摘要 智能化施工是未來道路工程機(jī)械化發(fā)展的一個重要方向，該文結(jié)合2022年通啟高速G15段集中養(yǎng)護(hù)工程，對無人攤碾和信息化質(zhì)控技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。結(jié)果表明：無人攤碾施工技術(shù)能夠有效規(guī)避傳統(tǒng)人工作業(yè)及過程監(jiān)管的局限性，攤碾過程采用的質(zhì)控系統(tǒng)能夠快速將施工問題反饋至前后場，根據(jù)作業(yè)情況及時調(diào)整參數(shù)，能夠使施工過程更加穩(wěn)定。攤鋪后鋪面檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無人化碾壓效果更優(yōu)，滲水合格率達(dá)到100%，根據(jù)碾壓云圖可以看出，無人碾壓鋪面效果更加均勻。后續(xù)展望需進(jìn)一步加強(qiáng)施工過程中的起步和結(jié)束階段無人化控制程度。

關(guān)鍵詞 道路工程；智能化施工；無人攤碾技術(shù)；質(zhì)控系統(tǒng)；一體化管理

中圖分類號 U414 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）19-0090-03

0 引言

機(jī)械設(shè)備廣泛應(yīng)用于瀝青路面攤鋪和碾壓施工中，在復(fù)雜工況下，人工使用機(jī)械設(shè)備很難實(shí)現(xiàn)協(xié)同調(diào)度一致，同時攤鋪速度、碾壓遍數(shù)由于人工作業(yè)誤差很難達(dá)到事先設(shè)置好的施工參數(shù)，作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)效率難以保障[1-3]。無人攤碾加質(zhì)控系統(tǒng)技術(shù)是近年來高速公路施工作業(yè)向智能化、系統(tǒng)化、無人化發(fā)展的重要趨勢[4]。通過無人駕駛、協(xié)同調(diào)度、群控安全等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)路面施工的智能作業(yè)與數(shù)字化管理，利用北斗定位系統(tǒng)、高速通信系統(tǒng)、避障感知系統(tǒng)等智能技術(shù)，讓無人機(jī)群能夠按照事先設(shè)置好的攤鋪速度、運(yùn)行軌跡、碾壓速度與遍數(shù)協(xié)同作業(yè)[5-6]，系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場情況實(shí)時調(diào)整施工參數(shù)，在減少作業(yè)人員的同時，保證安全且高質(zhì)量的路面攤鋪和碾壓作業(yè)，是公路工程建設(shè)安全、優(yōu)質(zhì)、高效的新突破[7-8]。

通啟高速公路是江蘇省規(guī)劃的“四縱四橫四聯(lián)”路網(wǎng)中“橫三”線和江北交通主骨架的重要組成部分，于2004年10月建成通車，始于寧通高速公路的九華互通立交，沿途經(jīng)過通州區(qū)、港閘區(qū)、南通經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)、海門市、啟東市五個市（區(qū)），止于啟東市匯龍鎮(zhèn)，全長107.63 km。該道路已通車18年，超過設(shè)計(jì)使用年限，路面情況復(fù)雜，且地理位置特殊，車流量巨大，在車輛荷載及環(huán)境因素的長期作用下，路面使用性能持續(xù)衰減。2022年7月，通啟高速公路G15段開始進(jìn)行全面養(yǎng)護(hù)工作，該道路養(yǎng)護(hù)作業(yè)量大、養(yǎng)護(hù)質(zhì)量要求高，且屬于主干線亟須盡快恢復(fù)通車，智能化養(yǎng)護(hù)施工改造需求迫切?；诖耍撗芯拷Y(jié)合通啟高速公路路面大修養(yǎng)護(hù)工程，對無人攤碾結(jié)合質(zhì)控系統(tǒng)動態(tài)把控攤碾質(zhì)量技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究與分析，以期為無人攤碾技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 無人攤碾施工的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 基本原理及實(shí)施方法

無人化集群系統(tǒng)通過多種智能傳感方式實(shí)施監(jiān)控并反饋路面的狀態(tài)，中央決策系統(tǒng)會根據(jù)路面攤鋪、壓實(shí)的情況實(shí)時調(diào)整無人化設(shè)備的工作方式和工作區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)施工過程監(jiān)管和質(zhì)量的把控。無人攤碾主要由三大部分組成，成套的無人化設(shè)備、無人化施工系統(tǒng)以及專業(yè)化的無人施工團(tuán)隊(duì)。施工單位根據(jù)業(yè)主需求和設(shè)計(jì)圖紙制定前場施工方案，無人施工團(tuán)隊(duì)對應(yīng)調(diào)整施工參數(shù)并輸入無人機(jī)群控制系統(tǒng)，通過搭載的車載控制系統(tǒng)、集群交互算法以及北斗定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無人化施工[9-11]。

