梁叶云 崔培强 田孝武 欧阳奕波

摘要 为了实现摊铺机、碾压机和服务器协同工作，减少低温环境沥青路面施工过程中设备更换环节浪费时间，确保在低温环境下的有效时间内完成摊铺碾压，通过在建立施工现场的定位基站，测量压实机械的行走轨迹，获得每个段落桩号的路面材料的压实遍数，对施工中存在的薄弱环节及时予以反馈。文章结合室內外实验：在摊铺碾压机上安装主要设备及配件，采用智能装置、无线信号传输、大数据智能分析、实时监测等手段实现设备智能化协同运行，通过对相关数据监测分析指挥碾压设备开始协同工作，确保低温环境下碾压温度、速度、遍数达到预期值，保证低温沥青路面施工质量。

关键词 有效时间;协同运行;智能分析;大数据

中图分类号 TP277;U416.217 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）02-0001-05

0 引言

在高速公路工程建设过程中，为满足项目进度的要求通常会延长沥青混合料的施工季节，很有可能出现沥青混合料在低温环境下进行施工。在沥青混合料摊铺碾压过程中，若环境温度过低，摊铺后沥青混凝土降温速率快，摊铺碾压过程浪费时间会对路面的压实度产生影响，压实度达不到标准，会造成路面间混料空隙偏大，冬季的雪雨水沿着路面空隙向下方渗透，路基和基础层的含水量会变大，韧性抗压强度会降低，由于交通运输车辆负载的作用，造成路面早期损坏，如路面变形及破坏，行车安全和道路使用寿命受到影响。

热拌沥青混合料在低温环境下施工过程中，为了有效控制现场压实时间，胶轮压实遍数、钢轮振动压实遍数、总压实遍数、压实温度等是关键的监控指标量，将现代计算机通信技术、互联网技术等新兴的科学技术[1-3]与传统道路工程施工相结合，采用软硬件结合的方式实现设备无缝衔接运行，确保有效温度内完成沥青摊铺碾压工作，实现沥青路面施工质量动态控制，这也是近年来国内外学者研究的重点内容。为此，项目组在试验段实施过程中，制定了详细的信息化监测[4-5]措施。

1 摊铺碾压设备信息化研究

在摊铺碾压机上安装可伸缩的红外温度传感器、高精度GNSS定位设备、LED显示器、车载平板电脑，再配SIM物联卡、Wi-Fi无线通信模块、配套天线及配件，采用智能装置、无线信号传输、大数据智能分析、实时监测等手段实现设备智能化协同运行[6-7]，如图1所示。当摊铺机摊铺温度、速度、面积达到智能规定值后，大数据中心收集分析数据后指挥钢轮压路机、轮胎压路机、振动压路机开始协同工作，确保低温环境下在规定的碾压温度、速度、遍数下完成摊铺碾压。四套设备工作无缝对接，比传统人工测量温度、数碾压变数、指挥摊铺碾压提高了低温沥青路面施工效率，确保低温环境下在有效摊铺压实时间内完成全部的摊铺碾压工作，确保沥青路面质量。与此同时可查阅任意桩号段落路基工程的摊铺碾压质量，包括摊铺碾压轨迹、摊铺碾压遍数、摊铺碾压速度、完成摊铺碾压遍数的时间等信息，客观评价各标段的施工质量;利用系统软件对各段落的摊铺碾压质量进行控制，按照最终产品的理念，科学客观地了解低温路面摊铺碾压质量，并作阶段性的计划调整。

2 摊铺设备信息化设计研究

沥青路面的摊铺环节对于路面施工质量影响较大，一是摊铺温度的高低决定了路面碾压的初始温度状态;二是摊铺速度的大小对于摊铺的夯锤振级引起的路面初始压实度影响较大。因此，围绕着沥青路面摊铺环节的工艺，主要包括摊铺、速度、温度、作业里程等信息的设计，如图2、图3所示。

2.1 沥青路面摊铺温度信息化研究

传统的沥青路面摊铺温度测量主要通过现场人员手持玻璃温度计进行测量，测量时间长，导致测量的频率不能满足实际施工要求。目前，红外温度仪因具有使用方便、反应速度快、灵敏度高、测温范围广、可实现在线非接触连续测量等众多优点，正在逐步地推广应用。

沥青路面温度测量采用红外温度传感器进行铺面温度测量。为同时获得沥青路面的摊铺温度，以及横向温度分布情况，生产加工一型材模具，固定于摊铺机踏板处，型材长度与摊铺机摊铺宽度一致，且能随着摊铺宽度的变化进行伸缩;型材上设有温度传感器安装孔，安装孔间隔为10 cm，可进行温度传感器安装位置的调整。共5个温度传感器安装在型材安装孔中，安装位置可进行调整，确保安装位置分别对应摊铺机的中缝、挂杆、边缘位置;5个温度传感器按照信号转换的次序进行编号，如图4、图5所示。

2.2 沥青路面摊铺速度、里程信息化研究

该研究通过采用厘米级的高精度地理信息的定位设备，在摊铺机械上安装高精度的定位设备，获得摊铺运动痕迹的地理信息，从而实现对沥青混合料的摊铺里程、摊铺速度实时监管统计。同时为使测量结果除了反馈给后场的质量管理人员，也及时反馈给现场施工人员，研究过程中开发了LED屏外挂为载体的实时反馈体系，确保现场人员第一时间了解摊铺信息。

