沥青砼路面施工重点数据动态监控系统应用浅析
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Application of Key Data Dynamic Monitoring System of Asphalt Concrete Pavement Construction
Wang Qi
（He'nan Expressway Development Co.，Ltd.，Zhengzhou 450000，China）
摘要：文章通过分析目前我国公路沥青砼路面施工中容易出现的质量问题，简要介绍了通过沥青砼路面施工过程中重点数据，如混合料配合比、拌合温度、摊铺温度、摊铺速度、摊铺环境因素等的自动采集、上传及分析，建立起工程质量数据库，从而更有效地控制沥青砼施工质量。
Abstract: The article analyzes quality problems that easily arise in asphalt concrete pavement construction, makes a brief introduction that by collecting, uploading and analyzing key data in the asphalt concrete pavement construction, such as the mixture proportion, mixing temperature, the paving temperature, paving speed, paving environmental factors, we establish database of the project quality to more effectively control the quality of asphalt concrete construction.
关键词：沥青砼路面施工 数据采集 GPRS 质量动态监控
Key words: asphalt concrete pavement construction；data collection；GPRS；dynamic monitoring of quality
中图分类号：U41文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）21-0049-03
1目前我国公路沥青砼路面施工质量情况
从总体上看，我国在高速公路的沥青砼路面施工的质量管理上已取得初步成效，呈逐年提高的态势，并积累了一些宝贵的质量管理经验，但与国外在高速公路沥青砼路面质量方面的新趋势、新成果相比仍存在一定差距，主要表现在以下几点：
①破损时间偏早。部分高速公路在通车第一年就进行了一定程度的中修，部分高速公路在通车2～3年后即进行了路面大修；②涉及范围较广。我国通车的高速公路项目绝大部分不同程度地存在早期破损现象，对于具体的某个高速公路项目，除了隧道沥青砼路面病害较少外，其他路段，包括挖方、填方、半填半挖路段及桥面等，都不同程度地出现了病害；③病害种类多。从病害调查中可发现，比较普遍出现的病害有：变形类（包括桥头沉降、车辙、沉陷拥包）、裂缝类（横向裂缝、纵向裂缝、网状裂缝）、表面类（包括泛油、松散、桥面破坏）等沥青砼路面常见的病害都有出现，据不完全统计，通车2年左右时间约有70%的高速公路出现横向裂缝、纵向裂缝、车辙、坑槽和翻浆等现象；④危害程度重。部分沥青砼路面病害程度严重，有的项目虽采取了预抛高措施，但仍出现下列情况：通车后道路整体沉陷仍然非常严重；有的路段在高温下出现了严重的滑移，滑移隆起部分超过15厘米；有的路段车辙深度超过10厘米，严重影响了行车安全；有的路段由于病害程度严重，不仅上面层需要返修，中下面层、甚至基层都不得不进行了返工处理；⑤社会影响大。由于沥青砼路面早期病害情况比较普遍，高速公路行车舒适性、安全性、高速性得不到充分体现，并且通车不久就需要大规模进行维修，社会负面影响很大，也在一定程度上影响了交通行业的整体形象。
根据高速公路沥青砼路面目前现状可以看出，质量问题在较大程度上增加了养护成本，也对交通建设的持续发展产生了不利影响。
据不完全统计，我国高速公路营运养护费用逐年增加，不含缺陷责任期施工单位自行维修经费，每年的养护费用为数亿元，其中，用于高速公路沥青砼路面的养护费用约占营运养护费用的80～85%，因此，无论从沥青砼路面的病害现状，还是其对交通事业发展的影响来看，大力提高高速公路沥青砼路面质量势在必行。
2施工重点数据监控意义及原理
沥青砼路面是高速公路的重要组成部分，沥青砼路面施工过程中重点数据的动态监控以及质量数据库的建立，能为施工质量管理起到较好的作用。
