沥青路面施工远程监控信息化系统在高速公路大修养护施工管理中的应用——以达陕高速公路为例
时间：2023-04-24 13:55:05 来源：千叶帆 本文已影响人
文｜四川达陕高速公路有限责任公司 张合川
达陕高速公路是四川省高速公路网中的一条主要通道，也是国家西部大开发战略中的八条高速公路建设项目之一，四川境内全长138.58 公里。2012年1月建成通车。达陕高速公路由达州市罗江启程，经宣汉县（普光、黄金、厂溪、新华等乡镇）、万源市（铁矿、石塘、白沙、茶垭、官渡、梨树等乡镇）后，穿大巴山隧道进入陕西境内。该高速建成后对达州市乃至川陕两省的经济社会发展起到极大的推动作用。
达陕高速公路魏兴互通至黄金收费站段因运营年限长，加之地质条件、交通荷载、气候条件、路基状况等原因，出现了较为严重的坑槽、唧浆、裂缝等病害，部分深层次病害难以彻底处治，大大影响行车安全及舒适性，降低公路通行能力，严重影响路面使用性能。因此需及时对该路段进行大修改造。
根据以往的大修养护工程管理经验和现场总结，往往存在一些施工工艺和质量管理上的难点、痛点。比如：
①养护施工的现场复杂，病害调查、病害处治方案的确定、病害处治施工、层层验收、施工过程中质量和安全的管理等等各个关键环节都需要大量人员集中在一个时段内及时、高效的完成工作，尽可能压缩和节约工期，减少封闭交通的时间和对交通安全、通行能力带来的压力。因此复杂的工程环境、快速高效的施工节奏要求，又无疑给养护工程质量的管理带来一定难度和困难挑战。
②养护施工现场地点较远，战线较长，管理人员无法及时抵达现场开展监督管理工作。
③养护施工大多需要同时保证交通运行不中断，交通安全压力和风险巨大，对于施工车辆、管理车辆、各方人员工作中的安全也是一个隐患。尽量减少车辆、人员在高速公路上、以及停留时间是有必要的。
面对上述这些客观的实际困难和痛点，如何更好的行使监管权力，促进工程管理工作良好的落实是管理人员需要考虑解决的问题。案例养护工程尝试应用沥青路面施工远程监控信息化系统，辅助项目管理人员对施工质量进行管控。管理人员通过查看监控系统中实时的现场数据，能够远程的、及时、积极的发现现场施工质量问题并协调、指导、督促问题的解决。通过施工远程监控信息化系统一方面能够有效降低管理人员出行现场的必要性，一定程度上减少了出行的成本，降低了施工管理的安全风险，另一方面通过远程即可发现现场问题并予以协调处理，也大大提高了工程管理的及时性。此外还能通过大数据分析，现场施工队伍的施工工艺数据，总结规律，规范现场施工行为和不良习惯，从操作手习惯上提升和改进施工工艺和施工标准的执行力度，从而促进工程施工质量的提升。是一种能够“足不出户”又能高效、高质量进行现场养护施工质量管理的新手段和新工具。沥青路面施工监控信息化系统是借助高精度卫星定位、物联网、云计算技术的一种信息化系统。通过该系统可在养护工程施工中实现对摊铺机的摊铺施工桩号、摊铺温度、摊铺速度以及压路机碾压过程的位置、碾压遍数、碾压温度和碾压速度等关键施工工艺的全过程、实时监管。通过信息化系统，可以实时、远程的查看、分析现场的施工工艺执行情况，对于不符合养护施工标准的行为进行实时的预警和提醒，通过系统还可分析、统计现场工艺数据，总结现场施工的规律、习惯并发现深层次的问题，用来进一步规范现场养护施工行为，提升现场养护施工质量。
图1 北斗高精度卫星定位基站的安装
图2 现场北斗卫星定位和LED 屏的安装
图3 现场各传感器、车载平板等的安装
案例沥青路面施工远程信息化监控系统主要由管理软件平台以及北斗高精度卫星定位基站和安装在各摊铺机和压路机上的温度传感器、速度传感器、北斗高精度定位移动站、车载平板、数据采集仪、天线、LED 屏幕等硬件设备组成。