1.2 施工設(shè)備

攤鋪機(jī)采用搭載質(zhì)控數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的超大型攤鋪機(jī)，一次鋪筑半幅寬，避免出現(xiàn)傳統(tǒng)施工的縱向接縫問題且確保整幅橫坡一致。邊緣處設(shè)置0.75 m伸縮帶便于寬度調(diào)整，從機(jī)械結(jié)構(gòu)上解決傳統(tǒng)雙機(jī)并鋪帶來的接縫質(zhì)量問題。施工過程中，由于半幅攤鋪機(jī)螺旋布料器寬度以及料斗寬度較大，混合料與空氣接觸面大，導(dǎo)致攤鋪過程中溫度散失較為明顯，鋪面經(jīng)常出現(xiàn)溫度離析現(xiàn)象，因此攤鋪需重點(diǎn)考慮保溫措施，確保攤鋪和壓實(shí)溫度。碾壓采用搭載質(zhì)控數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的雙鋼輪壓路機(jī)，與市場常規(guī)產(chǎn)品對比，具有自重大、高頻的特點(diǎn)，能夠合理避開公路橋梁的共振頻率區(qū)間。同時采用壓路機(jī)研究所最新控制技術(shù)[12]，對加速度曲線以及軟啟軟停技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使瀝青路面的平整度參數(shù)得到了有效提高。

1.3 施工準(zhǔn)備

為保證無人集群攤鋪施工順利進(jìn)行，對各環(huán)節(jié)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行了檢查、檢修，具體措施如下：

（1）對石子、瀝青、纖維等原材料進(jìn)行抽樣檢測，檢查結(jié)果合格；

（2）對拌和樓生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行檢查、檢修，更換部分配件，抽調(diào)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)豐富的人員負(fù)責(zé)混合料生產(chǎn)；

（3）對現(xiàn)場施工機(jī)械進(jìn)行檢查，保證機(jī)械性能處于優(yōu)良狀態(tài)；

（4）對混合料運(yùn)輸車的保溫設(shè)施及車況進(jìn)行檢查，對不符合要求的車輛進(jìn)行專項(xiàng)整改；

（5）準(zhǔn)備充足的配件，安排機(jī)務(wù)修理人員現(xiàn)場待命。

1.4 施工過程

全幅攤鋪機(jī)作為攤鋪第一梯隊(duì)首先進(jìn)行踩點(diǎn)引導(dǎo)，攤鋪速度保持在2～3 m/min。在攤鋪機(jī)的熨平板兩邊裝有的衛(wèi)星定位傳感器用于測定路面寬度中心位置點(diǎn)，為后續(xù)攤鋪確定和劃分碾壓寬度提供中心點(diǎn)參考，同時攤鋪機(jī)后面預(yù)留3～5 m的安全距離防止追尾。然后進(jìn)行初壓，根據(jù)中心參考點(diǎn)和預(yù)設(shè)的攤鋪距離，以中線為界劃分為左右兩個碾壓區(qū)域。當(dāng)區(qū)域人工施工間距達(dá)到35 m時，由兩臺雙鋼輪壓路機(jī)組成的第一碾壓梯隊(duì)開始對攤鋪過的瀝青路面進(jìn)行從左往右（或者從右往左）碾壓。此外，首次碾壓時，雙鋼輪碾壓機(jī)需前進(jìn)至攤鋪機(jī)后面5 m處，后退時需退回至壓實(shí)區(qū)的起始點(diǎn)。后續(xù)碾壓過程中，雙鋼輪碾壓機(jī)每次碾壓都需推進(jìn)到攤鋪機(jī)后5 m處，并后退實(shí)現(xiàn)階梯式碾壓作業(yè)。

