文/周春生

公路工程作為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的組成部分，對(duì)國家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有重要意義。在公路建設(shè)中，路面施工是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，它直接影響著道路的使用壽命、安全性和舒適度。

隨著科技的不斷進(jìn)步，為提高公路工程質(zhì)量，降低施工成本，路面機(jī)械成套智能化施工技術(shù)的應(yīng)用逐漸成為公路工程領(lǐng)域的熱點(diǎn)和趨勢(shì)。本文將探討公路工程路面機(jī)械成套智能化施工技術(shù)的要點(diǎn)，著重討論其在公路工程中的應(yīng)用、特點(diǎn)以及未來發(fā)展趨勢(shì)。智能化施工技術(shù)的引入不僅可以提高公路工程的效率和質(zhì)量，還可以降低成本、減少對(duì)環(huán)境的不良影響。因此，深入研究這一技術(shù)對(duì)于公路工程的持續(xù)改進(jìn)和發(fā)展至關(guān)重要。

相關(guān)概念闡述

路面機(jī)械成套智能化施工構(gòu)成

路面機(jī)械成套智能化施工技術(shù)是指在公路工程建設(shè)和維護(hù)中，采用各種智能化設(shè)備與技術(shù)提高工程施工效率、質(zhì)量和安全性。這些技術(shù)的應(yīng)用可以降低成本、減少資源浪費(fèi)，并減輕工人的體力勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，提高施工效率和施工質(zhì)量，其技術(shù)構(gòu)成主要包括以下幾個(gè)方面內(nèi)容：一是智能化路面機(jī)械設(shè)備，如路面攤鋪機(jī)、壓路機(jī)、瀝青混合攪拌機(jī)等。這些設(shè)備配備了先進(jìn)的傳感器、控制系統(tǒng)和自動(dòng)化技術(shù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)施工參數(shù)并進(jìn)行調(diào)整。二是信息化工具的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度、資源分配的優(yōu)化，通過預(yù)測(cè)、模擬等功能，提高施工效率。三是自動(dòng)化材料供應(yīng)及處理設(shè)備，包括自動(dòng)化輸送帶、攪拌設(shè)備等，通過應(yīng)用可減少材料浪費(fèi)并保證質(zhì)量。四是利用無人機(jī)、激光掃描儀、攝像頭等設(shè)備的應(yīng)用，可對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行修復(fù)。五是遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)施工進(jìn)展，遠(yuǎn)程對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，達(dá)到提升管理效率，減少人力需求的效果。

特點(diǎn)

公路工程路面機(jī)械成套智能化施工有效破解了傳統(tǒng)路面施工中存在的工作量大、人工效率低以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)難以嚴(yán)格控制等缺陷，具有工作效率高、施工精準(zhǔn)控制、可視化管理等特點(diǎn)。同時(shí)，通過與大數(shù)據(jù)技術(shù)、無人機(jī)技術(shù)相結(jié)合，還可建立施工數(shù)據(jù)檔案，對(duì)建設(shè)期間各項(xiàng)參數(shù)與操作進(jìn)行記錄，實(shí)現(xiàn)管理工作的可追溯、可改進(jìn)，對(duì)于我國交通事業(yè)以及施工智能化建設(shè)的發(fā)展具有重要意義。

公路工程路面機(jī)械成套智能化施工技術(shù)要點(diǎn)

路面作業(yè)機(jī)群

路面作業(yè)機(jī)群主要由無人駕駛、可視化以及三維找平等技術(shù)所支撐，通過智能化的作業(yè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全過程協(xié)同管控與數(shù)字化遠(yuǎn)程后臺(tái)管理。公路工程智能化作業(yè)系統(tǒng)中由應(yīng)用層、平臺(tái)層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層以及設(shè)備層所構(gòu)成，其中應(yīng)用層的主要功能為推動(dòng)路面施工協(xié)同作業(yè)的開展，包括無人機(jī)群、3D 自動(dòng)找平攤鋪等，能夠通過感知現(xiàn)場(chǎng)施工條件，對(duì)障礙進(jìn)行自動(dòng)躲避，規(guī)劃出最優(yōu)的路徑。同時(shí)，無人機(jī)所采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，在經(jīng)過分析后可自動(dòng)生成統(tǒng)計(jì)報(bào)表，為工程施工決策提供依據(jù)。感知層主要由傳感裝置、GNSS 定位以及雷達(dá)所組成，主要對(duì)路面的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行確定，如壓實(shí)度、彎曲強(qiáng)度以及防滑性能等，為智能化作業(yè)及人為管理提供依據(jù)。