2005年实施的《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40―2004)的附录F中就提到了施工质量动态管理办法，在F.0.2中：“高速公路、一级公路施工过程中，施工单位宜利用计算机建立工程质量数据库，随时输入各项数据，绘制逐次检测结果或逐日检测结果平均值的曲线。检查试验数据是否超出规范允许的误差范围，发现有不符要求的情况时应认真分析其原因并采取措施”。这其中重中之重就在于沥青砼路面施工过程中重点数据质量数据库的建立。
沥青砼路面施工过程中重点数据质量数据库的建立，国外工业发达国家早在二十多年前就相当普及。当初京津塘高速公路在外国监理的指导下，自始至终很好地使用了这个方法。为施工质量管理起到了很好的作用。但遗憾的是，在京津塘高速公路以后，没有一个高速公路工程的建设单位和监理继续采用这个方法。在实际工作中，我们尝试利用先进的计算机技术与远程通讯技术相结合，通过沥青拌和站数据的自动采集，利用GPRS技术远程上传，利用计算机软件进行数据统计、分析、查询与整理，创建了高速公路项目沥青砼路面施工重点数据动态监控系统协同工作平台，有效实施沥青砼路面施工重点数据监控，建立多级用户、立体化管理模式。实现对沥青砼路面从原材料质量、混合料质量、拌合料总量检验，到路面摊铺质量的全过程控制。
技术架构图见图1，系统网络拓扑结构图见图2。
3施工重点数据动态监控的实现
按照沥青砼路面重点数据监控的各个阶段及系统总体目标要求，总体功能实现要求如下：
3.1 生产过程数据监控功能描述在RAP计量斗、出料仓旁边安装红外测温仪，监测并实时上传生产中RAP温度、沥青混合料出料温度；根据混合料温度控制标准，判定采集的温度是否合格。如果采集的温度与设定的允许温度范围相差过大，这表示采集的温度数据为不合格数据，系统自动报警，并通过系统短信平台发送系统短信，通知相应生产人员。
在工控PC端开发程序，实时读取并GPRS无线上传RAP用量和新料数据【新料数据信息：生产日期和时间，生产时的每一盘数，盘累计质量、新集料5个热料仓的分别用量计量数据（按粒径分为最大
所有数据通过GPRS无线传输模块，发送到远程服务器；并在解析后保存到数据库中，与采集数据一起参与配合比设计，以保证数据的准确性、及时性，避免手工录入数据容易出现的漏洞。将实际每盘的生产配合比与试验室提供的生产配比进行比较验证，如果相差过大，系统自动报警。所有温度以仪表刻度盘方式显示，方便生产人员直观查看温度值，并快速做出判定。
加工厂在生产过程中及时向试验室送样检验，检验沥青混合料的级配和油石比等相关指标。（图3）
3.2现场施工过程数据监控功能描述摊铺数据采集实现功能: 在摊铺机上安装红外探头和速度传感器，施工中自动采集并通过GPRS无线上传数据到远程服务器，出现不合格数据，系统自动报警。根据摊铺温度上下限，判定摊铺温度是否合格，系统提供自定义模块进行摊铺温度上下限设置，如出现不合格数据，系统自动报警。碾压数据采集实现功能：在人工手持便携式红外测温仪，施工中自动采集并通过GPRS无线上传数据到远程服务器，根据碾压温度上下限，判定碾压温度是否合格，系统提供自定义模块进行碾压温度上下限设置，如出现不合格数据，系统自动报警。所有数据通过GPRS无线传输模块，发送到远程服务器；并在解析后保存到数据库中，以保证数据的真实性、准确性、及时性，避免手工录入数据容易出现的漏洞；信息包括：工程名称、部位、施工单位、日期、运料车号、混合料类型、到场温度、摊铺温度、碾压段落、碾压温度（分初压、复压、终压温度）、备注等。（图4）
3.3 分析查询生产施工质量检验评定：能够实现在一定的周期内公司整体生产、施工水平的汇总和评定，能够实现自动计算求和、自动计算平均值。系统将不合格的数据用红色标识，并实现在一定时间范围内，将一些不合格的信息汇总评定。
功能描述：①依据各标准规范，对各检测数据进行汇总、评定，自动判定是否合格，计算合格率。②绘制质量正态分布图、质量控制图、统计直方图、极差图等各种图形。生产过程的绘图参见《公路沥青砼路面施工技术规范》JTG F40-2004的附录F 施工质量动态管理方法（第182-185页），参见图6、图7。
3.4 生产情况汇总评定能够实现在一定的生产周期内汇总评定生产情况，信息包括：混合料类型、生产日期、数量、所用温度、出厂温度、目标配合比、生产配合比、油石比（生产、设计、检测）、RAP掺量。
功能描述：点击“目标配合比”、“生产配合比”，要链接出相应的配合比设计文件。油石比、RAP掺量等数据要求显示不合格数据，且不合格数据行以红色表示。其中，点击“所用工程”显示工程业务数据信息，信息包括：组成设计、生产配合比验证。
