè)備的運營狀態(tài)及攤鋪狀況，這必然會導(dǎo)致路面不平、高程及厚度不達標，需要進行返工，增加了建設(shè)成本，且工程無法按期交付。為解決上述問題，在瀝青路面攤鋪過程中，應(yīng)根據(jù)施工的具體要求，結(jié)合項目實際情況，采用數(shù)字化機械過程控制技術(shù)，設(shè)計攤鋪監(jiān)控管理系統(tǒng)，實現(xiàn)自動監(jiān)測，實時收集數(shù)據(jù)并反饋給施工作業(yè)人員，據(jù)此精確控制攤鋪厚度及高程，提高施工質(zhì)量，保質(zhì)按期交付驗收[1]。

1 數(shù)字化機械控制系統(tǒng)設(shè)計

瀝青路面管控系統(tǒng)的工作流程包含數(shù)據(jù)收集傳輸、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)4個方面，該系統(tǒng)由攤鋪監(jiān)控、壓式監(jiān)控、混合料監(jiān)控3個子系統(tǒng)構(gòu)成，各子系統(tǒng)可保持獨立運行，還可以通過數(shù)據(jù)共享進行聯(lián)動，相比較而言，前兩個子系統(tǒng)對整體系統(tǒng)的作用更為重要。

1.1 設(shè)計原理

數(shù)字化機械控制系統(tǒng)分為測量和攤鋪兩部分，其設(shè)計原理如下：①為提高社會水準，各項設(shè)計參數(shù)轉(zhuǎn)成3D數(shù)據(jù)后，方可輸入系統(tǒng)；②根據(jù)設(shè)計要求，需將相關(guān)參數(shù)提前輸進系統(tǒng)，獲得高程信號；③借助高程信息來處理數(shù)據(jù)，達到自動控制瀝青路面攤鋪技術(shù)的目的，為實現(xiàn)精確控制自動化攤鋪，需及時調(diào)整平板位置，合理設(shè)置其高度及坡度，確保路面平整度及厚度符合設(shè)計標準；④利用數(shù)字化機械攤鋪控制技術(shù)，可實時監(jiān)測路面施工參數(shù)，快速檢查鎖定施工質(zhì)量問題，并及時采取相應(yīng)措施[2]。

1.1.1 測量控制系統(tǒng)運行原理

該系統(tǒng)的構(gòu)成主體是GNSS基準站、激光發(fā)射機以及mmGPS流動站。運行過程中，需準確設(shè)置GNSS基準站位置，并通過無線傳輸技術(shù)，向附近傳輸差動信號及數(shù)據(jù)，有利于機載設(shè)備及探測裝置實現(xiàn)快速、精準定位。

1.1.2 攤鋪控制系統(tǒng)運行原理

（1）該系統(tǒng)基于現(xiàn)代信息技術(shù)，利用GNSS/激光接收機、GNSS接收機以及控制器收集并傳輸施工數(shù)據(jù)。

（2）進行路面攤鋪作業(yè)時，激光發(fā)射器射出激光信號后，被車載GNSS/激光接收器所接收，后者迅速開展數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理，獲得攤鋪機作業(yè)面的平面及高程數(shù)據(jù)，定位信息由無線傳輸技術(shù)輸送至控制器，由此根據(jù)既定設(shè)計標準形成標準控制信號。

（3）通過液壓閥有效調(diào)整攤鋪機拖動臂油缸的作業(yè)方向及高度，從而有效提升攤鋪作業(yè)質(zhì)量及效率。

（4）激光接收機可自動支撐，也可通過手動提升實現(xiàn)支撐，兩種方式都可用于連接作業(yè)設(shè)備的熨平板，且具有較高的牢固度。

安裝過程中，根據(jù)作業(yè)標準要求，需要準確測定接收設(shè)備與熨平板的位置，并依照實際情況進行校正，從而精確測出熨平板高度。在安裝時，需精確測量并校正機載GNSS/激光接收機和熨燙板的相對位置，以便于準確得出熨平板高度值，并快速明確其方位[3]。