攤鋪機(jī)：無人駕駛攤鋪機(jī)是一種配備先進(jìn)技術(shù)的機(jī)器，包括紅外線溫度感應(yīng)裝置、定位天線、通信天線和激光找平裝置等。其中，紅外線溫度感應(yīng)裝置可以精確感知路面的溫度，定位天線和通信天線可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器與外部系統(tǒng)的通信和定位功能，激光找平裝置則可以對(duì)路面進(jìn)行精確的找平操作。通過以上技術(shù)裝置，無人駕駛攤鋪機(jī)能夠自動(dòng)進(jìn)行攤鋪?zhàn)鳂I(yè)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)路面的自動(dòng)找平。機(jī)器上搭載的系統(tǒng)設(shè)備能夠支持自動(dòng)化操作，減少人工干預(yù)，提高作業(yè)效率。同時(shí)，這些技術(shù)還能夠提高作業(yè)的精度和穩(wěn)定性，確保攤鋪質(zhì)量，并對(duì)攤鋪中路面的溫度參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將所采集的路徑信息進(jìn)行全過程上傳共享，從而使操作數(shù)據(jù)庫得到不斷更新，確保智能化作業(yè)的實(shí)時(shí)性與可靠性。

在智能化作業(yè)中，無人駕駛攤鋪機(jī)的實(shí)現(xiàn)依托于數(shù)字化施工管理平臺(tái)，通過將設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行導(dǎo)入即可完成自動(dòng)化操作。整個(gè)過程中，計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)平臺(tái)和穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)會(huì)形成定位基站，利用施工機(jī)械上安裝的激光發(fā)射器生成參考數(shù)據(jù)。通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即可對(duì)攤鋪機(jī)下達(dá)動(dòng)作指令，實(shí)現(xiàn)攤鋪?zhàn)鳂I(yè)的自動(dòng)化控制，這個(gè)過程需要借助無線通信來實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸。定位基站通過向攤鋪機(jī)的控制裝置發(fā)送信號(hào)，對(duì)無人駕駛和正常攤鋪?zhàn)鳂I(yè)進(jìn)行操控。同樣，利用三維找平模塊中的參考站，向攤鋪機(jī)發(fā)送信息，并通過車載的激光接收器和三維控制器獲取信號(hào)，對(duì)攤鋪機(jī)進(jìn)行找平操作。

在現(xiàn)場(chǎng)找平中，攤鋪機(jī)通過錄入設(shè)計(jì)參數(shù)生成數(shù)字化模型。利用所生成的模型，可以應(yīng)對(duì)復(fù)雜道路工程中具有多次變坡和曲線的施工，通過對(duì)空間坐標(biāo)信息的連續(xù)監(jiān)測(cè)，獲取圖像和其他資料，能夠?yàn)槭┕す芾硖峁┲С?。為了預(yù)防人工干擾和減少施工誤差，無人駕駛攤鋪機(jī)采用RTK 技術(shù)進(jìn)行無樁化的作業(yè)。RTK 技術(shù)通過精確的全球定位系統(tǒng)（GNSS）信號(hào)，能夠提供高精度的定位和導(dǎo)航信息，使攤鋪機(jī)在作業(yè)過程中能夠準(zhǔn)確地按照規(guī)定的路徑進(jìn)行行駛，避免了人工操控的不準(zhǔn)確和誤差。

