截止2016年底，我國高速公路通車總里程突破了13萬km，躍居世界*。多年來，我國開展了大量公路工程的科學研究，也取得了很多科研應用成果，但對路面質量管理系統的研究相對較少。對于路面這類公共產品，目前我國施工質量管理系統及管理技術還不太完整，質量管理水平低下，其已成為制約我國公路路面質量進一步提升和發展的瓶頸。經過數十年的飛速發展，高速公路施工工藝日新月異，隨著工業革命4.0的到來，信息技術以全新的姿態滲透到各行各業。基于此，須對高速公路瀝青路面信息智能化施工進行探討，以保證路面施工質量能夠達到規范要求，使瀝青路面更加耐用、舒適、堅實，達到路面的平整度、穩定性要求。
為提高道路路面建設管理水平和管理效率，提高瀝青路面建設質量，本文基于瀝青路面傳統施工工藝的研究和探討，提出了依托互聯網通訊技術的路面信息化智能施工工藝，介紹了基于物聯網的路面施工質量實時監控系統，旨在提高公路工程建設瀝青路面施工質量管理水平。
國內施工技術發展現狀
中國高速公路建設起步時間較晚，技術力量儲備較薄弱。通常，高速公路路面早期破壞嚴重，根本達不到設計壽命，高速公路建成3～5年后就需要對其進行大中型維修。由于我國南北經濟差異較大，人口流動頻繁，致使運輸流量和交通負荷較大，車輛超載尤為嚴重。此外，已建成的路面結構中還存在很多技術問題，很多新建路段通車不久就出現了各種破損，如車轍、嚴重開裂、泛油、坑槽等。由于存在上述問題，故必須將目前高速公路施工標準化建設提到一個全新的高度。傳統施工方法主要存在如下不足:
1) 在拌和站生產系統中，后場原材料來源復雜，級配不穩定，混合料生產溫度不均勻，油石比波動較大，夜間施工以及施工企業的基礎技術相對薄弱，這些均對瀝青路面施工質量產生負面影響。因此，如何保證瀝青路面施工質量，延長其使用壽命，是目前瀝青路面施工面臨的一個重要問題。
2) 瀝青混合料運輸過程中，運輸車輛的監管一直處于空白狀態。施工企業為了節約資源成本，往往會根據工程建設實際情況，采用運輸車輛隨用隨走的租賃方式工作。而采用此種方式會致使瀝青材料在運輸過程中缺乏有效監管，運輸車司機的專業素質無法得到集中、科學的管理，運輸車到達施工現場的周期無法保證，汽車行駛速度無法預見，瀝青混合料運輸過程中可能存在掉包現象等。
3) 瀝青混合料攤鋪過程中，由于缺乏對攤鋪速度的實時在線監控，從而容易出現攤鋪面平整度可能較差的現象。傳統的瀝青路面施工過程中，由于對攤鋪溫度缺乏實時測量監控，且攤鋪面瀝青混合料溫度離析現象無法實時獲取，而攤鋪面一旦出現離析現象，瀝青面層的使用壽命就會大大降低，當攤鋪面離析情況嚴重時，其使用壽命會減少50%以上。再者，對攤鋪機停機待料現象缺乏監管，若攤鋪機等待時間過長，則瀝青混合料溫度就會過低，致使施工時攤鋪機熨平板容易出現拉毛現象。
4) 瀝青混合料碾壓過程中，目前工作面碾壓采用初壓、復壓、終壓步驟，一個工作面需配備2臺攤鋪機，6臺壓路機，以及灑水車等。在狹小的工作面上，如果沒有現場工作人員監督指揮，則會給施工現場帶來安全與質量隱患。
5) 瀝青路面各結構層均屬于磨耗層，往往設計較薄，而在同等自然條件下，薄層瀝青混合料溫度散失較快，碾壓施工有效時間較短，使得壓實度很難保證，從而造成壓實度不足、空隙率較大、滲水系數較大，致使路面容易破損。
傳統瀝青路面施工工藝存在施工盲目性，施工過程中攤鋪機的攤鋪速度、混合料的攤鋪溫度，壓路機的碾壓遍數、碾壓速度以及混合料的碾壓溫度、壓實度、壓實區域等關鍵指標不能得到實時監控、記錄，從而不利于對已建成的道路進行養管一體化建設。
基于物聯網技術的瀝青路面施工管控系統
物聯網的認知
“物聯網”概念首先由美國麻省理工學院提出，其就是目前所說的物聯網技術。物聯網是在計算機互聯網基礎上，利用射頻自動識別技術、無線數據通信等技術，構造一個覆蓋世界上萬事萬物的網絡。在公路工程中，物聯網技術是把RFID技術、紅外光感探頭、定位系統(GlobalNavigationSaliteSystem，GNSS)、激光測距儀等通過信息傳感設備與互聯網連接起來，進行信息交換，即物物關聯，以實現智能化識別和管理。