结合施工现场条件，本项目的北斗卫星定位基站安装在普光收费站内，以覆盖养护施工段落。现场设备分别固定安装在福格勒摊铺机、宝马双钢轮压路机、徐工胶轮压路机上（表1）。
表1 项目远程监控系统硬件设备安装情况
项目主要涉及上面层、中面层路面施工，受养护工程的病害特点和铣刨处治方案的影响，部分中面层施工段落不够连续，且是单车道或双车道铣刨重铺，因此整体中面层施工数据相对上面层波动性较大。
3.1 有效摊铺温度
摊铺温度是通过安装在摊铺机熨平板侧的红外温度传感器进行采集。有效摊铺温度是监控系统通过对摊铺机行走速度、摊铺温度的采集和AI 判断过滤后得到的摊铺温度。由于数据量较大，本次对每天的摊铺温度进行了初步统计和取值，进行日摊铺温度的分析。根据本项目的要求，中面层摊铺温度的控制上限为190℃，摊铺温度的控制下限为160℃。上面层摊铺温度的控制上限为195℃，摊铺温度的控制下限为160℃。
图4 中上面层日有效摊铺温度分布对比图
通过远程监控系统日常预警短信和平台查看、分析发现：①中面层摊铺温度初期少数不满足控制要求，后期整体能满足控制要求。相比上面层整体离散性波动较大。②上面层摊铺温度整体满足控制要求，初期温度控制波动较大，后期有较大改进，离散性波动较小。
项目管理人员初期就摊铺温度问题进行了专门的排查和研究，结合前期现场观察的情况，发现温度的波动主要是拌和运输环节存在温度波动大、运输存在温度散失波动、早晚气温等问题引起，部分是因为工作面不连续、停机待料时间较长导致，尤其中面层摊铺工作面连续性较差。针对这些特点和问题，会同监理、施工单位采取了一些优化措施，比如：
①要求拌合站从集料含水率、热仓骨料加热温度控制、沥青加热温度控制等环节进行精细化管理，同时安排专人加强拌合站混合料出厂监测，发现波动较大时及时反馈调整。
②要求对运输车辆强化覆盖措施，加强保温。
③结合现场工作面准备情况进行运输车调度，避免的运输过程中以及长时间等待卸料过程中混合料温度的散失波动。
④要求现场加强摊铺前准备工作，避免停机等料时间过长。
从整体数据后期波动情况和现在实体抽检情况来看，自从改进措施落实后，整体摊铺温度相比初期趋于稳定，温度控制趋于良好。取得了较好的整改效果。
3.2 摊铺速度
通过北斗高精度卫星定位设备，能够实现对摊铺速度的监控，由于数据量较大，本次对每天的摊铺速度进行了初步统计和取值，进行日摊铺速度的分析。根据本项目的要求，上中面层摊铺速度的控制上限为3.5m/min，摊铺温度的控制下限为1.0m/min。
通过远程监控系统日常预警短信和平台查看、分析：①中面层摊铺速度初期控制较好，中后期控制波动较大且速度较快，超出上限次数较多。②上面层摊铺速度整体控制一般且较快，超出上限次数较多。相对后期离散性有较大改进。③整体上上面层摊铺速度相比中面层控制稍好。
图5 上中面层摊铺速度分布对比图
项目管理人员对摊铺速度的管理一直较为关注，结合前期现场观察的情况，发现速度的波动主要受养护施工工作面不连续、运输车到场受保通干扰、雨天天气、早晚气温等客观不确定性、不可控的因素影响。而为了保证在施工窗口期完工，因此整体摊铺速度偏快。另一方面，结合实际摊铺效果、摊铺铺面质量和现场实体质量的施工经验总结，大修养护工程摊铺速度上限考虑适当放宽到4.0m/min是比较符合管理实际的。
3.3 碾压速度
同样，通过北斗高精度卫星定位设备，能够实现对碾压速度的监控，由于数据量较大，本次对每天的碾压速度进行了初步统计和取值，进行日碾压速度的分析。根据本项目的要求，上面层碾压速度的控制上限为6.0km/h，摊铺速度的控制下限为1.0km/h。