1.2 數(shù)字化攤鋪監(jiān)控系統(tǒng)

數(shù)字化攤鋪監(jiān)控系統(tǒng)主要由各種傳感器、數(shù)據(jù)監(jiān)測及處理終端、GPS以及報警器等構(gòu)成。

（1）橫向設(shè)置紅外溫度傳感儀器，且要求均勻陣列布局，每個傳感器之間相距1.2～1.5 m，按照設(shè)定頻次收集攤鋪路面溫度，每次大約為1.0 m。由于測溫點屬于均勻分布，因此可整合所有測溫點的數(shù)據(jù)，據(jù)此繪制出溫度分布云圖，實現(xiàn)對攤鋪溫度的全面監(jiān)控。按照施工要求，需要在攤鋪機后方設(shè)置溫度傳感儀器[4]。

（2）合理選定攤鋪機操作平臺的某個位置，并在此安裝數(shù)據(jù)處理終端設(shè)備，將其連接于其他數(shù)據(jù)傳感器。

（3）將數(shù)據(jù)終端連接于攤鋪設(shè)備的電源系統(tǒng)，開啟溫度監(jiān)測系統(tǒng)，合理設(shè)定監(jiān)測頻率、監(jiān)測標段等數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對路面攤鋪作業(yè)的全方位監(jiān)控。

1.3 數(shù)字化壓實監(jiān)控系統(tǒng)

數(shù)字化壓實監(jiān)控系統(tǒng)中包含衛(wèi)星定位、中心控制、電源、自組網(wǎng)以及輸出顯示等功能模塊。該系統(tǒng)最重要的模塊是中心控制模塊，其功能是收集存儲壓路機的位置信息及路面溫度數(shù)據(jù)，在處理后成為顯示模塊，通過無線傳輸技術(shù)發(fā)送后，作業(yè)人員通過顯示屏讀取數(shù)據(jù)信息，由此全面了解路面壓實狀況。

壓路機的方向盤轉(zhuǎn)動時，其兩側(cè)的某個部位不會隨之轉(zhuǎn)動，可在此布置紅外溫度傳感器。利用局域網(wǎng)收發(fā)信息，可同時控制多臺壓路機實施作業(yè)，路面壓實數(shù)據(jù)能實現(xiàn)共享?；驹谧詣涌刂葡到y(tǒng)中占據(jù)重要地位，必須科學(xué)設(shè)置。智能全站儀基站已被廣泛應(yīng)用，為快速、完整收集所需數(shù)據(jù)信息，安裝時應(yīng)充分結(jié)合施工實際狀況[5]。

2 數(shù)字化控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用

2.1 攤鋪系統(tǒng)運行原理與特點

攤鋪控制系統(tǒng)的主要構(gòu)成為自動化監(jiān)控系統(tǒng)、全站儀基站等，采用該系統(tǒng)，可實現(xiàn)對瀝青路面攤鋪質(zhì)量及效率的有效控制。

2.1.1 坡度、高程控制

（1）采用此系統(tǒng)時，通過機械全站儀能收集到棱鏡的3D數(shù)據(jù)，其定位誤差不超過±3 mm，利用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸至中心控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)控制箱會收集并處理坐標信息，在與標準三維數(shù)據(jù)比較后，會得到關(guān)于瀝青路面攤鋪高程的相關(guān)信息。攤鋪機的液壓油缸在液壓閥的驅(qū)動下，會改變熨平板方位，受其影響，攤鋪路面高程及坡度會發(fā)生變化，從而提升路面高程及坡度的精準度，不斷提高施工質(zhì)量。

（2）借助數(shù)字化控制系統(tǒng)，開展瀝青路面攤鋪及壓實作業(yè)，可收集到各項數(shù)據(jù)，作業(yè)人員通過顯示屏讀取數(shù)據(jù)，從而對瀝青路面施工情況有全面了解和掌握[6]。

