高等級公路瀝青路面施工質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)

1、河北省交通廳科技計劃項目申 請 書（科 研 項 目）項目或課題名稱： 項 目 類 別： 應(yīng) 用 研 究 承 擔 單 位： 河北省高速公路京秦二通道籌建處 協(xié) 作 單 位 天津市市政工程研究院 歸口申報單位： 河北省交通廳科教處 申 報 日 期： 2013年 1月河北省交通廳制訂1、研究的目的、用途和意義隨著我國公路建設(shè)的飛速發(fā)展，瀝青混凝土路面被我國高等級公路越來越普遍地采用，交通量及其軸重越來越大，對瀝青路面的結(jié)構(gòu)要求和施工質(zhì)量水平提出了更高的要求，瀝青路面是采用瀝青材料作結(jié)合料粘結(jié)混合料修筑面層的路面結(jié)構(gòu)是整個道路工程施工的重要環(huán)節(jié)，瀝青混合料鋪筑的好壞將直接影響到通車后道路的安全性與舒適

2、性。如何確保瀝青混合料鋪筑的施工質(zhì)量是整個瀝青路面施工過程中最重要的工作之一。公路路面瀝青混合料離析問題是一個在實際的公路路面施工過程中最容易出現(xiàn)的典型質(zhì)量問題，導(dǎo)致公路路面在結(jié)構(gòu)上和紋理上的極端差異性，這種現(xiàn)象對公路路面主要產(chǎn)生的影響主要有路面的坑陷變形以及車轍等。瀝青混合料出現(xiàn)離析的主要因素有：瀝青混合料的拌合、運輸及攤鋪碾壓。1. 瀝青混合料的拌合：生產(chǎn)瀝青混合料的拌合樓大都采用間歇式拌合設(shè)備，雖然規(guī)范明確要求拌合站必須配備打印機，并實時打印相關(guān)數(shù)據(jù)，這對瀝青混合料質(zhì)量控制起到了一定的作用。但到目前為止，除打印機外，國產(chǎn)及進口拌合設(shè)備幾乎都沒有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，更無實時在線數(shù)據(jù)處理分析及監(jiān)測

3、系統(tǒng)，這就使得瀝青拌合樓拌合質(zhì)量的實時監(jiān)控十分困難。2. 瀝青混合料的運輸：運料車無法及時將混合料運輸?shù)浆F(xiàn)場，造成混合料攤鋪溫度無法達到施工作業(yè)要求。3. 瀝青混合料的攤鋪碾壓：瀝青路面壓實不夠，路面平整度差，路面施工不精細，強度不均勻，路面早期破壞嚴重當前的技術(shù)現(xiàn)狀是無法實時、準確、有效的監(jiān)測以上施工環(huán)節(jié)。本課題基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以瀝青混合料的拌合、運輸、攤鋪碾壓為切入點，全程監(jiān)控瀝青路面施工過程，并歸檔入庫為日后的養(yǎng)管工作提供第一手的原始數(shù)據(jù)。對于實現(xiàn)高等級公路建設(shè)的精細化管理、確保施工質(zhì)量具有十分重要的意義，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。2、國內(nèi)、外研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及省內(nèi)需求國外發(fā)達國家從70

4、年代開始，已經(jīng)研究和推廣瀝青路面施工過程中動態(tài)質(zhì)量管理和過程控制，美國在路面施工中非常注重質(zhì)量控制與管理，至今，已經(jīng)形成一套較為成熟并以推廣使用的科學的路面施工質(zhì)量控制與管理方法和程序。國外路面施工質(zhì)量控制與管理方法主要根據(jù)質(zhì)量控制與管理目標，按照不同氣候環(huán)境、不同材料、不同施工技術(shù)水平、不同機械組合、不同管理層次，設(shè)定相關(guān)的制度和程序，以達到程序化、規(guī)范化和標準化的目標。并且通過有計劃的組織、協(xié)調(diào)和控制，通過工程的事前、事中及事后質(zhì)量控制與管理，滿足各項指標都在預(yù)期目標范圍內(nèi)，達到施工質(zhì)量控制的標準化、規(guī)范化。由于我國瀝青路面的研究起步較晚，對于瀝青路面的質(zhì)量控制與管理方面還處于比較粗放的狀