此外，無人駕駛攤鋪機(jī)還利用紅外掃描技術(shù)對(duì)當(dāng)前作業(yè)面的溫度進(jìn)行感知，它通過紅外線感應(yīng)器掃描作業(yè)面的溫度，并連續(xù)輸出相應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)，這些溫度數(shù)據(jù)能夠?yàn)楹罄m(xù)的壓實(shí)作業(yè)提供決策依據(jù)，以確保材料的溫度在適宜的范圍內(nèi)，從而保證最終的攤鋪質(zhì)量。利用RTK 技術(shù)和紅外掃描技術(shù)，無人駕駛攤鋪機(jī)實(shí)現(xiàn)了高精度的無樁化作業(yè)和對(duì)作業(yè)面溫度的實(shí)時(shí)感知。這些先進(jìn)的技術(shù)手段不僅提高了施工的精確性和效率，還能減少人工因素對(duì)作業(yè)質(zhì)量的影響，從而提升了攤鋪質(zhì)量和施工效益。

壓路機(jī)：無人駕駛壓路機(jī)具備自主避障功能，能夠?qū)崟r(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)路面的壓實(shí)情況。它通過自主決策和感知系統(tǒng)，能夠識(shí)別和避開遇到的障礙物，確保安全行駛。同時(shí)，無人駕駛壓路機(jī)還能實(shí)施高精度的路面跟蹤控制，對(duì)行駛路徑進(jìn)行準(zhǔn)確的管控，并支持信息共享。為保證施工質(zhì)量，無人駕駛壓路機(jī)還會(huì)自動(dòng)采集碾壓過程中的材料溫度數(shù)據(jù)，通過傳感器對(duì)材料的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并記錄。這樣可以確保材料溫度在適宜范圍內(nèi)，從而保證施工的質(zhì)量。

相對(duì)于攤鋪機(jī)而言，壓路機(jī)在車載智能化裝置方面相對(duì)較少，僅配備了REK 定位、溫度傳感裝置和加速度傳感裝置。但通過多臺(tái)設(shè)備的協(xié)作，可以收集到溫度、位置、壓實(shí)度和壓實(shí)次數(shù)等數(shù)據(jù)。

基于智能化系統(tǒng)，利用設(shè)定的算法，可以確定當(dāng)前路面相對(duì)較弱的部分，并對(duì)其進(jìn)行再次碾壓。為防止壓路機(jī)對(duì)自身和周圍環(huán)境造成損害，專門配備了多重保護(hù)系統(tǒng)。首先，通過電子圍欄對(duì)作業(yè)區(qū)域進(jìn)行設(shè)定，如果壓路機(jī)超出設(shè)定范圍，會(huì)立即觸發(fā)停車報(bào)警。其次，壓路機(jī)裝備了前后組合式雷達(dá)，包括激光和毫米波雷達(dá)。如果在行駛過程中，發(fā)現(xiàn)行進(jìn)方向存在障礙物，壓路機(jī)會(huì)自動(dòng)選擇減速或者直接停車。最后，壓路機(jī)還具備智能防撞功能，根據(jù)車載GPS 定位，確保車輛與周圍機(jī)械和障礙物始終保持安全的距離。

土石方壓實(shí)機(jī)

在對(duì)壓實(shí)機(jī)智能化系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，分別采用了無人駕駛及路徑規(guī)劃等技術(shù)，借助集中使用的管控，系統(tǒng)可同時(shí)管理最多十五臺(tái)單鋼輪式壓路機(jī)，在提高施工效率的同時(shí)，也能確保路面壓實(shí)要求符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。智能化系統(tǒng)的運(yùn)行程序可概括為以下三個(gè)步驟：一是設(shè)置移動(dòng)控制基站并連接電源；二是確定工藝并測(cè)定施工區(qū)域的坐標(biāo)和機(jī)械的運(yùn)行數(shù)據(jù)；三是采用無人作業(yè)模式，機(jī)群自動(dòng)完成施工任務(wù)。

