沥青混凝土路面施工过程智能化控制研究与应用

（嘉兴学院南湖学院，嘉兴 314000）

0 引言

近年以来，我国经济快速发展，国内生产总值已经跃居世界第二[1]。各地区之间经济往来的频率也随之不断增加，交通运输的发展是联系不同区域的一个重要因素，同时也是衡量一个国家经济发展的标志之一。经过几十年的发展，我国公路总里程数达到457 万公里，其中高速公路达到12.35 万公里，全国等级公路里程占公路总里程的85%以上[2]，其中沥青混凝土路面占了80%以上。

我国沥青道路施工现场检测方法和结果的反馈存在滞后性，其检测结果往往在施工结束后才出来，无法在施工过程中获得有效数据并做出及时调整；还有人为影响因素容易造成偏差；因此，通过物联网、北斗导航、传感器等先进技术，结合控制图与GPS 等方法，建立一套完整的施工过程智能化控制系统，实现沥青混凝土路面从混合料的拌合到材料的运输、摊铺、碾压等过程的可视化引导与管控、提高沥青混凝土路面质量、延长使用寿命是非常有必要的。

1 系统整体设计

1.1 系统设计原则

沥青路面智能化控制系统建设应当采用当前技术成熟、先进和符合技术发展趋势的设备和系统[3]。系统选用分布式结构设计，可以实现系统的分阶段建设或者扩容；整个系统结构应该设计合理，结构设计简单易懂，实现提高工作效率的功能，满足施工中压实质量管控的需求；此外，该控制系统还应满足高效性、可维护性、网络化、人性化等特点。压实业务应采用行业主流基于服务构架，与行业主流一致，以保证业务与需求的快速应用和无缝接入拓展，更好的实现对现场作业进行指导和管理。

除上述的原则外，系统设计还符合有关规范及施工工艺的管理和使用要求，充分考虑设备的性能与产值之间的关系，综合考虑一次性购置所需的安装成本和长期运行维护所需的成本。

1.2 系统设计目标

沥青混凝土路面施工过程智能化控制系统主要工作包括四个部分，即沥青拌和生产监控、沥青混合料运输监控、沥青路面摊铺现场监控、路面压实监控。

1.2.1 沥青混合生产控制系统

在沥青混合料生产过程中，容易出现多种质量问题，如：拌合易出现废料的问题、料仓出现超尺寸颗粒、沥青和骨料加热没达到规定温度及混合料级配不符合设计要求等等。对生产沥青混合料拌和生产过程进行实时监控并对生产过程中出现的问题及时处理是系统的主要功能。

1.2.2 沥青混合料运输控制系统

施工生产过程中，即使搅拌站生产的混合料质量优良，如果措施不得当、路面状况及外界环境影响等因素，在运输过程中，拌和料如果出现离析和温度离析的状况，将严重降低沥青路面的使用性能和使用寿命。通过安装在沥青运输车上的各类传感器和监控设备，实现对沥青运输过程中行驶轨迹以及混合料状态的实时监控是系统的功能之一。

1.2.3 路面摊铺现场控制系统

目前在沥青摊铺现场进行监控管理，特别是对沥青温度和摊铺机行走速度的实时控制是很难做到的。路面摊铺现场控制系统，通过摄像设备、3G/4G数据采集模块和通讯终端实现对摊铺现场的实时监控、数据采集并将现场各类数据及时反馈至监控中心，综合分析以指引施工。

1.2.4 路面压实控制系统

对沥青混合料压实过程进行实时监控，通过将数据采集模块用于碾压遍数、压实轨迹、压实温度等现场施工数据的采集，并将现场数据通过无线网络发送至监控中心综合分析，对现场作业质量和流程进行积极的指导和管理。

1.3 系统整体构架

管理系统的接入通过统一的门户网站或者项目管理平台，整个系统包括沥青拌和生成监控子系统、车辆运输监控子系统、路面摊铺监控子系统、路面压实监控子系统。每个子系统接入统一的管理平台，以保证各子系统的一致性，其逻辑图如图1所示。