2.1.2 平整度、厚度控制

（1）過去進行瀝青路面攤鋪作業(yè)時，會在10 m方樁中安置鋁質(zhì)梁體或其他部件，所用的攤鋪監(jiān)控系統(tǒng)為2D系統(tǒng)，各部件會受下層表面影響，當(dāng)表面有起伏時，會導(dǎo)致攤鋪路面的平整度較差，最終影響到路面攤鋪質(zhì)量。

（2）采用數(shù)字化管控系統(tǒng)，將智能化傳感器安裝到熨平板上，從而快速獲取攤鋪機的運行數(shù)據(jù)，合理驅(qū)動并管控液壓油缸，根據(jù)實際情況有效調(diào)整熨平板方向，確保路面厚度達標，便于后續(xù)施工環(huán)節(jié)的開展，提高瀝青路面施工質(zhì)量，充分實現(xiàn)數(shù)字化控制系統(tǒng)的價值。

2.2 壓實系統(tǒng)運行原理與特點

全面管控路面壓實作業(yè)，是壓實監(jiān)控子系統(tǒng)的核心功能，主要是對壓路機的碾壓軌跡、壓實情況進行管控，其運行模塊主要包括：

2.2.1 壓路機數(shù)據(jù)收集模塊

采用數(shù)字化壓實系統(tǒng)開展施工作業(yè)，必須充分重視壓實軌跡的管控與檢測，需在施工現(xiàn)場有效布局全站儀基站，并安裝各種網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備，確保及時、完整地獲取壓路機運行數(shù)據(jù)，全面提高數(shù)字化監(jiān)控水平。瀝青路面壓實系統(tǒng)運行過程中，工作人員為準確了解壓路機行進方向及軌跡，需要采用相應(yīng)的終端設(shè)備，捕獲完整的數(shù)據(jù)，分析壓路機的行進方向是否與作業(yè)要求相一致。

2.2.2 壓路機數(shù)據(jù)傳輸模塊

數(shù)據(jù)傳輸模塊是數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)運行的重要基礎(chǔ)，采用壓實系統(tǒng)的這一功能模塊，能收集到壓路機運行數(shù)據(jù)，并傳輸至服務(wù)器中，操作人員通過顯示器讀取數(shù)據(jù)信息，從而有效管控壓路機的運行狀態(tài)。將傳感儀器安裝到壓路機中，可以及時全面地捕獲壓路機的運行數(shù)據(jù)，發(fā)送至系統(tǒng)服務(wù)器后，工作人員可通過讀取數(shù)據(jù)，掌握壓路機的作業(yè)質(zhì)量，防止部分路面出現(xiàn)壓實次數(shù)過多或壓實不足的情況，科學(xué)配置人力物力。此外，根據(jù)收集到的路面壓實數(shù)據(jù)，可繪制出路面壓實度分布圖，打印后交由相關(guān)人員簽字，并將全部紙質(zhì)資料存檔，確保瀝青路面壓實作業(yè)數(shù)據(jù)完整、準確，各項資料有據(jù)可查[7]。

2.3 數(shù)據(jù)分析與控制

數(shù)據(jù)處理模塊是數(shù)字化控制系統(tǒng)的重要構(gòu)成，通過科學(xué)的數(shù)據(jù)處理分析，能有效防止瀝青路面攤鋪壓實作業(yè)過程中出現(xiàn)問題，從而實現(xiàn)自動化、智能化管控。

2.3.1 攤鋪數(shù)據(jù)處理

通過數(shù)字化攤鋪控制系統(tǒng)，可及時掌握瀝青路面攤鋪溫度、攤鋪機行進速度及軌跡等信息，將攤鋪機作業(yè)速度設(shè)定在3 m/min，并防止作業(yè)溫度出現(xiàn)較大浮動。