根据图6、图7数据可得出：
图6 上面层胶轮、钢轮日碾压速度波动对比
图7 上面层胶轮、钢轮碾压速度分布对比
①整体上胶轮、钢轮的碾压速度偏快，尤其胶轮碾压速度较多超出上限控制。
②整体上碾压速度稳定性较好，离散性不大。
通过远程监控系统平台查看、分析功能，项目管理人员对碾压速度偏快的问题进行了观察和分析，发现碾压速度主要受摊铺速度影响较大。为了保证“高温、紧跟、慢压”的碾压工艺，在混合料温度尽可能高的前提下碾压足够的遍数，碾压速度会适当加快，以最终保证压实度。因此，整体碾压速度偏快。
从现场碾压质量、效果和实体检测结果来看，整体碾压速度并未有明显负面影响。结合实际施工经验总结，大修养护工程碾压速度上限考虑适当放宽到7.0km/h 是比较符合管理实际的。
3.4 碾压有效遍数
通过北斗高精度卫星定位设备对每个胶轮压路机和双钢轮压路机的坐标位置进行监控，经过对监控数据的时序、坐标位置换算和统计，可以监控每个设备在每个段落的碾压遍数。同时经过AI 计算和过滤得出有效碾压遍数。
根据图8、图9、图10数据可得出：
图8 上面层胶轮有效碾压遍数图
图9 上面层双钢轮有效碾压遍数图
图10 上面层压路机有效碾压遍数分布对比
①整体碾压遍数满足要求，且偏高限。
②胶轮和钢轮压路机都有超压现象，而钢轮压路机有少压现象，且遍数离散性比胶轮压路机大。
③胶轮整体碾压遍数相比钢轮碾压遍数多。超压占比大。
通过远程监控系统平台查看、分析功能，项目管理人员对碾压遍数观察和分析，发现现场整体有限碾压遍数较好，存在多压、超压的现象主要是气温、雨天等影响，现场人员担心压实度不足而循环不停歇碾压所致。从碾压的效果、实体渗水系数、压实度质量检测情况来看，整体碾压较为密实，效果良好。同时双钢轮压路机的操作人员对遍数的管控还有待加强，减少碾压遍数的离散性。
通过沥青路面施工远程监控系统在达陕高速公路的应用，使之成为了本项目施工管理中的高效、及时管理工具，真实、好用的管理助手，能够通过系统及时、可靠的发现施工现场管理和操作过程中的问题，引导管理者及时去分析、解决问题，以改进工艺、提升工程质量。通过本案例的应用，可总结得出结论如下：
①达陕高速养护工程整体施工工艺可控，指标良好，管理有序且有较大改进。
②养护工程摊铺碾压施工工艺管理指标基本可行，摊铺速度可适当放宽4m/min。碾压速度可适当放宽到7km/h。
③后续有必要将路面信息化系统延伸到拌合站、运输环节的管理，将原材料、拌和、运输纳入信息化监管，形成一个较为完善的信息化管理体系。
同时，在本案例信息化系统应用过程中也获得了一些应用经验：
①信息化体系的建设和应用过程中，需要业主、监理、施工各方参与，从建设方案、管控标准、组织实施等各方面进行保障。确保信息化有可落地的方案、可执行的标准。
②应强化现场操作手对信息化设备的日常管理和简单维护责任，平时查看通电通讯接口是否正常，以便及时反馈，以保证信息化数据持续、稳定采集和上传。
③信息化监控收集到的各环节的海量数据，应有专门人员负责进行浏览、分析和统计，及时通过大数据分析得出一些结论，反馈并辅助现场进行施工工艺、管理方案、管控标准、设备维护等各方面优化和调整。
总之，监控信息化系统不仅仅是软硬件的集合和冷冰冰的数据，也是需要各级管理人员、操作人员共同参与，才能真正起到良好的效果，才能切切实实让信息化落地生根，蓬勃发展，使之更好地为工程各参建单位提供更丰富、更便捷、更科学、更有效的辅助决策服务。
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