国省干线智能养护泰州先行

2022-02-26 08:34泰州市公路事业发展中心李双姐卢宁张俊龙

中国公路 2022年1期

文/图|泰州市公路事业发展中心李双姐卢宁张俊龙

2021年11月25日，江苏省普通国省道养护现代化现场推进会在泰州市召开，与会人员积极交流国省干线养护经验，并观摩智慧养护施工现场。近年来，泰州公路致力丰富“苏式养护”样板内容，为国省干线现代化养护施工示范、探路。

无人集群施工真正实现了路面养护工程的无人化、标准化和智能化。

坚持问题导向，泰州公路守正创新，联合科研单位，把智慧养护作为新方向和新途径，选择货车流量较大的省道506线长江大道段（以下简称“省道506线”）作为江苏省首条国省干线智慧养护现代化施工示范段，通过建立精细化养护设计、智能化养护施工、安全性养护作业、全寿命周期性能监测，以及快速、耐久、低碳的养护技术，构筑全方位智慧养护体系，充分运用大数据、物联网、人工智能等技术，借助北斗高精度定位、智慧粒子监测、无人集群协同施工、新型复合材料、新科技施工工艺，助力“苏式养护”跨入“智慧养护”时代，以营造更舒适的公路出行环境，更好地服务公众出行。

人工智能助力病害检测

省道506线31公里至32.1公里段采用了携带高清视觉与三维探地雷达的道路检测机器人，其在自主规划路径之后，可以每小时1.5万平方米的速度对1.1公里路段的路面及路基等全部结构进行检测，并通过无线网络将数据导入系统自动生成道路3D建模，为分析、治理道路病害奠定基础。

检测结果显示，该检测路段路面损坏235处，类型包括龟裂、纵向裂缝、横向裂缝、坑槽、修补和唧浆，总面积约309.5平方米，其中主要类型为包含带状修补和块状修补的修补损坏，占路面损坏总面积的89.7%；该路段存在结构病害67处，类型包括裂缝、疏松、脱空和沉陷，总面积约847.7平方米，主要类型为疏松和裂缝，占结构病害总面积的86%。

根据检测机器人的检测结果，公路养护人员提出了相应建议。例如，针对该检测路段31公里至31.3公里段下行的第二和第三车道，建议挖除原沥青面层和水稳基层，重新加铺水稳基层和沥青面层；该检测路段31.53公里至31.64公里段左幅的第二和第三车道，建议铣刨4厘米老旧沥青混合料上面层，针对基层、底基层的裂缝、疏松、脱空、裂缝等结构病害，采取注浆加固措施。此外，还建议在省道506线养护期结束后，重新加铺沥青混合料上面层。

检测机器人在采集分析路面信息后，上传检测结果至系统平台。养护人员可以在平台上根据实际养护工作需要，管理、使用和查询检测结果。检测结果主要以二维视图模块、三维视图模块和报告管理模块3种形式展示，能直观清晰地反映所检测路段在大中修养护前的全结构病害情况，对比验证大中修养护工程项目设计方案的合理性，为进一步的精细化设计，以及降本增效提供有力的数据支撑。

智能观测守护路面健康

全寿命周期路面性能观测站，具备连续数据自动采集功能，无需人员检测和封路，能够在公路运营过程中实时监测路面性能，判断路面健康状况。

省道506线智慧养护工程项目采用无线版智慧粒子，选定了6个关键断面，分别在重载车道轮迹带位置埋设智慧粒子：桥面7.13公里处上下行两个断面，常规路面4.3公里处上行、8.3公里处上行、32.22公里处上行和31.83公里处上行4个断面埋设颗粒。

全寿命周期路面性能观测站实现了在公路运营过程中实时采集时间、温度、路面内部三轴正应力、三轴加速度及欧拉角四元素等数据，利用例如低功耗蓝牙传输协议等无线方式和有线方式传输数据至路边接收器，再由接收器上传至云端数据库分析处理，最终评价路面的力学性能，为公路后期预防性养护提供科学决策依据。

全寿命周期路面性能观测站还能够实现长时多年的实时高频数据采集。其中，采集的位移和转角姿态信息，可以作为监测路面车辙、推移的病害的依据；应力应变信息可以反算路面的模量，进而判断路面的疲劳状态；温度、湿度信息，可以作为判断路表是否有结冰隐患的依据，从而即时撒布融雪剂，保障行车安全。

无人集群实现智能施工

省道506线智慧养护工程项目在全省首次采用全套路面智能施工技术，实现“摊铺机+压路机”无人集群施工，真正实现路面养护工程的无人化、标准化与智能化。

省道506线智慧养护工程项目路面智能施工采用了3项新技术，即“摊铺机+压路机”无人集群施工技术、路面智能压实技术和智能测温测厚技术。

机器人自主检测建模

预判风险声光预警

“摊铺机+压路机”无人集群施工共包含1个摊铺梯队和3个压实梯队。第1梯队包含1台无人摊铺机，第2梯队为初压梯队包含2台无人双钢轮压路机，第3梯队为复压梯队含2台无人双钢轮压路机，第4梯队为终压收面梯队包含1台无人双钢轮压路机，碾压梯队采取梯形推进的方式连续作业。该无人化集群施工精度可达到2厘米以内，结合毫米级数据采集统计碾压遍数，能杜绝过压和漏压现象。