2.3.2 碾壓數(shù)據(jù)處理

（1）碾壓遍數(shù)。控制碾壓數(shù)據(jù)，需全面分析壓路機類型及性能。若壓路機為雙鋼輪，則路面初壓至少為兩遍；復(fù)壓環(huán)節(jié)則要求五遍以上，作業(yè)速度最低為3.0 km/h、最高為4.5 km/h；終壓環(huán)節(jié)大約為兩遍。為防止部分瀝青路面未被充分壓實或壓實遍數(shù)不足，壓路機作業(yè)時，工作人員應(yīng)根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)收集到的壓實遍數(shù)等數(shù)據(jù)，實時對壓實作業(yè)過程進行完善，確保路面壓實度符合作業(yè)標準。

（2）碾壓溫度。溫控設(shè)備的使用，需要根據(jù)路面鋪設(shè)標準來做出選擇，主要有兩種方式來控制瀝青混合料的溫度，其一是使用接觸式熱電偶溫度計，其二是使用紅外溫度測量儀，后者需要安裝到壓路機上。如壓路機為鋼輪，則初壓環(huán)節(jié)的瀝青溫度大約設(shè)定為160 ℃，復(fù)壓環(huán)節(jié)的瀝青溫度應(yīng)設(shè)定為135 ℃，而終壓環(huán)節(jié)的瀝青溫度大約設(shè)定為100 ℃。有一點需要特別指出，在路面復(fù)壓與終壓環(huán)節(jié)，由于空氣發(fā)生流動，且壓路機會噴灑水，導(dǎo)致瀝青溫度出現(xiàn)明顯下降，且復(fù)壓環(huán)節(jié)的瀝青溫度低于預(yù)期值，這就需要合理控制瀝青溫度，確保與預(yù)期值不出現(xiàn)較大差異[8]。

2.3.3 施工后檢測

瀝青路面攤鋪施工結(jié)束后，需抽取若干樁號區(qū)域進行檢測，根據(jù)滲水參數(shù)、芯樣密度等數(shù)據(jù)，測算出路面壓實度，由此明確數(shù)字化控制系統(tǒng)的運行質(zhì)量。為確保路面滲透性及壓實度符合設(shè)計標準，則路面壓實作業(yè)必須充分依照各項設(shè)計參數(shù)。

2.4 數(shù)字化機械攤鋪控制系統(tǒng)施工注意事項

在傳瀝青攤鋪施工過程中，采用數(shù)字化機械攤鋪技術(shù)，綜合了各項最新的測量定位技術(shù)，這是對傳統(tǒng)攤鋪作業(yè)工序的創(chuàng)新發(fā)展，提升了工程施工的質(zhì)控水平，一方面有利于提高工程施工質(zhì)量，另一方面可降低工程建設(shè)資金，獲得更高的經(jīng)濟效益與社會效益。

通過綜合運用各項數(shù)據(jù)傳輸程序，數(shù)字化機械攤鋪控制系統(tǒng)可正常啟動，并開始作業(yè)環(huán)節(jié)，激光發(fā)射器發(fā)射高精度的3D激光墻信號，信號收發(fā)設(shè)備間存在建筑物、路牌標識等各類障礙物，不利于快速準確地傳輸信號，影響到攤鋪系統(tǒng)作業(yè)的準確度。

激光發(fā)射器的數(shù)據(jù)發(fā)射距離最近為300 m、最遠為1 500 m，其周邊環(huán)境不可避免地會影響到發(fā)射效果，這就需對發(fā)射器做加密處理，并加大換站工作量，提高激光發(fā)射效果?，F(xiàn)實中，過多換站或者采用不同的數(shù)字化控制系統(tǒng)，誤差疊加后會降低攤鋪精確度，無法實現(xiàn)施工目標。

3 應(yīng)用效果分析

相較于傳統(tǒng)的機械控制管理系統(tǒng)，數(shù)字化控制系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢。采用該系統(tǒng)攤鋪瀝青路面，不僅有利于降低工程建設(shè)成本，而且具有良好的社會效益。