2.3 现场设备配置

混合料摊铺监管现场设备主要有红外温度传感器、LED显示屏等。具体设备如表1所示。

3 碾压设备信息化设计研究

3.1 系统设计方案

沥青路面压实的3个参数为压实速度、压实温度、压实遍数，路面的压实过程中如能很好地控制上述参数，即可保证路面压实度。沥青路面智能压实需要路面温度的实时反馈，操作手通过反馈信息控制碾压速度和碾压遍数，指导操作手进行施工，而且能够保证操作手之间的信息互通，避免出现超压、漏压，如图6、图7所示。

3.2 碾压速度、碾压遍数的研究

国内已有部分单位采用GPS、GLONASS等定位系统进行摊铺速度、碾压速度的测量采集。但一般民用定位精度约在5 m左右。对于沥青路面施工工艺而言，传统的定位技术无法真实测量出摊铺、压实的速度信息。该研究借鉴RTK实时动态控制系统，在沥青路面施工现场建立定位基准站，在施工机具上安装流动站，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站，实现厘米级的定位，满足了压路机、摊铺机的轨迹定位。

（1）根据设计图纸、现场测量，对项目路线进行建模。根据设计图纸、项目路线的起终点坐标位置，经过现场控制点的复测，建立项目的线形图，如图8。

（2）现场架设定位参考基站，与省测绘部门CORS网络联测统一坐标。在项目经理部或是固定的地方，设立定位参考基站，為安装在压实机械上的流动站提供差分信号。同时为了保证定位参考基站的坐标位置是绝对准确的，一般需要和省测绘局的CORS网络进行联测，确保坐标位置的正确性，如图9。

（3）现场压实机械上安装定位设备，与基站采用电台或GRPS网络通信。在现场压实机械上安装高精度定位设备，该项目所用的GNSS高精度定位设备为上海华测导航提供，采用北斗二代+GNSS双三星八频GNSS板卡，通过定位基站的差分信号，现场定位设备水平精度达到（10±0.5×10−6×D）mm，可对现场压实机械进行速度、遍数的测量。

（4）现场自组Wi-Fi网络，实现机械之间的通信互联、数据交换共享。测量结果不仅反馈给施工管理人员，还需要反馈给现场压实机械操作手，而压实机械操作手不仅要观测到单机的状态，更要看到现场机群的整个作业数据。该项目建立施工机群的无线Wi-Fi局域网，实现多机械的测量数据共享。在沥青路面碾压遍数统计中，往往由多个机械共同完成一个周期，此环节需要利用计算机辅助系统，共享所有采集数据，并判断每个机械所实施操作到底为第几遍，为后期根据压实度倒推需要碾压遍数提供基础。

（5）压实温度测量。通过在压实机械上加装红外传感器，进行路面温度的实时测量，并通过定位设备集成处理位置、温度的信息，将采集温度信息附上地理信息。

3.3 现场设备配置

混合料碾压监管现场设备主要有GNSS接收机、MC100主机等。具体设备如表2所示。

4 摊铺碾压设备信息化功能

4.1 摊铺设备系统实现功能

该研究通过在建施工现场的定位基站，测量压实机械的行走轨迹，获得每个段落桩号的路面材料的压实遍数，对施工中存在的薄弱环节及时予以反馈。

该研究预期可实现的效果包括：

（1）工程建设业主单位、质量管理人员。通过PC电脑远程查看每个标段工地的施工状况，包括当天施工段落、投入机械数量等信息，实现无死角的质量巡查;可查阅任意桩号段落路基工程的压实质量，包括压实遍数、压实轨迹、完成压实遍数的时间、压实速度等信息，客观评价各标段的施工质量;利用系统软件对各段落的压实质量进行打分，按照最终产品的理念，科学客观地了解工程建设质量，并作阶段性的计划调整。

（2）施工项目管理人员。利用信息系统统计每天的施工段落长度，准确地进行施工进度测算;可对单台施工机械的工作状态进行评价，比如每天碾压距离、振动状态的碾压距离、开始与结束的工作时间、怠工时长、单台机械出现“漏压”的概率值等信息，对工程机械进行有效管理，剔除对施工质量贡献较小的单台设备，提高管理水平。

（3）压实机械操作人员。利用安装在驾驶室内的互联反馈系统，让操作手了解施工段落出现“漏压、超压”的具体位置，指导操作手进行操作。

4.2 碾压设备系统实现功能

该研究设计了一套沥青混合料的摊铺监管系统，监管的内容包括：

（1）实时观测沥青摊铺机的行走速度，阶段的摊铺里程。

（2）实时观测沥青混合料铺面的温度，及整个断面的温度分布情况。

（3）观测沥青混合料摊铺厚度。

（4）采集数据存储于设计的独立数据库中，可长期存储于服务器。

（5）随时根据摊铺机编号、桩号等条件，查询摊铺作业状态，包括摊铺具体位置、轨迹等信息。

5 结论

（1）为验证信息化监测的可靠性，项目组成员重点对现场人工检测的温度与信息化采集的温度数据进行对比分析，信息化自动检测的各环节温度与现场实际测试数据基本一致，表明在沥青路面摊铺碾压过程中采用信息化监测能较好地反映现场实际情况，便于现场施工质量控制。

（2）在沥青混合料摊铺碾压过程中采取信息化监测措施，有利于施工单位对现场施工质量进行动态控制。

参考文献

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