路面智能压实系统通过在压路机上安装振动加速度传感器及温度传感器等，运用微波通讯天线和卫星定位系统定位压路机，实时解算当前位置的路面压实质量，同时运用互联网无线“数字化”传输，实现电脑端和手机端全程实时的路面压实质量可视化监控。

在摊铺机的熨平板上还装有智能测温测厚设备，其采用独有的雷达检测及红外线测温技术，雷达波的测厚精度达到0.1毫米，能实现摊铺路面的松铺厚度和温度的实时连续跟踪，再辅以在线预警功能，避免厚度和温度不满足要求，通过图形化展示实现施工过程控制可视化，可大幅提升施工质量。

智能管控强化事前控制

为把施工质量从事后把关转向事前控制，省道506线智慧养护工程项目基于物联网的公路工程施工质量管控技术，运用动态管控的方法，为公路工程施工质量管理提供了一种全新的信息化管理模式。

硬件改造方面，省道506线智慧养护工程项目应用的沥青面层智能管控系统，主要以沥青混合料从拌和生产到施工现场管理的全过程作为管理对象，运用质量动态管理的方法，采用软硬件结合的手段，通过改造或利用现有的各类设备，充分运用基于物联网架构的传感技术和基于4G和5G的传输技术，实时采集沥青混合料的生产过程及施工过程中的数据信息，并采用无线网络传输，通过通信模块及时上报至服务器，实时分析、预警、评价，形成有关决策。

管控系统方面，江苏省普通国省道养护现代化质量管控系统集成现场管控、运输车管控、拌和楼管控、视频监控4大功能。

在无人集群施工提高了作业效率的同时，保障施工质量也是重中之重。在摊铺作业过程中，通过在摊铺机上安装智能传感、视频监控等设备，实时采集摊铺时间、位置、速度、温度、厚度等关键参数，指导养护作业规范施工。同时把采集到的压路机碾压温度、速度、遍数等数据传输至平台，平台同步显示压实云图，实时展示超压、漏压、欠压等情况，保障无人集群施工作业规范，实现压路机现场组网、机群通讯和协同作业，动态、真实地反映工程质量状况，发现偏差及时预警纠偏，消除了数据流转过程中的人为干扰因素，实现了预防为主、生产施工过程控制的质量保证体系，有效防范了假数据、假资料等弄虚作假行为。

该管控系统实时采集上传运输车的信息、时长、温度、轨迹、到场时间、摊铺桩号等数据，实时展示运输车当前作业状态，并对运输路线设置电子围栏，规定运输车辆行驶路线和范围，实现运输混合料温度预警、运输超时预警、轨迹偏离预警，全程监管运输过程，并根据运输车辆在途监测混合料的高温老化状态，组织施工摊铺。

拌和楼管控系统通过物联网、大数据及移动通讯等技术，在沥青拌和楼安装数据采集终端，实时统计当天生产量、生产盘数、合格盘数、预警盘数、处置率，并统计分析油石比走势、关键筛孔通过率波动、加热温度、拌和时间走势等数据，实现混合料生产“事前预控、事中监控、事后分析”，保证沥青混合料生产质量。当数据超出预警阈值时，将分级推送预警信息至有关管理人员，实现质量问题整改闭合，阶段性生成技术分析报告，达到了施工过程实时全面监管的目的，改变了传统的人工生产、施工的管理方式，一定程度上减少了人员投入，节约了人工成本。

拌和楼管控系统实现了沥青混合料拌和环节的全程实时监管，改变了传统的人工生产和施工的管理方式，一定程度上减少了人员投入，节约了人工成本。

现场摊铺作业时，作业人员进入摊铺机视频监控抓拍区域，该管控系统将自动抓拍，并在现场发出语音播报。同时，旁站监理及时发现情况，提示施工作业人员迅速离开危险区域。视频监控设备在监控现场实时影像的同时，还将识别、分析、抓拍发生在指定区域内的不安全行为，并推送至相应责任人处。有关责任人将依据推送信息落实整改，现场语音也将同步播报提示，可有效避免事故的发生，保障施工的安全。

该管控系统支撑省道506线智慧养护工程项目达到全面质量管理的要求，实现各方对工程质量的动态控制，确保公路工程施工质量、施工安全，对延长沥青路面使用寿命，节约后期运营养护成本具有重要的推广意义。

