公路工程路面机械成套智能化施工技术要点探讨

文/周春生

公路工程作为基础设施建设的组成部分，对国家经济和社会发展具有重要意义。在公路建设中，路面施工是关键环节之一，它直接影响着道路的使用寿命、安全性和舒适度。

随着科技的不断进步，为提高公路工程质量，降低施工成本，路面机械成套智能化施工技术的应用逐渐成为公路工程领域的热点和趋势。本文将探讨公路工程路面机械成套智能化施工技术的要点，着重讨论其在公路工程中的应用、特点以及未来发展趋势。智能化施工技术的引入不仅可以提高公路工程的效率和质量，还可以降低成本、减少对环境的不良影响。因此，深入研究这一技术对于公路工程的持续改进和发展至关重要。

相关概念阐述

路面机械成套智能化施工构成

路面机械成套智能化施工技术是指在公路工程建设和维护中，采用各种智能化设备与技术提高工程施工效率、质量和安全性。这些技术的应用可以降低成本、减少资源浪费，并减轻工人的体力劳动负担，提高施工效率和施工质量，其技术构成主要包括以下几个方面内容：一是智能化路面机械设备，如路面摊铺机、压路机、沥青混合搅拌机等。这些设备配备了先进的传感器、控制系统和自动化技术，可以实时监测施工参数并进行调整。二是信息化工具的应用，可实现施工进度、资源分配的优化，通过预测、模拟等功能，提高施工效率。三是自动化材料供应及处理设备，包括自动化输送带、搅拌设备等，通过应用可减少材料浪费并保证质量。四是利用无人机、激光扫描仪、摄像头等设备的应用，可对施工现场进行实时监测，通过对采集数据进行分析，及时发现问题并进行修复。五是远程监控技术，通过实时监测施工进展，远程对设备进行控制，达到提升管理效率，减少人力需求的效果。

特点

公路工程路面机械成套智能化施工有效破解了传统路面施工中存在的工作量大、人工效率低以及技术标准难以严格控制等缺陷，具有工作效率高、施工精准控制、可视化管理等特点。同时，通过与大数据技术、无人机技术相结合，还可建立施工数据档案，对建设期间各项参数与操作进行记录，实现管理工作的可追溯、可改进，对于我国交通事业以及施工智能化建设的发展具有重要意义。

公路工程路面机械成套智能化施工技术要点

路面作业机群

路面作业机群主要由无人驾驶、可视化以及三维找平等技术所支撑，通过智能化的作业系统，实现全过程协同管控与数字化远程后台管理。公路工程智能化作业系统中由应用层、平台层、网络层、感知层以及设备层所构成，其中应用层的主要功能为推动路面施工协同作业的开展，包括无人机群、3D 自动找平摊铺等，能够通过感知现场施工条件，对障碍进行自动躲避，规划出最优的路径。同时，无人机所采集的现场数据，在经过分析后可自动生成统计报表，为工程施工决策提供依据。感知层主要由传感装置、GNSS 定位以及雷达所组成，主要对路面的各项参数进行确定，如压实度、弯曲强度以及防滑性能等，为智能化作业及人为管理提供依据。

摊铺机：无人驾驶摊铺机是一种配备先进技术的机器，包括红外线温度感应装置、定位天线、通信天线和激光找平装置等。其中，红外线温度感应装置可以精确感知路面的温度，定位天线和通信天线可以实现机器与外部系统的通信和定位功能，激光找平装置则可以对路面进行精确的找平操作。通过以上技术装置，无人驾驶摊铺机能够自动进行摊铺作业，并实现对路面的自动找平。机器上搭载的系统设备能够支持自动化操作，减少人工干预，提高作业效率。同时，这些技术还能够提高作业的精度和稳定性，确保摊铺质量，并对摊铺中路面的温度参数进行实时监测，将所采集的路径信息进行全过程上传共享，从而使操作数据库得到不断更新，确保智能化作业的实时性与可靠性。

在智能化作业中，无人驾驶摊铺机的实现依托于数字化施工管理平台，通过将设计参数进行导入即可完成自动化操作。整个过程中，计算机、数据平台和稳定的网络会形成定位基站，利用施工机械上安装的激光发射器生成参考数据。通过对数据进行处理，即可对摊铺机下达动作指令，实现摊铺作业的自动化控制，这个过程需要借助无线通信来实现信号传输。定位基站通过向摊铺机的控制装置发送信号，对无人驾驶和正常摊铺作业进行操控。同样，利用三维找平模块中的参考站，向摊铺机发送信息，并通过车载的激光接收器和三维控制器获取信号，对摊铺机进行找平操作。