3.1 降低建設(shè)成本

科學(xué)運用此系統(tǒng)，可提升施工速度，縮短工期，節(jié)約建設(shè)費用。工作人員通過系統(tǒng)顯示屏完整讀取監(jiān)控數(shù)據(jù)，及時了解路面攤鋪狀況，防止出現(xiàn)路面壓實不到位的情況，確保在建設(shè)預(yù)算內(nèi)，按期完成道路工程建設(shè)[9]。

3.2 全面管控操作流程

通過壓實、攤鋪監(jiān)控子系統(tǒng)，能實現(xiàn)對攤鋪施工各項參數(shù)的有效監(jiān)控，例如壓實速度、行進軌跡等，及時發(fā)現(xiàn)問題，便于進行快速調(diào)整，實現(xiàn)施工全過程管控。

3.3 提升管理水平

工作人員運用該系統(tǒng)，可線上實時掌握路面壓實及攤鋪情況，獲取壓實質(zhì)量信息，了解到各樁號路面的壓實度。將全部數(shù)據(jù)收集存儲，構(gòu)建施工質(zhì)量反饋機制，一方面有利于提升管理水平，另一方面還便于后續(xù)返工或養(yǎng)護[10]。

4 結(jié)語

綜上所述，將數(shù)字化機械過程控制技術(shù)應(yīng)用于瀝青路面的攤鋪及壓實過程監(jiān)管，有利于提升施工質(zhì)量及作業(yè)效率，在道路工程建設(shè)方面意義重大。全面掌握并應(yīng)用該項技術(shù)，需要根據(jù)道路施工的具體要求，綜合運用各種自動化設(shè)備，準確安裝以確保有效運行，便于收集路面攤鋪混合料溫度、壓實遍數(shù)以及行進軌跡等數(shù)據(jù)，做好數(shù)據(jù)處理及存儲工作，并通過分析各項數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)存在的問題，結(jié)合實際施工情況，完善施工模式，調(diào)整各項參數(shù)，全面管控瀝青路面施工流程，從而有效提高路面施工質(zhì)量。

參考文獻

[1]趙秀娟. 3D數(shù)字化智能控制技術(shù)在瀝青路面下面層攤鋪施工中的應(yīng)用研究[J]. 工程建設(shè)與設(shè)計， 2021（2）： 139-140.

[2]黃立明. 基于3D數(shù)字化自動攤鋪控制系統(tǒng)的瀝青混凝土路面應(yīng)用研究[J]. 江西建材， 2020（8）： 116-117+119.

[3]高飛， 白于潔， 胡海東， 等. 智能監(jiān)控系統(tǒng)在瀝青路面攤鋪施工中的應(yīng)用[J]. 交通世界， 2020（35）： 9-10.

[4]王書功. 瀝青路面攤鋪施工中智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用[J]. 中國高新科技， 2021（24）： 72-73.

[5]黃國熾. 淺談瀝青路面攤鋪技術(shù)及質(zhì)量控制[J]. 四川水泥， 2021（10）： 203-204.

[6]王曉平. 道路橋梁瀝青路面攤鋪施工技術(shù)分析[J]. 散裝水泥， 2022（2）： 157-159.

[7]張宏偉. 瀝青路面攤鋪施工技術(shù)及質(zhì)量控制分析[J]. 交通世界， 2020（11）： 42-43.

[8]王曉東. 瀝青路面攤鋪施工技術(shù)及質(zhì)量控制措施[J]. 四川建材， 2020（10）： 119-120.

[9]王長中. 關(guān)于公路瀝青路面攤鋪施工技術(shù)分析[J]. 綠色環(huán)保建材， 2020（11）： 96-97.

[10]趙竟成， 楊超. 瀝青路面3D智能攤鋪技術(shù)應(yīng)用研究[C]//中國智慧工程研究會智能學(xué)習(xí)與創(chuàng)新研究工作委員會. 2020萬知科學(xué)發(fā)展論壇論文集（智慧工程三）， 2020： 438-448.