物联传感可视化管理

免振免养水稳基层技术

传统水泥稳定碎石基层由于水泥胶结材料特性，施工完成后需要7天保水养生，对施工效率及施工连续性造成很大影响。为提高水稳基层施工效率，省道506线智慧养护工程项目采用免振免养水稳基层技术，保障大中修养护路段施工快速通车，减少施工过程中道路通行安全隐患。

省道506线智慧养护工程项目安排专业团队，从施工前期培训工作开始介入，对室内验证、拌和楼调试免振压剂掺量、生产、运输、摊铺、碾压及后续的洒水养生全过程进行质量管控。

在拌和楼设备改造与调试时，根据经验确定皮带转速，单放集料，取样称出100厘米输料带上不同规格集料的重量，计算实际用料的配比，并根据施工配合比进行调整；按正常生产产量拌制水稳混合料，在输料带上取水稳混合料，测定含水量和水泥剂量，对拌和楼计量系统的精确性和混合料级配进行了进一步测试，经检测拌和楼的性能完全能满足施工要求。免振压剂采用料仓投放，在下料口用点焊的方式用挡板挡住，预留约5厘米作为下料口，采用4%水泥剂量对应10%免养生材料比例生产。

免养生水泥稳定碎石施工时料车运输、倒料均采用全程油布覆盖的方式进行，混合料运输到现场的含水量能得到保证。压实方案为初压：双钢轮压路机静压2遍；复压：单钢轮压路机静压8遍；终压：胶轮压路机静压2遍。本次施工过程共投入设备为1台摊铺机、1台双钢轮压路机、2台单钢轮压路机和1台胶轮压路机。

在养生满足20小时养生期后对施工段落进行取芯工作，免养生水泥稳定碎石芯样基本完整，芯样厚度基本满足要求。从室外检测结果可以得知，选用免养生水泥稳定碎石取芯结果能够达到预期的效果。免振免养水稳基层施工完成后，随即进行上层沥青结构层施工，在封闭的环境中快速达到与传统水稳要求的通车强度，减少交通封闭时间和安全隐患。不需振动仅靠静力压实就能满足设计要求，有效降低施工噪音和振动对周边环境的影响，具有很好的环境友好特性。

灌浆复合沥青路面

省道506线智慧养护工程项目针对国省干线交叉口、货运通道等渠化交通严重，反复发生车辙的病害路段，采用灌浆复合沥青路面，解决常规沥青路面车辙病害这一“顽疾”。

省道506线智慧养护工程项目安排专业团队，从施工前期培训工作开始介入，全过程参与配合比设计优化，对混合料拌和从质量控制，到施工现场的混合料摊铺、碾压，以及灌浆实施进行全程技术把关。施工期间气温在15摄氏度以上，满足灌浆施工要求，在基体沥青混合料空隙率高达20%至28%的路面中，灌注以特殊浆体为主要成分的复合路面，按时保质地完成了灌浆复合沥青路面施工任务。

在施工期间，技术团队从配合比设计、沥青混合料生产、现场施工摊铺、碾压等环节进行全过程质量监控，确保了基体沥青混合料质量；灌浆复合沥青路面既保留沥青混凝上路面主要使用品质，又具有水泥混凝土路面部分性能的路面结构型式，形成刚柔并济的路面结构层，具有沥青路面美观舒适的同时兼备刚性路面的稳定性，有效解决了沥青路面在重载、高温条件下产生严重车辙病害的问题；施工后2小时即可通车，减少交通封闭时间和安全隐患。

省道506线智慧养护工程项目通过智能化升级养护人员传统的穿戴设备，实现了在车辆冲向养护作业区域时，养护人员可以提前获得预警并及时撤离危险区域。

智慧粒子高精度采集

智能预警保护项目安全

为保障公路养护作业安全，结合实际情况，省道506线智慧养护工程项目拟通过对传统的养护作业安全设施及养护作业人员穿戴设备进行智能化升级，以实现当发生过往车辆正对养护区域冲击时，养护人员能够提前获得预警并及时撤离危险区域，全面保障养护人员人身安全。

省道506线智慧养护工程项目应用了安全智能警示装置，例如安全哨兵和智能手环等，为养护作业人员提供主动防撞预警。

其中，智能警示锥桶由微波雷达、5G传输、多色警示灯、大容量电池和高响度扬声器组成，标准配置为1组2台，分为探测桶和警示桶，警示桶设置在作业区中间，探测桶布置于作业区后方，探测桶主要通过警示灯引导车辆避让，同时使用微波雷达波实时探测后方入侵车辆，如果过往车辆以不低于每小时40公里的速度正对养护作业区域冲击，当车辆与探测锥桶的距离小于30米时，警示锥桶与人员肩灯将发出声光电预警，提醒养护人员及时撤离危险区域。两锥桶之间最大通讯距离是200米，作业人员收到提醒后有6秒至10秒的黄金逃生撤离时间，避免人员伤亡事故的发生。如果遇到险情，养护施工人员可以通过手环一键呼救，管理中心及时收到报警定位和现场情况信息，并迅速采取应急措施。