张波
（杭州市综合交通运输研究中心，浙江 杭州 310014）
0 引言
随着科学技术的发展，现代公路工程施工也需要积极采用各种智能技术、信息技术加强施工建设和管理。对于沥青路面摊铺施工而言，其对路面的标高、强度、平整度等都有着严格的要求。考虑到摊铺施工流程的复杂性，需要工程施工单位科学地采用智能监控系统对沥青混合料的拌和、运输、摊铺、碾压等环节进行精准控制，确保各个施工要点都严格遵循标准，以提高施工水平，保障施工顺利进行。
1 智能监控系统的应用发展现状及沥青路面施工中存在的问题
随着我国公路建设的快速发展，有关部门也加强了公路工程施工技术方面的研究，虽然取得了一系列研究成果，但是在路面质量管理和智能监控系统上的研究还略显不足，其主要原因是我国当前公路工程施工管理技术水平较低，尤其是沥青路面摊铺施工中的智能监控水平有待提升。随着社会经济和科学技术的发展，我国公路施工技术也得到了较快的发展，人们对公路路面质量提出了新的要求，信息技术和数字技术被逐步应用到了沥青路面摊铺施工中。为确保路面质量满足施工需求，需要科学地采用智能监控技术对施工全过程进行动态化监控，以随时发现施工中存在的问题并及时采取有效措施，使沥青路面更加坚固耐用。
由于我国高速公路建设起步较晚，施工技术及管理方式尚不成熟，导致工程在施工和运营阶段出现很多问题，路面质量往往无法满足设计要求，且公路运输中存在车辆超载现象，过大的荷载导致路面结构遭受较大的破坏，甚至一些新建的沥青路面在刚通车后不久即出现了车辙、开裂、泛油、坑槽等病害。对于这些问题，公路工程部门需要加强重视，例如在摊铺施工的过程中加强监控，以提高路面施工质量。目前，在路面施工中主要存在以下三类问题。
第一，拌和站生产系统问题。因为拌和站生产系统自身和原材料类型复杂等问题，导致级配不符合要求、混合料生产温度过高、油石比不稳定等，都会影响沥青路面施工质量。
第二，沥青混合料运输系统问题。工程单位对沥青混合料的运输监管不到位，为了降低成本，往往会随意租赁社会车辆运输原材料，因为缺乏监管，导致沥青混合料在运输过程中出现结块、离析等问题。
第三，沥青混合料摊铺和碾压系统问题。工程单位采用传统的人工监控方法对沥青路面施工进行监控，无法准确获取摊铺过程中沥青路面温度变化等实时数据，摊铺面难以保证密实度，且容易出现离析等各种问题，严重影响沥青路面的质量。另外，在沥青混合料碾压的过程中，工程单位往往也没有对其初压、复压、终压等流程进行实时监控，同时摊铺机、压路机、洒水车的运行数据也没有实时采集，现场也没有专门的人员进行指挥和管理，导致路面压实度和平整度达不到设计需求。
2 智能监控系统功能及特点
智能监控系统的应用主要包括拌和、运输、摊铺、碾压等多个流程，具体如图1所示。
图1 智能监控系统架构
2.1 各个子系统主要功能
第一，沥青混合料拌和监控系统。其主要对沥青混合料的拌和时间、力度、速度以及原材料的配合比、投放顺序、用量、质量、温度等要素进行监控。
第二，运输车辆监控系统。其可以对沥青混合料的装料流程、出料时间、卸料时间等进行监控。
第三，摊铺监控系统。该子系统可以对沥青混合料的摊铺温度、速度以及定位等参数信息进行动态化监控。
第四，碾压监控系统。该子系统主要对压路机的碾压速度和频率等进行监控，可以根据实际情况及时调整，并根据不同路段桩体的工程需求、压实信息等进行记录、检查，确保施工人员精准把握整个压实过程、路面状态等。
2.2 系统特点
第一，智能监控系统下设置有专家数据库模块，该模块可以对沥青原材料生产数据信息进行记录、整合，在发现各种异常情况后会自动报警。管理人员根据实际情况优化混合料级别配置，有效改变传统的原材料检测方法，确保其有效满足动态化质量控制目标。
第二，系统可对沥青原材料的级配、油石比、配合比，摊铺的定位、厚度、密实度以及碾压的温度、压实度、平整度等进行动态化监控，当其中任何一项参数不符合设计要求时，可以根据系统提示信息即时进行整改。
第三，系统可有效减少材料浪费现象的发生，有效提高沥青原材料的生产拌和效率和质量，节约生产成本。
第五，系统设置有远程云服务器，可对现场进行实时动态管理，有效减少各种质量问题的发生。
3 智能监控系统在沥青路面摊铺、碾压施工中的应用
智能监控系统在沥青路面摊铺施工中的应用主要分为数据信息获取和传输、数据分析和处理、数据结果分析及展示等流程，智能监控系统可对施工数据信息进行搜集、整理、分析，便于工程人员及时、高效地把控施工现场的各个环节，行之有效地实现路面的高效、高质量施工。在整个系统中最为核心的是沥青混合料拌和、运输、摊铺、碾压等监控子系统，各个子系统之间既可以独立运行，也可以整体运行，并在远程云服务器的管理下，确保施工全过程监控工作的顺利进行。