5、態(tài)，近年來，雖然對路面施工的的控制與管理制定了詳細的規(guī)范指標，還從建設(shè)單位，設(shè)計、施工單位以及監(jiān)理單位全方面入手，制定了立體綜合的質(zhì)量管理程序，但就目前我國在施工質(zhì)量管理上仍存在著很多的不足，比如總體管理目標不明確，分目標混亂，從而造成施工管理的盲目性；管理程序的人為主觀性過強；質(zhì)量監(jiān)督過程有疏漏點，施工質(zhì)量的控制往往僅限于事后控制；現(xiàn)有的一些實驗指標不能充分反映出施工質(zhì)量好壞程度等諸多問題。因此，我們?nèi)匀灰谑┕す芾淼倪^程中不斷發(fā)明創(chuàng)新，總結(jié)經(jīng)驗，不斷地完善我們的路面施工質(zhì)量綜合管理方法和程序。我國部分省市近幾年在施工質(zhì)量控制與管理方面引入了工程第三方質(zhì)量監(jiān)控體系，山東、江蘇、廣東等省市引入

6、第三方質(zhì)量監(jiān)控，即工程技術(shù)咨詢單位受業(yè)主委托對工程項目進行質(zhì)量檢測和質(zhì)量評價，并提出質(zhì)量改進措施的質(zhì)量保證的第三方。第三方質(zhì)量監(jiān)控注重于技術(shù)指導(dǎo)、路面過程檢測控制等，對路面的質(zhì)量起到了重要的保證作用。近年來，各國對施工質(zhì)量的“過程控制”及“動態(tài)質(zhì)量管理”都越來越重視，但我國現(xiàn)在真正能做到“過程控制”的項目還很少。縱觀我國的工程質(zhì)量管理體制、方法，包括監(jiān)理制度在內(nèi)，除了目測憑經(jīng)驗判斷及注意施工工藝外，絕大部分都是對產(chǎn)品進行事后“質(zhì)量檢查”，還不能說是過程中進行“質(zhì)量控制”。規(guī)范規(guī)定的做法基本上是施工過程中按規(guī)定的頻度取樣、試驗，事后得出數(shù)據(jù)對施工質(zhì)量評價是否符合指標要求，合格的進行檢查驗收，不合

7、格的責令返工，而這樣的控制方式不利于工程質(zhì)量的保證。但是，國內(nèi)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行系統(tǒng)的施工動態(tài)監(jiān)控，目前還處于空白。雖然各高校及科研單位均在某一單獨領(lǐng)域，如：瀝青的拌合、瀝青路面的碾壓等。但國內(nèi)暫未出現(xiàn)系統(tǒng)的瀝青路面施工質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)。3、主要研究開發(fā)內(nèi)容、技術(shù)路線、研究創(chuàng)新點及技術(shù)關(guān)鍵、主要研究內(nèi)容瀝青路面施工質(zhì)量實時監(jiān)控系統(tǒng)針對瀝青路面施工的三大重要環(huán)節(jié)分為四大子系統(tǒng)：熱拌瀝青混合料質(zhì)量實時監(jiān)控子系統(tǒng)、熱拌瀝青混合料運輸實時監(jiān)控子系統(tǒng)、瀝青路面攤鋪質(zhì)量實時監(jiān)控子系統(tǒng)及瀝青路面壓實質(zhì)量實時監(jiān)控子系統(tǒng)。主要研究內(nèi)容如下：（1） 硬件設(shè)備開發(fā)；（2） 軟件開發(fā)；、技術(shù)路線（1）熱拌瀝青混合料質(zhì)量實

8、時監(jiān)控子系統(tǒng)：熱拌瀝青混合料質(zhì)量實時監(jiān)控系統(tǒng)由四個子系統(tǒng)組成：拌合樓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、熱料倉熱料自動篩分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（2）熱拌瀝青混合料運輸實時監(jiān)控子系統(tǒng)：熱拌瀝青混合料運輸實時監(jiān)控系統(tǒng)由：車載gps定位子系統(tǒng)、車載視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、及單兵對講子系統(tǒng)組成?？蓪崿F(xiàn)實時定位運輸車輛、運輸途中全天候視頻監(jiān)控，可通過3g無線網(wǎng)絡(luò)實時將視頻回傳也可本地攝錄、隨時呼叫運輸司機。（3）瀝青路面攤鋪質(zhì)量實時監(jiān)控子系統(tǒng)： 瀝青路面攤鋪質(zhì)量實時監(jiān)控系統(tǒng)主要包括攤鋪狀態(tài)檢測、暈平板實時跟蹤定位、集成控制機、現(xiàn)場無線通訊網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場移動檢測終端、遠端綜合服務(wù)器等部分構(gòu)成?？蓪備佭^程實現(xiàn)實時有效的監(jiān)測。（4

