公路是交通运输业的重要根底设施,推进公路基础设施数字化建设是打造现代化交通运输体系和建设交通强国的重要支点。公路建设是一项庞大而复杂的工程,路面工程施工作为公路建设过程中一个重要环节,覆盖了混合料拌合、运输、摊铺及碾压四个关键流程。

公路工程的传统施工方式主要依靠人工试验检测,受从业人员职业素养、技能水平、抽样检测等方面影响,质量不容易控制。同时,施工管理多采用“事前检验、事后把关”模式,无法提供全面、实时、快速的事中检测手段,路面不合格会造成返工、工期延误、成本上升、资源浪费等后果,甚至可能引发安全问题。

结合公路路面施工的特点,北京合众思壮科技股份有限公司(简称“合众思壮”)旗下北京合众鼎新信息技术有限公司(简称“合众鼎新”)自主研发了路面数字化施工系统。该系统通过融合北斗/GNSS高精度定位、信息化、大数据、云计算等技术,实现“人机互联”,对路面施工过程全部环节进行实时监测、及时预警、记录溯源等,从而为施工现场提供智能施工导航,提高施工管理水平和效率,确保作业质量,避免人为因素导致的操作失误。目前,该系统已在山东文莱高速、渝武高速、玉楚高速、华丽高速、鸡商高速等多个公路建设工程项目中取得成功应用,显著降低了施工成本,提升了施工效率。

路面数字化施工系统

合众鼎新路面数字化施工系统由以下部分组成:

设计数据转换

设计转换软件是一款工程辅助设计软件,具备对导入路面工程CAD设计文件进行分割、轻量化、深化设计,可结合路面工程现场工艺工法二次编辑,对施工区域设计文件进行分层设计,设计好的文件三维道路设计数据和工艺参数,其中工艺参数包括速度要求、遍数要求、温度要求等质量指标要素。

数字化监控

通过路面数字化施工管理平台下发设计文件到施工机械,拌合站拌料生产、车辆装料到卸料、摊铺机和压路机按任务施工,所有监测数据回传数字化平台,结合路面数字化施工管理平台可视化显示,达到人机料科学管理、质量管理、安全管理、进度管理的目标。

智能拌和监控系统

混合料作为路面主要铺筑材料,其质量直接关系到公路项目的造价预算、生命周期以及路面质量的优劣,混合料的控制指标级配组成、油石比、拌合时间、生产温度等都需要严格把控。智能拌合监控系统能够实时采集拌合站生产过程中材料的计量数据与温度数据,并实时传输到路面数字化施工系统平台,实现对混合料拌合站生产数据的“事前预控、事中监控、事后分析”的全过程控制,保证了监测数据的真实及可靠性,提供及时准确的质量数据跟踪和分析报告,为决策者提供数据依据,实现对拌合站生产质量全程监管。

车辆运输监控系统

为了避免产生温度离析,混合料在出料后应在规定时间内运达前场。车辆运输监控系统北斗定位终端,以4G通讯网络为载体,有效监控运料车运输,准确定位,实时回传车辆行驶前方照片,实现对运料调度、时间、轨迹、摊铺位置等运输全过程信息监测,任意位置的路面铺筑材料信息都能够溯源追踪。

摊铺质量监控系统

混合料运输车将混合料送到指定位置后,便进入重要的路面摊铺环节。路面摊铺过程中摊铺轨迹、材料温度、摊铺速度等参数对于路面的均匀性有着重要的影响。智能摊铺系统通过安装的北斗高精度定位传感器、红外线温度传感器,可实时获得影响路面摊铺质量的速度、温度、温度离析、轨迹、摊铺里程等关键参数。操作手在车内可通过显示终端,随时查看系统数字化、图像化的作业全过程显示,对不合规的施工工艺进行及时调整纠偏,进一步保证路面摊铺的均匀性和稳定性。

智能压实系统

压实作业是较为重要的一环。路面压实质量是影响高速公路长期安全稳定运行的关键。不密实的路基将会出现整体强度不足、沉降不均匀或变形过大等问题,从而影响路面结构安全。智能压实系统采用北斗高精度实时定位技术和压实传感器监测技术,通过软件的实时处理获知压路机钢轮高精度三维位置及振动压实值,以数字化、图像化的方式实时记录显示压路机行进方向、行进速度、VCV(振动压实值)值、碾压遍数等信息,从而引导机手避免过压和漏压,进一步提升铺面整体压实质量。

环境监测

在施工区域内安装一定数量的环境监测设备,在施工过程中自动检测环境中污染物的数量,通过对大气污染物以及环境气象条件的实时监测,数据回传施工平台,在系统中实时发出警告,及时开启降尘设备、调配降尘车辆,达到环保要求,实现绿色施工的目标。系统可记录24小时*365天的温度数据,为施工检验批资料编写提供真实数据。

华坪至丽江高速公路(华丽高速)是国家高速公路网上海至成都高速公路成都至丽江联络线(G4216)的一段,是丽江南连大理通东盟、北接迪庆进藏区、东经华坪入川渝、西过保山至南亚的重要大动脉。针对该项目,合众思壮采用了由固定式连续运行参考、拌合站数字化监控系统、UCS300公路压实系统、摊铺数字化监控系统、物料运输车系统以及配套的数据处理软件和平台等组成的数字施工解决方案,对该项目施工现场提供智能施工导航,提高了施工管理水平和效率,确保了作业质量。

应用效果

▲保证路面质量的均匀性 实时输出压实轨迹、速度和压实遍数等压实数据参数,引导压实作业,保证压实质量均匀性、提高检测合格率,缩短检测周期。

▲全程数字化管理,保证资料详尽可靠 保留完整的施工过程资料,提供质量溯源数据、调整后续施工方案。

▲节省管理和施工成本、增加利润 过程控制、及时发现问题,减少返工;远程实时管理、减少中间环节。

▲节能降耗,实现绿色施工,低碳经济 提高机械利用率,降低油耗;提高施工效率,减少人力;施工过程控制,降低返工风险,减少资源浪费。

▲降低劳动强度,减少人为误差 实时指导操作机手作业,提高压实质量均匀性,减少人为误差。

▲为后期道路养护提供依据 实现对施工全过程质量实时无损监测、智能预警、实时反馈、动态评价、全面检验,为数字化养护管理提供重要支撑。基于这些优势,数字化施工系统可以实现对路面施工全过程进行“事中监测、事后追溯”,帮助解决压实施工质量管理痛点。相较于传统路面工程,能使施工效率提升25-30%,同时使施工成本降低20%左右。近年来,国家先后出台《交通强国建设纲要》《国家综合立体交通网规划纲要》等指导文件,为当前和今后一个时期交通运输发展指明了方向。交通运输部《数字交通“十四五”发展规划》也明确提出,提升交通运输基础设施运行效率和运输服务品质,让数字交通发展成果惠及人民。在加快建设交通强国的征程中,通过科技创新引领公路建设快速迈向数字化施工新时代,是公路交通高质量发展的必由之路。

面向未来智能高速公路技术体系与发展趋势,合众思壮以北斗高精度技术为基础,融合物联网、互联网、5G通信、人工智能、大数据分析等新兴技术,积极探索数字施工技术在智慧高速公路建设的应用场景,为全国高速公路数字化建设贡献更多思壮经验。

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