系統框架
路面質量信息化監控系統是利用物聯網架構的傳感技術、通用分組無線服務技術、長期演進技術(LongTermEvolution，LTE)等信息傳輸技術，將瀝青生產質量控制子系統，瀝青混合料拌和、運輸、攤鋪、碾壓等子系統整合到路面質量信息化監控系統平臺，實時采集施工過程數據信息，動態、真實、全過程地反映工程質量情況，并及時預警，以達到保證項目建設質量的目的。
瀝青材料生產監控系統。改性瀝青生產信息監管系統能夠實時監測材料比例、加工周期，從而有效提高改性瀝青生產質量。
瀝青混合料拌和監控系統。瀝青混合料拌和監控系統可實時采集每一盤料的拌和時間、各熱料倉熱料的投放質量、瀝青的投放質量、礦粉和添加劑的投放質量、瀝青溫度、集料溫度和混合料出料溫度等數據。
運輸車監控系統。運輸車監控系統除能夠識別瀝青混合料的裝料順序外，還能識別出料對應的拌和站生產某一時間段，以及卸料對應的攤鋪機具體攤鋪位置，包括車道和段落。
攤鋪監控系統。瀝青路面質量信息化攤鋪監控系統可實時采集混合料的攤鋪溫度、攤鋪機的攤鋪速度，以及整個縱斷面的鋪面溫度分布等施工信息。
碾壓監控系統。路面碾壓監控系統能夠有效監控壓路機碾壓混合料的壓實溫度、壓路機的壓實速度及壓實遍數3個參數，以保證路面壓實度。通過查閱任意樁號段落路基工程的壓實質量，包括壓路機的壓實遍數、壓實軌跡、壓實速度、混合料的壓實溫度等信息，客觀評價各標段的施工質量。利用安裝在駕駛室內的智能反饋系統，讓操作手了解到施工段落出現“漏壓、超壓”的具體位置，指導操作手進行操作。
實例應用
瀝青路面施工智能系統已在寧定高速公路得到成功應用并發揮了巨大作用。寧定高速公路全長254km，設計速度120km/h。為了更好地運用路面信息化監控手段以引導現場施工，在寧定高速公路信息化監控設備中采用的預警閾值是根據該項目施工指導意見而確定的。
瀝青材料生產監管系統
瀝青質量對瀝青路面性能有重要影響。目前我國高速公路中上面層普遍采用改性瀝青，因此通過安裝改性瀝青監控系統，可對材料比例、改性瀝青加工溫度等指標進行有效監控，并通過實時獲取聚合物改性劑與基質瀝青的用量比例，將其用曲線直觀地反映出來。可以看出，發育溫度與溶脹溫度差距較大，說明生產過程中改性瀝青的發育環境波動較大，成品改性瀝青指標需得到進一步重點驗證。
瀝青混合料拌和監控系統
瀝青混合料拌和站監控系統采集的數據包括各熱料倉的投放質量、瀝青投放質量、礦粉和添加劑的投放質量及油石比等信息。該系統把數據整理成服務程序需要的格式并通過GPRS發送到遠程服務器端，對可能的質量波動提前預警，并將實時、真實、可靠的數據以短信方式通知各級管理人員。可以發現，該瀝青拌和站生產的瀝青混合料其油石比較為穩定，未超出設定的閾值范圍?？梢钥闯觯焐a的級配都在設計上下限范圍內，但9.5～16mm篩孔通過率曲線離散性較大，表明熱料倉10～15mm規格的用量與設定的用量波動較大。
運輸車監控系統
利用RFID技術能夠監控瀝青混合料的運輸周期，包括瀝青混合料的出場時刻、攤鋪時刻、攤鋪結束時刻、攤鋪樁號位置等信息。
通過監控識別技術，能夠對車輛進行有效定位、識別、監控?？梢钥闯?，在施工ATB-25瀝青混合料過程中，開始攤鋪樁號與結束攤鋪樁號距離較短，說明結構層厚度較大。同時瀝青混合料的出場時刻與開始攤鋪時刻的時間差較大，說明瀝青拌和站與施工現場的運輸距離較遠。采用RFID技術，可對項目進行實時管理，從而可進一步加強管理人員對質量的把控。
攤鋪監控系統
瀝青混合料攤鋪時，在攤鋪機上安裝了高精度的GNSS定位板卡，其支持常用的GPS、北斗衛星定位系統，識別精度可達到厘米級。依靠實時動態差分技術，獲得了攤鋪的運動痕跡地理信息，從而實現了對瀝青混合料攤鋪速度、攤鋪里程的實時監管統計。