图1 系统逻辑构架

沥青混凝土路面施工过程智能化控制系统包含多种类型的数据监控，比如监控现场的视频流、北斗/GPS 终端采集的车辆定位信息、温度传感器采集的温度信息、压实智能终端采集的压实质量信息，以及拌和生产的拌料参数信息等。这些数据的信息量大，频率高，经过网络智能模块接入公路现场智能网络方案，发送至各种类型服务器。

包括沥青混凝土路面摊铺现场监控子系统、压实监控子系统、生产监控子系统、沥青拌和生产监控子系统、沥青运输监控子系统、等多个应用平台。如图2所示。

图2 系统物理构架

2 系统主要组成模块

2.1 沥青混合料拌和生产控制系统

道路施工建设所需的沥青混合料等材料都是通过拌和站集中生产的。这些材料的质量直接影响到公路的质量。所以要对这些材料的生产过程进行监控，该系统主要针对原料的配合比和温度进行监控。并且实时通过智能网络传输模块送达沥青拌和生产监控服务中心[4]。如果有参数不达标，系统会发短信至业主手机进行报警，以便业主及时处理。

2.2 运输系统

在工程运输领域，工程施工材料如何及时安全的送达施工现场，取决于工程运输车的运行情况，以及企业对车辆的统一调度管理和后期车辆运输的费用结算等，因此建立一套对工程运输车辆进行实时统一监控调度系统显得十分必要。

2.3 沥青摊铺控制系统

通过对现有设备的改造或者直接使用，充分利用基于物联网架构的传感技术和基于3G[5]的传输技术，将沥青混合料在路面摊铺施工过程中产生的关键控制参数，通过通信模块及时上报到沥青摊铺监控服务中心，实时地反映路面摊铺状况，有效避免数据造假、资料造假等行为，实现各参与方对路面摊铺的动态控制，设计分析预警机制，实时分析摊铺质量问题，发现质量波动状况形成质量追溯档案，确保工程质量目标实现。

2.4 智能压实控制系统

整个压实智能监控管理平台采用全数字化体系，系统架构为计算中心和业务中心双中心级架构。

施工现场为前端为接入层，包括压路机的GPS 位置、CMV 压实度、温度等信息采集；业务中心负责压路机原始数据的采集，工程施工信息、状况、施工成果的发布展示；计算中心负责压实遍数、轨迹、CMV 等成果的实时计算生成，其通过监控客户端来进行计算结果修正和工程信息的录入和修改等；用户浏览端和移动用户通过internet 查看压实成果和当前工程施工情况。

3 工程实例分析

某高速公路沥青路面智能控制系统充分使用物联网架构的传感技术和3G 传导技术，及时的收集沥青路面在施工全过程中产生的数据信息，通过信息通信模块实时的传送到服务器，能够真正的及时反映工程施工质量情况，实现对道路施工质量的过程控制，提供分析数据并且打到预警机制，实时分析产生的质量问题，发现过程数据波动情况，确保实现道路质量目标。系统统实现了沥青混合料拌合、运输、摊铺、碾压全过程、实时、连续监控，改变传统的事后检测、抽样检测的模式，可有效提高沥青路面施工质量。整套系统包括沥青拌合楼管控系统、运输管控系统、摊铺管控系统和碾压管控系统。

沥青混合料运输车辆控制系统，通过GPS、RFID 射频技术等对运输车辆的信息进行跟踪。

路面摊铺过程实时监控主要是对摊铺轨迹、温度进行监控，通过不同的颜色，表示不同的温度，从而有效提醒工作人员施工进度。

通过实时监控可以看出压路机的碾压位置、次数、温度等信息，在如图3所示，绿色框的部分代表压路机目前所在位置，同时在框中还显示出了桩号、温度、速度信息。

图3 实时压实彩色图与信息

4 结论

沥青混凝土路面施工过程质量控制对路面质量影响非常大，混合料的拌和、运输、摊铺、压实等施工工艺是控制路面质量的关键步骤。由于施工过程控制是整个质量控制的难点，因此，提出了沥青混凝土路面智能化施工控制系统，包括系统的整体设计、主要组成、主要组成模块等。最后，根据具体工程案例，实现主要负责人对工程整体的控制，现场施工人员也可以及时了解施工作业情况，通过最后的质量检测结果可以说明，智能化施工可以保证路面施工质量，解决传统施工过程中的控制缺陷与不足。