在工地現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)檢測(cè)中，傳統(tǒng)的人工檢測(cè)方式只能在事后進(jìn)行測(cè)量，且工作量大容易產(chǎn)生誤差。然而，在智能化施工模式下，可以實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)，通過相關(guān)性試驗(yàn)和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)值的實(shí)時(shí)檢測(cè)，自動(dòng)獲取施工數(shù)據(jù)。同時(shí)，利用精準(zhǔn)定位技術(shù)，收集壓實(shí)度和位置數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)質(zhì)量的全過程監(jiān)管，并記錄相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)，確保信息可追溯。

智能管理系統(tǒng)

在公路工程路面智慧化施工系統(tǒng)中，需配置三大管理中心，分別為設(shè)備管理中心、工程管理中心以及設(shè)備管理中心。同時(shí)，系統(tǒng)還配置了設(shè)備管理、質(zhì)量管理等多重系統(tǒng)功能，以維持施工作業(yè)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。其中，質(zhì)量管理系統(tǒng)主要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，為項(xiàng)目管理提供輔助，實(shí)現(xiàn)公路精準(zhǔn)化施工。比如，可以將各類質(zhì)量數(shù)據(jù)以可視化圖表的形式進(jìn)行展現(xiàn)，并為管理人員提供靜動(dòng)態(tài)的回放追溯。

除了電子數(shù)據(jù)輸出外，智能管理系統(tǒng)還可打印出紙質(zhì)版的報(bào)告資料，以便工作人員進(jìn)行存檔管理。加之物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，系統(tǒng)能夠?yàn)楣芾砣藛T提供機(jī)械工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，在確保設(shè)備性能的同時(shí)，也能節(jié)省部分管理費(fèi)用。

案例分析

工程背景

某高速公路連接了兩個(gè)華北平原重要城市，是該地區(qū)的主要交通要道。然而，隨著日益增加的車流量和氣候條件的變化，路面狀況逐漸惡化，需要進(jìn)行升級(jí)和維護(hù)。為提高工程的質(zhì)量、效率和安全性，決定采用路面機(jī)械成套智能化施工技術(shù)。

系統(tǒng)設(shè)置和移動(dòng)控制基站部署

在工程現(xiàn)場(chǎng)，設(shè)置移動(dòng)控制基站，確保覆蓋整個(gè)施工區(qū)域。在此次項(xiàng)目中，基站配置控制箱1 個(gè)、控制電腦1 臺(tái)、發(fā)送天線桿1 根；基站連接市電，同時(shí)配備3kW 發(fā)電機(jī)，以應(yīng)對(duì)電源中斷情況。

工藝確定和數(shù)據(jù)測(cè)定

工程團(tuán)隊(duì)通過現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)和數(shù)據(jù)分析，確定了最佳的路面升級(jí)工藝。同時(shí)，使用智能化施工技術(shù)測(cè)定了施工區(qū)域各端的坐標(biāo)，并確定了機(jī)械的運(yùn)行速度、次數(shù)以及所需材料的數(shù)量。

具體為：借助踩點(diǎn)器或壓路機(jī)對(duì)施工塊端點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行采集，對(duì)各項(xiàng)工藝參數(shù)依次進(jìn)行設(shè)置，如遍數(shù)、振動(dòng)、速度等；為掌握出攤鋪路面的整個(gè)溫度數(shù)據(jù)，需要通過溫度檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量與更新，以確保材料溫度顯示的及時(shí)性，為施工提供可靠參考。

無人作業(yè)模式下的施工

首先，啟動(dòng)無人作業(yè)模式，將機(jī)群自動(dòng)化進(jìn)行施工。其次，利用在線檢測(cè)和相關(guān)性試驗(yàn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)施工質(zhì)量和材料的壓實(shí)度。最后，通過精準(zhǔn)定位技術(shù)，收集壓實(shí)度和位置數(shù)據(jù)，以確保作業(yè)質(zhì)量的全過程監(jiān)管。

在對(duì)壓實(shí)度進(jìn)行在線檢測(cè)的過程中，為確保數(shù)據(jù)的連續(xù)性，需要借助相關(guān)性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)與自動(dòng)數(shù)據(jù)上傳。同時(shí)，還需將相關(guān)性試驗(yàn)與定位技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，對(duì)壓實(shí)值與位置之間的關(guān)系進(jìn)行記錄，做到施工數(shù)據(jù)可追溯。