另外，在攤鋪機上還加裝了紅外溫度傳感器，以便對攤鋪溫度、鋪面均勻性進行監管。通過在攤鋪機上加裝多點紅外溫度傳感器，對瀝青混合料整體鋪面溫度進行測量，以了解瀝青混合料鋪面溫度離析情況。為實現現場施工的可視化，還開發了以外掛LED屏為載體的實時反饋體系，現場施工人員可在*時間知曉攤鋪信息。寧定高速公路所用紅外溫度傳感器均經過校準測量，足以保證測量數據的真實準確性。
碾壓監控系統
智能壓實的關鍵在于壓實機械的軌跡監管。信息監管系統通過自建定位參考基站，為安裝在壓路機上的定位流動站提供位置差分信號，同時通過現場自組WIFI網絡，將所有壓路機數據進行網絡連接，壓路機操作人員可通過平板電腦查看施工段落所有機械的壓實軌跡，以引導施工人員操作。由此可知，信息化的應用使路面壓實更為容易，并可使路面壓實度得到保證。寧定高速公路施工時，借鑒RTK實時動態控制系統，在施工機具上安裝了流動站，基準站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息傳送給流動站，以實現厘米級定位，不僅滿足了壓路機的軌跡定位，而且還可通過碾壓速度、碾壓溫度、碾壓遍數等參數來判斷材料的壓實狀態。
在公路路基路面工程施工現場安裝高精度的定位設備，建立了施工現場的定位基站，以對壓實機械的行走軌跡進行測量，獲得每個段落樁號路面材料的壓實遍數，并對施工中存在的薄弱環節及時予以反饋。通過寧定高速公路項目的實施，可達到如下目的:
1) 通過PC電腦可遠程查看各標段工地的施工狀況，包括當天施工段落、投入機械數量、碾壓遍數等信息，實現了*的質量巡查。利用安裝在壓路機駕駛室內的智能反饋系統，根據預設的標準比色圖可以了解施工段落出現“漏壓、超壓”的具體位置，易于進行錯誤補償，調整施工工藝。
2) 可查閱任意樁號段落工程的壓實質量，包括壓路機的碾壓溫度、碾壓速度等信息，便于客觀評價各標段的路面施工質量。
應用效果分析
質量分析
在寧定高速公路路面施工信息化監控過程中，監控內容涵蓋了上基層ATB-25、下面層AC-20C、上面層AC-13C瀝青混合料。施工過程中，系統將設備傳感器采集的基礎數據發送至服務端，數字型號在數據庫中通過數學模型等手段被轉換成表征路面質量的指標，同時系統會根據信息化監管系統作出相應評分。由于項目工程質量的優劣直接反映生產建設各個環節的成果，而綜合質量評分是根據信息化監管的預警率計算獲得，其有助于管理者可以從宏觀角度觀察項目的整體狀況，因此，在瀝青路面施工過程中對項目質量的智能化監控就顯得尤為重要?？梢钥闯?，上面層AC-13C瀝青混合料綜合得分97.48分，下面層AC-20C瀝青混合料綜合得分98.39分，上基層ATB-25瀝青混合料綜合得分94.21分。
效益分析
寧定高速公路項目交通建設施工質量管控信息化、智能化的變革，提高路面施工質量和效益，推動了我國公路路面施工質量監控理論和技術的較大進步，對于促進我國公路建設、管理和養護技術水平的提高，打造“資源節約型和環境友好型”公路工程，都具有十分重要的意義。
在瀝青路面施工過程中，通過瀝青路面信息化監管，不僅推動了互聯網信息化的發展，建立了新的施工制度，使公路工程施工過程中大量寶貴的數據資源得以保存，減少了后期因病害治理查找資料需花費的大量人力物力，同時還有效提高了瀝青路面的施工質量，延長了瀝青路面的使用壽命，避免了因偷工減料造成的路面早期損壞，節約了養護成本，保證了高速公路的順利通行，具有較好的經濟效益。
結束語
隨著物聯網技術的發展，瀝青路面施工質量控制技術朝著智能化方向邁進。本文基于物聯網的瀝青路面施工過程管控技術，建立了瀝青路面智能監控系統，從項目建設初期開始，通過對大量數據的采集分析，使公路工程施工過程中的大量寶貴數據資源得以保存。改性瀝青材料生產，瀝青混合料拌和、運輸、攤鋪、碾壓等數據信息通過通信模塊被及時上傳到服務器，從而可以動態、真實地反映工程質量狀況。另外，瀝青路面智能監控系統還建立了高速公路建設周期數據庫，實現了對工程質量的動態控制，其對于及時發現并分析質量問題，提高路面質量和服務水平具有積極意義。