9、）瀝青路面壓實質(zhì)量實時監(jiān)控子系統(tǒng)：采用rtk（real - time kinematic）實時動態(tài)差分法，記錄每一臺壓路機的行走軌跡，并進行分析，并通過dtu無線傳輸設(shè)備，應(yīng)用并行通信軟件，將壓路機中采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲到專用計算機上。編制程序軟件，將提取的數(shù)據(jù)實時進行處理，對每臺壓路機的運行軌跡做圖像化處理，能夠以圖像的形式顯示運行軌跡。實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時網(wǎng)絡(luò)傳送，將數(shù)據(jù)實時傳送給項目管理者進行及時、準確的決策。、研究創(chuàng)新點（1）熱拌瀝青混合料質(zhì)量實時監(jiān)控子系統(tǒng)：熱拌瀝青混合料質(zhì)量實時監(jiān)控系統(tǒng)是在已有拌合樓質(zhì)量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進一步開發(fā)的瀝青混合料質(zhì)量實時監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測并評價每一盤瀝青混合料的總體

10、質(zhì)量，并為拌合樓操作人員提供在各種情況下的問題解決方案，同時，在施工過程中實施將所有質(zhì)量檢測及統(tǒng)計結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)傳送給項目管理者，第一時間為項目管理者發(fā)現(xiàn)問題并進行決策提供可靠、有效的數(shù)據(jù)。（2）熱拌瀝青混合料運輸實時監(jiān)控子系統(tǒng)：本系統(tǒng)從業(yè)務(wù)流程的角度上可分為：監(jiān)控中心部分和車載系統(tǒng)部分，下面分別對這兩部分進行介紹：n 監(jiān)控中心部分：監(jiān)控中心是本系統(tǒng)的核心，所有車載視音頻信息都匯聚于此，它負責整個系統(tǒng)的集中控制、統(tǒng)一管理，實現(xiàn)各種業(yè)務(wù)應(yīng)用。主要設(shè)備包括：數(shù)據(jù)庫管理單元（dbu）、中心管理單元（cmu）、媒體交換單元（msu）、移動業(yè)務(wù)管理單元（wpu）、移動分發(fā)單元（mgu_ds）、移動轉(zhuǎn)碼單元

11、（mgu_tc）、車載業(yè)務(wù)應(yīng)用單元（vsu）、監(jiān)控/管理業(yè)務(wù)臺（cu/mu）、磁陣、多媒體交換單元、電視墻、話筒、揚聲器等。n 車載系統(tǒng)部分：系統(tǒng)集成了最新的gis和gps技術(shù)，支持evdo、wcdma、td-scdma等多種無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，可以隨時對遠程運行中的車輛進行實時視頻監(jiān)控、中心語音廣播和雙向語音對講，支持多樣化的訪問手段，如：pc監(jiān)控客戶端、電視墻、手機監(jiān)控終端（mcu）等。在接收到車輛實時告警信息或突發(fā)事件下，可以幫助用戶縱觀地圖上所有車輛運行狀態(tài)，方便用戶根據(jù)車輛的實時視音頻情況，結(jié)合不同的地理信息，進行直觀、快速、及時、有效的現(xiàn)場應(yīng)急指揮。各級監(jiān)控中心和分控點還可以共同分析、決

12、策，以便在第一時間及時發(fā)現(xiàn)問題，有利于提高在運輸領(lǐng)域的輔助決策與指揮功能，提高處理突發(fā)事件的快速反應(yīng)能力。（3）瀝青路面攤鋪質(zhì)量實時監(jiān)控子系統(tǒng)：實時采集攤鋪機運行軌跡（x,y,z）、熨平板振動狀態(tài)和斜角；根據(jù)設(shè)定的標準攤鋪高程（或厚度）和熨平板的標準振動狀態(tài)，當攤鋪過程中實時監(jiān)測到的上述參數(shù)不達標時，可實現(xiàn)遠程監(jiān)控端報警；在當前工作面結(jié)束后可輸出圖形化報表。（4）瀝青路面壓實質(zhì)量實時監(jiān)控子系統(tǒng)：瀝青路面壓實質(zhì)量實時監(jiān)控系統(tǒng)是一套實時監(jiān)控瀝青路面壓實質(zhì)量的監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)可在施工過程中動態(tài)監(jiān)測瀝青路面壓實質(zhì)量，并將監(jiān)測結(jié)果第一時間發(fā)送給項目管理者，并提示那些路段出現(xiàn)壓實質(zhì)量問題。、技術(shù)關(guān)鍵1）大