在碾壓過程中，第一碾壓梯隊(duì)的兩臺雙鋼輪壓路機(jī)在各自的區(qū)域需完成碾壓次數(shù)達(dá)到三次，且保證被碾壓過的區(qū)域長度達(dá)到預(yù)設(shè)距離。然后初壓梯隊(duì)進(jìn)入下一個碾壓區(qū)域，同時第一區(qū)域由兩臺復(fù)壓雙鋼輪壓路機(jī)組成的第二碾壓梯隊(duì)開始從第一碾壓梯隊(duì)的初始位置進(jìn)行碾壓，碾壓方式與第一梯隊(duì)相同，最后由一臺雙鋼輪壓路機(jī)組成的第三碾壓梯隊(duì)進(jìn)行最終壓實(shí)。當(dāng)復(fù)壓梯隊(duì)碾壓完兩個區(qū)域，進(jìn)入第四區(qū)域時，終壓開始啟動，各梯隊(duì)碾壓過后軌跡示意圖如圖1所示。以同一區(qū)域?yàn)槔鯄禾蓐?duì)碾壓完成后，該區(qū)域由復(fù)壓梯隊(duì)繼續(xù)進(jìn)行二次復(fù)壓，復(fù)壓過后該區(qū)域則由終壓梯隊(duì)進(jìn)行第三輪終壓，同時確保復(fù)壓軌跡最后被終壓軌跡覆蓋。

2 基于質(zhì)控系統(tǒng)的關(guān)鍵管控行為

采用國內(nèi)首創(chuàng)的“無人攤碾+質(zhì)控系統(tǒng)”深度融合，通過質(zhì)控系統(tǒng)一站式實(shí)時動態(tài)監(jiān)管，如圖2所示?，F(xiàn)場人員可通過現(xiàn)場問題及質(zhì)控數(shù)據(jù)及時糾正前后場生產(chǎn)參數(shù)，針對后場拌和周期、集料級配、油石比、出場溫度以及前場攤鋪速度、攤鋪溫度、壓實(shí)速度、壓實(shí)溫度等全程采集，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。傳統(tǒng)人工評價較為局限且僅能作為參考，無法全盤評價，而通過雙系統(tǒng)融合，能夠全過程實(shí)時了解施工動態(tài)，精準(zhǔn)評價無人施工成效。

2.1 后場生產(chǎn)管控

針對后場拌和周期、集料級配、油石比、出場溫度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，通過提前預(yù)警與現(xiàn)場工作人員聯(lián)動，及時調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)。采用人工檢測+信息化監(jiān)管手段進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，每臺拌和樓安排1名專人跟蹤生產(chǎn)情況。

2.2 前場施工管控

由于全幅攤鋪機(jī)溫度散失較快，因此無人碾壓將攤碾間距縮短至2 m，確保初壓快速跟進(jìn)。通過搭載無人化控制系統(tǒng)，使碾壓更加均勻，大幅減少了相鄰作業(yè)面漏碾、重復(fù)碾壓以及超壓的現(xiàn)象，鋪面壓實(shí)效果大幅提升。通過碾壓云圖尋找碾壓薄弱位置，進(jìn)行路面滲水、構(gòu)造深度及擺值檢測，檢測結(jié)果如圖3、圖4所示。

根據(jù)圖3、圖4可得，傳統(tǒng)碾壓滲水檢測合格率平均為95%，無人化碾壓效果更優(yōu)，合格率達(dá)到100%。無人碾壓鋪面效果也更加均勻，但仍需要加強(qiáng)起步、結(jié)束的無人化控制程度。

3 結(jié)語

結(jié)合通啟高速公路路面大修養(yǎng)護(hù)工程，對無人攤碾施工關(guān)鍵技術(shù)以及基于質(zhì)控系統(tǒng)的關(guān)鍵管控行為進(jìn)行了系統(tǒng)的研究與分析，得出相關(guān)結(jié)論如下：

（1）基于國內(nèi)外無人化智能施工相關(guān)研究及實(shí)際應(yīng)用，無人攤鋪和碾壓發(fā)展前景廣闊，通過無人攤碾技術(shù)的不斷推廣，使得傳統(tǒng)的集中養(yǎng)護(hù)變得更加便捷，由當(dāng)前的勞動密集型、經(jīng)驗(yàn)型施工方式變成技術(shù)型、數(shù)據(jù)型作業(yè)模式。

（2）無人攤碾施工技術(shù)的推廣有利于實(shí)現(xiàn)集中養(yǎng)護(hù)從被動到主動，從粗放到精細(xì)，從單元到系統(tǒng)，從傳統(tǒng)到現(xiàn)代的技術(shù)升級改造。

（3）通過質(zhì)控系統(tǒng)的過程管控發(fā)現(xiàn)了當(dāng)前無人施工技術(shù)存在的不足，并對無人系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，針對加強(qiáng)起步和結(jié)束的無人化程度控制，提出了真正適用于養(yǎng)護(hù)工程的智能化動態(tài)控制攤壓方案。

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收稿日期：2024-04-02

作者簡介：李春宏（1977—），男，本科，研究方向：路基路面建設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究和應(yīng)用。