在现场找平中，摊铺机通过录入设计参数生成数字化模型。利用所生成的模型，可以应对复杂道路工程中具有多次变坡和曲线的施工，通过对空间坐标信息的连续监测，获取图像和其他资料，能够为施工管理提供支持。为了预防人工干扰和减少施工误差，无人驾驶摊铺机采用RTK 技术进行无桩化的作业。RTK 技术通过精确的全球定位系统（GNSS）信号，能够提供高精度的定位和导航信息，使摊铺机在作业过程中能够准确地按照规定的路径进行行驶，避免了人工操控的不准确和误差。

此外，无人驾驶摊铺机还利用红外扫描技术对当前作业面的温度进行感知，它通过红外线感应器扫描作业面的温度，并连续输出相应的温度数据，这些温度数据能够为后续的压实作业提供决策依据，以确保材料的温度在适宜的范围内，从而保证最终的摊铺质量。利用RTK 技术和红外扫描技术，无人驾驶摊铺机实现了高精度的无桩化作业和对作业面温度的实时感知。这些先进的技术手段不仅提高了施工的精确性和效率，还能减少人工因素对作业质量的影响，从而提升了摊铺质量和施工效益。

压路机：无人驾驶压路机具备自主避障功能，能够实时采集现场路面的压实情况。它通过自主决策和感知系统，能够识别和避开遇到的障碍物，确保安全行驶。同时，无人驾驶压路机还能实施高精度的路面跟踪控制，对行驶路径进行准确的管控，并支持信息共享。为保证施工质量，无人驾驶压路机还会自动采集碾压过程中的材料温度数据，通过传感器对材料的温度进行实时监测，并记录。这样可以确保材料温度在适宜范围内，从而保证施工的质量。

相对于摊铺机而言，压路机在车载智能化装置方面相对较少，仅配备了REK 定位、温度传感装置和加速度传感装置。但通过多台设备的协作，可以收集到温度、位置、压实度和压实次数等数据。

基于智能化系统，利用设定的算法，可以确定当前路面相对较弱的部分，并对其进行再次碾压。为防止压路机对自身和周围环境造成损害，专门配备了多重保护系统。首先，通过电子围栏对作业区域进行设定，如果压路机超出设定范围，会立即触发停车报警。其次，压路机装备了前后组合式雷达，包括激光和毫米波雷达。如果在行驶过程中，发现行进方向存在障碍物，压路机会自动选择减速或者直接停车。最后，压路机还具备智能防撞功能，根据车载GPS 定位，确保车辆与周围机械和障碍物始终保持安全的距离。

土石方压实机

在对压实机智能化系统进行设计时，分别采用了无人驾驶及路径规划等技术，借助集中使用的管控，系统可同时管理最多十五台单钢轮式压路机，在提高施工效率的同时，也能确保路面压实要求符合设计标准。智能化系统的运行程序可概括为以下三个步骤：一是设置移动控制基站并连接电源；二是确定工艺并测定施工区域的坐标和机械的运行数据；三是采用无人作业模式，机群自动完成施工任务。

在工地现场参数检测中，传统的人工检测方式只能在事后进行测量，且工作量大容易产生误差。然而，在智能化施工模式下，可以实现在线检测，通过相关性试验和对现场压实值的实时检测，自动获取施工数据。同时，利用精准定位技术，收集压实度和位置数据，实现对作业质量的全过程监管，并记录相关检测数据，确保信息可追溯。

智能管理系统

在公路工程路面智慧化施工系统中，需配置三大管理中心，分别为设备管理中心、工程管理中心以及设备管理中心。同时，系统还配置了设备管理、质量管理等多重系统功能，以维持施工作业的高效运转。其中，质量管理系统主要对施工现场所采集的数据进行处理，为项目管理提供辅助，实现公路精准化施工。比如，可以将各类质量数据以可视化图表的形式进行展现，并为管理人员提供静动态的回放追溯。

除了电子数据输出外，智能管理系统还可打印出纸质版的报告资料，以便工作人员进行存档管理。加之物联网技术的应用，系统能够为管理人员提供机械工作状态数据，在确保设备性能的同时，也能节省部分管理费用。