13、量調(diào)研國內(nèi)、外工程建設(shè)的實際經(jīng)驗，研究各個工程的優(yōu)缺點，取其精華、棄其糟粕；2）根據(jù)清東陵高速公路建設(shè)的實際情況，選擇有代表性的幾個點作為研究基地，全方位、多角度的研究高速公路的建設(shè)對自然保護區(qū)的影響；3）將研究得出的試驗數(shù)據(jù)進行認真對比分析，找到最重要影響因素，給出相應(yīng)的解決方案；4）將研究成果進行推廣應(yīng)用，用實際工程項目來驗證該理論的正確性。4、試驗規(guī)模、研究地點及項目完成后達到的主要技術(shù)經(jīng)濟指標實驗規(guī)模：本課題針對清東陵高速，依托具體的工程，依據(jù)國家最新規(guī)范的要求，服務(wù)于京秦二通道清東陵高速公路籌建處。研究地點：施工現(xiàn)場及天津市市政工程研究院下屬信息化研究所。主要技術(shù)指標1、完成瀝青路面

14、施工質(zhì)量實時監(jiān)控系統(tǒng)所需的硬件設(shè)備開發(fā)。2、開發(fā)一套適用于京秦二通道清東陵高速公路籌建處的瀝青路面道路施工質(zhì)量實時監(jiān)控系統(tǒng)軟件。5、成果應(yīng)用前景、經(jīng)濟、社會效益預(yù)測項目的開發(fā)在現(xiàn)有工程機械的基礎(chǔ)上，安裝了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的傳感設(shè)備，將施工過程中的真實有效的數(shù)據(jù)通過無限網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至數(shù)據(jù)中心進行統(tǒng)計分析。實現(xiàn)了由效率低的事后檢測向?qū)崟r控制監(jiān)測的突破。對提高瀝青瀝青路面質(zhì)量，提高管理效率，節(jié)約建設(shè)資金，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實性及可靠性，提高路面質(zhì)量評價客觀性上將產(chǎn)生深遠的影響。本項目研究成果的應(yīng)用，使得瀝青路面質(zhì)量進一步提高，對節(jié)約國家建設(shè)資金、提高路面服務(wù)質(zhì)量具有積極意義，具有重大的經(jīng)濟及社會效益。6、前

15、期工作基礎(chǔ)及支撐條件前期工作基礎(chǔ)1、 目前已經(jīng)開展了對國內(nèi)、外基于物聯(lián)網(wǎng)施工監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)研。2、根據(jù)前期的調(diào)研資料，結(jié)合本工程的特點，已經(jīng)制定了初步的研究方案支撐條件：課題組的成員均從事多年的科研與工程技術(shù)工作，經(jīng)驗豐富，其中天津市市政工程研究院具有雄厚的技術(shù)力量和過硬的科研技術(shù)隊伍。具有交通部公路水運工程試驗檢測機構(gòu)綜合甲級資質(zhì)，工程咨詢、工程監(jiān)理、工程設(shè)計甲級資質(zhì)及樁基檢測全項資質(zhì)。我院擁有天津市質(zhì)量監(jiān)督檢驗站第29站。我院為天津市土木工程學會秘書長單位。我院百分之八十以上具有大本、研究生學歷。項目組成員曾承擔了多項橋梁科研工作。我院信息化研究所已在施工過程監(jiān)控的科研過程中取得了一定的成果

16、其中包括3項軟件著作權(quán)等發(fā)明專利，此外，我院還擁有天津市建設(shè)科技信息中心，具有豐富的科研資料和可靠的信息來源。7、計劃進度2013.02-2013.4 進行調(diào)研；2013.5-2013.04 結(jié)合施工現(xiàn)場和工藝要求，研發(fā)數(shù)據(jù)采集端的硬件設(shè)備；2013.05-2013.7 結(jié)合數(shù)據(jù)采集端硬件配套研發(fā)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊；2013.06-2013.09 進行軟件開發(fā)及系統(tǒng)集成；2013.07-2013.09 系統(tǒng)試運行及后續(xù)調(diào)試2013.09-2013.09.10 成果鑒定、報獎。8、參加聯(lián)合申請的各單位的分工河北省京秦二通道清東陵高速公路籌建處負責提供試驗場地、協(xié)調(diào)各個單位之間的關(guān)系，并負責提供必要的資料、人員、機具等。天津市市政工程研究院負責工程的主要研究工作、硬件設(shè)備研發(fā)、軟件開發(fā)、撰寫相應(yīng)的學術(shù)報告。9、項目負責人及主要研究人員姓 名年齡單 位職務(wù)或職稱項目或課題職務(wù)備注10、項目經(jīng)費概算（1）經(jīng)費概算經(jīng)費投入概算經(jīng)費投入概算科目預(yù)算（萬元）科目金額（萬元）部門撥款合計79其他撥款引進軟硬件費部門貸款儀器設(shè)備購置費6銀行撥貸款材料、燃動費16地方撥貸款加工費國際資助貸款方案設(shè)計4單位自籌現(xiàn)場試驗9借款程序研