質(zhì)量管理和報(bào)告生成

利用質(zhì)量管理系統(tǒng)，將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)資料上傳并進(jìn)行系統(tǒng)化管理；實(shí)時(shí)生成可視化的質(zhì)量報(bào)告，支持靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的回放和追溯，以查看施工過程中的信息資料；

有權(quán)限的用戶可以打印紙質(zhì)報(bào)告資料，并進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，以方便工程存檔和管理。

施工注意事項(xiàng)

在實(shí)施智能化作業(yè)的過程中，需要關(guān)注各機(jī)械設(shè)備間的配合，保持施工的連續(xù)性；為確保公路工程質(zhì)量，需要利用水準(zhǔn)儀和全站儀等對(duì)攤鋪的準(zhǔn)確性進(jìn)行不間斷的檢查與復(fù)核，以保證數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性與有效性；針對(duì)施工中可能出現(xiàn)的意外情況，如施工質(zhì)量存在超差、電力供應(yīng)出現(xiàn)壓力、機(jī)械設(shè)備中途停止等，需要提前設(shè)計(jì)相應(yīng)的應(yīng)對(duì)方案，將智能化作業(yè)切換為傳統(tǒng)的人工方式，以此確保工程進(jìn)度，減少損失；在施工完成后，需要加強(qiáng)儀器、設(shè)備的保存，如防止激光發(fā)射器出現(xiàn)膨脹或顛簸、對(duì)GPS 進(jìn)行防水防震處理等。

工程效果及展望

通過路面機(jī)械成套智能化施工技術(shù)的實(shí)施，該公路路面升級(jí)工程取得了顯著的成功。施工質(zhì)量得到提高的同時(shí)，工程周期得到縮短，大大節(jié)省了人力和資金成本。由此可見，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)路面機(jī)械成套智能化施工技術(shù)的推廣，并不斷優(yōu)化相關(guān)技術(shù)的整合，如物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、機(jī)器學(xué)習(xí)等，使智能化設(shè)備自主學(xué)習(xí)和適應(yīng)不同的施工環(huán)境，進(jìn)一步提高操作的準(zhǔn)確性和效率。

綜上所述，公路工程路面機(jī)械成套智能化施工技術(shù)的應(yīng)用在公路工程領(lǐng)域具有重要意義。通過智能化設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)用，可以提高施工效率、質(zhì)量和安全性，降低成本，減少對(duì)環(huán)境的不良影響。本文討論了路面機(jī)械成套智能化施工的相關(guān)概念、特點(diǎn)，以及關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，通過案例分析也展示了該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果。

智能化的攤鋪機(jī)、壓路機(jī)和土石方壓實(shí)機(jī)等設(shè)備，配備了先進(jìn)的傳感器、控制系統(tǒng)和自動(dòng)化技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)施工參數(shù)并進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)高效的施工作業(yè)。智能管理系統(tǒng)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)施工數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確記錄和管理，為管理決策提供可靠依據(jù)。通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行修復(fù)，確保施工質(zhì)量。

智能化施工技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用帶來了顯著的效果，包括提高工程質(zhì)量、效率和安全性，減少資源浪費(fèi)和成本，優(yōu)化施工管理等。未來，該技術(shù)還將繼續(xù)發(fā)展，以更智能化的設(shè)備、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策、物聯(lián)網(wǎng)的整合、虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用等方向?yàn)榘l(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，需要注意解決可能面臨的挑戰(zhàn)，如技術(shù)成本、數(shù)據(jù)隱私和人員培訓(xùn)等問題。通過持續(xù)探索和推廣智能化施工技術(shù)，可以進(jìn)一步推動(dòng)公路工程的現(xiàn)代化和可持續(xù)發(fā)展，為提升交通基礎(chǔ)設(shè)施水平做出更大的貢獻(xiàn)。