案例分析

工程背景

某高速公路连接了两个华北平原重要城市，是该地区的主要交通要道。然而，随着日益增加的车流量和气候条件的变化，路面状况逐渐恶化，需要进行升级和维护。为提高工程的质量、效率和安全性，决定采用路面机械成套智能化施工技术。

系统设置和移动控制基站部署

在工程现场，设置移动控制基站，确保覆盖整个施工区域。在此次项目中，基站配置控制箱1 个、控制电脑1 台、发送天线杆1 根；基站连接市电，同时配备3kW 发电机，以应对电源中断情况。

工艺确定和数据测定

工程团队通过现场勘测和数据分析，确定了最佳的路面升级工艺。同时，使用智能化施工技术测定了施工区域各端的坐标，并确定了机械的运行速度、次数以及所需材料的数量。

具体为：借助踩点器或压路机对施工块端点坐标进行采集，对各项工艺参数依次进行设置，如遍数、振动、速度等；为掌握出摊铺路面的整个温度数据，需要通过温度检测系统进行实时测量与更新，以确保材料温度显示的及时性，为施工提供可靠参考。

无人作业模式下的施工

首先，启动无人作业模式，将机群自动化进行施工。其次，利用在线检测和相关性试验，实时监测施工质量和材料的压实度。最后，通过精准定位技术，收集压实度和位置数据，以确保作业质量的全过程监管。

在对压实度进行在线检测的过程中，为确保数据的连续性，需要借助相关性实验进行自动检测与自动数据上传。同时，还需将相关性试验与定位技术进行结合，对压实值与位置之间的关系进行记录，做到施工数据可追溯。

质量管理和报告生成

利用质量管理系统，将现场数据资料上传并进行系统化管理；实时生成可视化的质量报告，支持静态和动态的回放和追溯，以查看施工过程中的信息资料；

有权限的用户可以打印纸质报告资料，并进行个性化设计，以方便工程存档和管理。

施工注意事项

在实施智能化作业的过程中，需要关注各机械设备间的配合，保持施工的连续性；为确保公路工程质量，需要利用水准仪和全站仪等对摊铺的准确性进行不间断的检查与复核，以保证数据的精准性与有效性；针对施工中可能出现的意外情况，如施工质量存在超差、电力供应出现压力、机械设备中途停止等，需要提前设计相应的应对方案，将智能化作业切换为传统的人工方式，以此确保工程进度，减少损失；在施工完成后，需要加强仪器、设备的保存，如防止激光发射器出现膨胀或颠簸、对GPS 进行防水防震处理等。

工程效果及展望

通过路面机械成套智能化施工技术的实施，该公路路面升级工程取得了显著的成功。施工质量得到提高的同时，工程周期得到缩短，大大节省了人力和资金成本。由此可见，应进一步加强路面机械成套智能化施工技术的推广，并不断优化相关技术的整合，如物联网技术、虚拟现实、机器学习等，使智能化设备自主学习和适应不同的施工环境，进一步提高操作的准确性和效率。

综上所述，公路工程路面机械成套智能化施工技术的应用在公路工程领域具有重要意义。通过智能化设备和系统的运用，可以提高施工效率、质量和安全性，降低成本，减少对环境的不良影响。本文讨论了路面机械成套智能化施工的相关概念、特点，以及关键技术要点，通过案例分析也展示了该技术的实际应用效果。

智能化的摊铺机、压路机和土石方压实机等设备，配备了先进的传感器、控制系统和自动化技术，能够实时监测施工参数并进行调整，实现高效的施工作业。智能管理系统的应用，可以实现对施工数据的准确记录和管理，为管理决策提供可靠依据。通过实时数据监测和分析，可以及时发现问题并进行修复，确保施工质量。

智能化施工技术在公路工程中的应用带来了显著的效果，包括提高工程质量、效率和安全性，减少资源浪费和成本，优化施工管理等。未来，该技术还将继续发展，以更智能化的设备、数据驱动的决策、物联网的整合、虚拟现实的应用等方向为发展趋势。同时，需要注意解决可能面临的挑战，如技术成本、数据隐私和人员培训等问题。通过持续探索和推广智能化施工技术，可以进一步推动公路工程的现代化和可持续发展，为提升交通基础设施水平做出更大的贡献。