生产过程中信息：包括生产设计值、评定标准、日期、运料车号、生产盘数、1~5号仓用量、RAP用量、集料温度、沥青温度、RAP温度、混合料出料温度、沥青用量（新料）。
施工过程中信息：包括日期、运料车号、到场温度、摊铺温度、碾压温度。
功能描述：实现各温度指标横向比较：料车接了N盘料（例10盘）到施工现场，在运输过程中，会有温度流失，对混合料出料温度、到场温度、施工现场摊铺温度和碾压温度的进行横向比较，方便用户采取适当的措施，以保证料的温度满足施工要求；
绘制质量控制图：点击RAP料温度、新集料温度以及混合料出料温度栏，显示相应的UCL质量控制图（图8）。
3.5 生产加工情况在沥青混合料出厂时，可以采用目测法对沥青混合料的外观质量进行观察，目测法是在生产加工过程中总结出的行之有效且直观的方法。
信息包括：问题编号、记录时间、工程名称、混合料种类、外观描述等。
功能描述：①将各种质量情况均列举出来，方便出厂检验人员进行勾选；②针对外观质量异常情况，提生异常情况的可能原因，以供生产人员参考，在下次生产中注意避免。
属于正常情况：外观黑亮，色泽均匀一致；无结团成块或粗细料分离现象；运料车上混合料呈圆锥状；出料时冒白烟。如果出现以下情况， 则表明混合料质量存在某些问题。
属于异常情况：出料时冒黄烟或浓浓的青烟（表明混合料温度过高）；出现“花料”现象（表明混合料温度过低，导致沥青裹覆不均）；在运料车中很容易坍平，呈平坦状，或沥青结合料有从矿料中分离出来的现象（表明沥青含量过高，或集料没有充分烘干致使残余含水量过大）；在运料车中很容易堆积成堆，有严重离析现象，并且呈褐黄色，色泽发涩，没有光泽（表明沥青含量过少，或拌和温度过高，或拌和不充分）。
3.6 施工情况检测指标包括压实度、厚度、弯沉、纵段高程、中线偏位、平整度、宽度、横坡度、路面高程、摩擦系数、构造深度。
录入各检验主控项目和一般项目的检查结果/实测点偏差值或实测值，系统根据检验依据、允许偏差、设计值自动统计各检测项目的应测点数、合格点数，且自动计算合格率，并计算平均合格率。
项目部施工过程中的情况要及时通过系统反馈到拌和站，让拌合站的操作员知道。例如：摊铺温度、是否有花白料、含油量是否大、外观离析等，以便于及时的对生产进行调整。
通过项目部反馈，将现场与试验室相关数据（摊铺温度、是否有花白料、含油量是否大等）进行对比调整，以最终确定生产配合比。
信息包括：记录编号、日期、时间、工程名称、混合料类型、摊铺温度、是否有花白料、含油量是否大、外观离析、操作人、接收人等。
3.7 沥青砼路面工程质量常态管理 生产过程质量检查、问题反馈。
信息包括：问题编号、日期、时间、工程名称、混合料种类，质量问题描述、操作人、接收人。
通过系统短信平台发送系统短信，通知，让相应用户已登录，就能看到相关信息；设定混合料类型，对应混合料类型选定相应的质量问题范围：温度允许范围、级配允许范围等；windows实现过程中质量问题的自动判定功能。
如果超过设定的判定范围，发送系统短信给项目部相关人员、主管领导。
如果超过设定的判断范围，发送手机短信给主管领导手机。
3.8 材料供需通知信息包含：编号、用料单位名称、工程名称、混合料名称、用料单位要求（吨数、供料时间）、通知人、供料单位要求、接收人、意见。
①需要自动保存新的用料单位名称；
②通过系统短信平台发送系统短信，通知相应生产人员；
③发送手机短信给相应生产人员；
④RAP需求也需要保存，已备追溯。
4重点数据监控带来的效益
沥青砼路面施工重点数据监控系统以《公路沥青砼路面施工技术规范》为依据，运用质量动态管理的方法，采用软硬件结合的手段，对混合料拌和数据、施工现场温度等影响混合料施工质量的数据进行实时采集，并通过无线网络传输，实现对沥青混合料的实时动态监控。它以沥青混合料从室内试验到拌和生产再到施工现场管理的全过程作为管理对象，实现沥青砼路面施工质量事前、事中、事后的全过程管理，以达到控制施工质量和提高施工管理水平的目的：事前，可进行质量预控；事中，可及时准确地采集反馈信息，对生产、施工过程进行动态管理；事后，可对全过程的数据进行汇总分析，利于持续改进和提高。事实证明，高速公路建设项目沥青砼路面施工使用该系统，能较好地控制沥青砼路面施工质量，节约了大量的人力、物力。
参考文献：
[1]（JTG F40―2004）《公路沥青路面施工技术规范》[S].
[2]刘波，余建辉，韩宗兴.沥青混合料搅拌设备远程监控系统研究与应用[J].工程机械，2010，（10）.
[3]贾成贺，王建国，于金成，朱红宁.嵌入式技术在路面施工机械设备中的应用[J].机械设计与制造，2008，（06）.