3.1 沥青混合料拌和监控子系统
该子系统可以有效监控原材料进入拌和楼的状态、质量及数量，并对各拌和楼中热料仓的集料和沥青原材料质量进行监控。实时采集数据上传至远程云服务器，通过专家系统对数据进行计算，得到最优比例，并对数据进行分析、筛选、提取后，绘制相关生产数据流图。
对于沥青路面摊铺、碾压施工而言，因为工程量大、混合料需求多，所以在沥青拌和料实际生产的过程中会发生级配不符合施工需求的问题，对此，系统将实时预警，便于管理人员及时调整各种参数。
通过沥青混合料拌和监控子系统对级配数据进行分析，将级配数据与设计要求进行对比，便于管理人员直接通过计算机对沥青混合料的级配进行管理。对关键生产数据信息进行计算，得出实际盘数和总盘数之间的比例，便于管理人员有效控制施工原材料质量。另外，沥青混合料拌和监控子系统采用BS 网络模式，对于各个操作主体设置有不同的权限和功能，且软件页面信息可实时自动更新，确保数据信息的完整性，便于各个单位、部门直接通过沥青混合料拌和监控子系统了解原材料的具体情况；对不同路段内的实时施工信息、对不同时间段混合料的生产总量和生产质量进行查询、抓取；通过图表的形式得出各种数据报表，如油石比、拌和时间和温度等，帮助工作人员了解沥青拌和料生产过程中的每一个细节。
3.2 摊铺监控子系统
该子系统可以对沥青混合料摊铺过程进行动态监控，帮助施工人员实时把握沥青混合料的摊铺温度、摊铺后路面温度、摊铺高精度位置等信息，保证摊铺质量。通过在摊铺断面布置红外传感器（数据采用Modbus 协议进行传输），实时读取整个摊铺断面的温度数据以及摊铺料斗内沥青混合料的温度数据。同时摊铺机内部安装的高精度定位模块可以实时采集摊铺机的高精度位置，计算摊铺机行驶速度。摊铺完成的沥青路面温度信息也可以通过LED 显示屏实时展示给施工人员，便于施工人员掌控温度是否符合摊铺需要；并将该信息实时传输至后台数据中心进行存储和发布。摊铺监控子系统的主要功能总结为以下六点：第一，实现沥青混合料的摊铺温度、速度、厚度、作业里程监控。第二，可通过网络实时查询摊铺作业状态，包括摊铺前混合料温度和摊铺后路面温度，以及摊铺机的运行速度、轨迹、具体位置等信息。第三，可随时通过网络查询摊铺历史数据且长期保持。第四，根据采集的各种数据可生成摊铺报表即摊铺温度区间分布图表；展示每台摊铺机摊铺温度区间分布情况。第五，提供远程监控视频，对采集的实时摊铺数据进行印证。第六，对摊铺速度进行分析，得到速度区间分布分析报告，同时可在地图上对每台摊铺机进行轨迹回溯展示。
3.3 碾压监控子系统
碾压监控子系统主要对沥青路面碾压施工进行监控，确保碾压符合标准要求，有效保证碾压质量。系统中设置有压路机碾压数据采集模块，该模块采用了特定的算法，可以实时获取真实、完整的压路机碾压数据信息，并在三角定位原理指导下获取准确的压路机运行数据，便于施工人员准确把握其运行速度和施工流程。碾压数据可通过通信模块将各种基础数据和应用数据传输到远程云服务器中，便于管理人员将压路机运行数据和参数进行融合。同时，施工作业人员可通过驾驶舱的指示平板电脑查看路面碾压遍数及碾压薄弱区域，以加强碾压；监理及现场管理人员可通过移动终端及时查看施工中存在的问题，并可针对碾压薄弱区域进行选点，开展常规检测，使检测更具有针对性。碾压监控子系统的主要功能总结如下：第一，系统可实现沥青混合料碾压温度、速度、遍数以及过程监控，及时反馈压实控制情况。第二，系统可通过驾驶舱平板电脑显示碾压温度、碾压遍数区间分布情况并以图表形式进行展示。第三，系统可对碾压速度进行分析，得到速度区间分布分析报告，同时可在地图上对每台压路机进行轨迹回溯展示。第四，系统可提供远程监控视频，以对采集的实时碾压数据进行印证。
3.4 其他子系统
系统支持在沥青路面施工现场安装超高精度定位仪器，建立定位基站，对摊铺机、压路机等设备的运行轨迹进行高精度定位及测量，便于及时发现施工过程中的各种异常情况。
4 结语
在智能控制系统下可以对沥青路面摊铺、碾压施工过程中的摊铺厚度、摊铺速度、碾压轨迹、碾压温度、碾压速度、碾压遍数等参数信息进行实时监控，确保施工人员有效做好沥青路面施工工作，提高路面质量检测合格率，降低检测成本。沥青路面摊铺施工智能监控系统的部署，可以有效预防过压、欠压等各种问题的发生，可以精密控制路面下封层、下面层、中面层、上面层的厚度，确保路面施工质量。
