超薄罩面无人摊铺碾压技术应用_朱然.pdf

建筑机械12本刊特稿FEATURES为进一步贯彻落实公路全寿命周期养护理念,提升高速公路表面功能及耐久性,最大限度利用原有路面结构效能,在降低养护维修成本的同时,实现节能减排的绿色交通目标,此次采用施工占道时间少、抗滑性能好、行车噪音低的超薄罩面“四新技术”,对庐铜高速公路全线进行路面提升试点施工。结合薄层罩面施工工艺及占道作业方式的特点,本次采用无人摊铺碾压技术可有效提高施工质量,减少现场人员投入,增加现场安全系数。同时与薄层罩面施工形成优势互补,开创了高速公路不中断交通流、路面快速无人化养护施工的先河。1 路面无人化施工工作原理无人摊铺碾压技术原理见图1,摊超薄罩面无人摊铺碾压技术应用朱 然，韦祥峰，朱洪睿2，范廷锴2，武博文2，于 镭2（1.安徽交控工程集团有限公司，安徽 合肥 230088；2.徐工集团工程机械股份有限公司，江苏 徐州 221001）摘要高速公路养护施工中,通常采取占用部分车道施工的方式,但是这种施工方式存在着不少弊端,尤其是施工时间短、质量控制难度大、参与施工人员多导致的安全管理压力倍增。因此,在庐铜高速公路开展了高抗低噪薄层无人化摊铺碾压技术应用,可有效提高施工质量,减少现场人员投入,增加现场安全系数。同时与薄层罩面施工形成优势互补,开创了不中断交通流、路面快速无人化养护施工的先河。关键词高速公路养护；无人摊铺碾压；超薄罩面中图分类号U418.6文献标识码A文章编号1001-554X（2023）02-0012-05DOI:10.14189/ki.cm1981.2023.02.022收稿日期 2022-10-19通讯地址 朱然，安徽省合肥市包河区西藏路1666号滨湖时代广场C1号楼数据自动采集及大数据分析、智能施工技术与装备、无人工地智能化管控5大方面问题,形成了集群化施工路径规划、多传感器融合的障碍检测、无人集群施工数字化管理平台、沥青摊铺雷达测厚、智能碾压、智能摊铺等创新技术。技术人员只需把施工路段的碾压轨迹、速度等参数提前设置好,无人驾驶摊铺碾压设备就会自动完成既定的行驶、转向等一系列工作,有效避免了人工操作可能导致的漏压、过压、欠压、超速等问题。目前国内外只有单台工程机械无人驾驶的操控案例,集群作铺无人化设备架构见图2。传统路面施工的特点是多机型协作施工,需要大量的机手和协调人员,带来诸多问题：大量人工开支；施工效率低；人工操作施工产生漏压、欠压、超压；机器排放对环境的污染；机器强振动、噪音对人身健康的潜在危害；高原、大坝等恶劣环境给施工人员带来的安全风险,用无人摊铺碾压技术代替人工是解决质量、效益和成本的最优方案。通过开展融合工地作业现场实时感知系统、无人作业环境下“机-料-法”耦合特性及其协同作用机制、大数据融合分析与深度集成、非结构化全域环境下交通工程装备无人作业技术、智慧无人工地集成建造系统等技术研究,解决了环境智能感知、质量智能控制、2023/02 总第564期 CONSTRUCTION MACHINERY13业还处在理论研究和探讨摸索阶段,没有先例可供参考,该项目不中断高速公路交通,保持部分车道通行施工形成的技术创新点在行业内都是绝无仅有的。2 无人化集群施工关键技术2.1 无人碾压施工核心技术（1）压路机运动学控制技术。配备全液压系统的新型压路机可以通过电控方向盘、铰接传感器等设备接入无人化控制系统,实现控制指令对车辆动作的直接控制。车辆获取到目标路径后,会自主计算合适的车速与转角,驶入目标路径。压路机还具有速度斜坡启停（软启软停）、提前停振等功能,减少对路面的破坏,提升压实质量。（2）密实度雷达检测技术。单一的智能压实传感已经有很多厂家在进行研发,但是一直都没有质的突破。此次应用通过搭建碾压模型,将施工区域进行网格化划分,并打通密实度轮迹等的实时状态,将信息作为无人施工关键过程参数之一,闭环调节碾压遍数、振动频率、振动幅度,实现最佳的压实次数,最终提高施工效率,确保施工质量（见图3）。（3）集群施工工艺策略算法。将传统的工艺通过算法实现,由摊铺机领航施工,采用两侧的高精度定位移动站,CT一样实时获取施工区域,并通过算法保障无人化路面机械彼此之间快速高效地进行协调配合,合理的避免冲突发生及意外突发情况的处理,实现完整高效的集群化策略,采用紧跟慢压模式,结合碾压遍数,保证总体的集群化采用阶梯式作业流程（见图4）。2.2 无人摊铺施工核心技术（1）摊铺自行走技术。由操作人员通过手持移动站将摊铺施工路径进行预采集或者将施工图纸转化成摊铺机自动行走的引导路径,摊铺机结合车载定位设备,实时控制车辆的行走,将摊铺机机手彻底释放出来。同时将车辆的启停与料斗控制放到手持平板中,可由操作人员远程控制（见图5）。（2）沥青雷达测厚技术。利用电磁波对地表的穿透能力,图1 无人摊铺碾压技术原理电控方向盘车载无人操控系统车载平板定位天线激光雷达定位主机设备定位安全检测轨迹引导毫米波雷达控制车辆电控系统成套化设备无人化施工解决方案专业的无人化施工团队图2 摊铺无人化设备架构图4 集群施工工艺策略算法卫星定位辅助定位无人驾驶碾压机群GPS基准站有线监控中心通信链路通信链路远程监控中心无线通信天线数据库服务器无线图3 密实度雷达检测技术压实度雷达建筑机械14本刊特稿FEATURES从地表向下发射某种形式的电磁波。电磁波在地下介质中传播,并在电磁特性变化的界面发生反射,通过高灵敏度接收反射回波信号,并依据时延、波形及频谱特性变化解析出目标深度、介质结构及性质等重要信息（见图6）。2.3 数字化施工核心技术结合边沿服务器和大数据中心,实时监控项目的进展与压路机的状态。当生产状况发生各种变化,结合知识库和规则库对故障进行处理,按预先的优化规则动态调整设备工作参数、数量等,实现施工过程调度与施工状态监控（见图7）。（1）摊铺管理模块展示了摊铺机的施工情况统计,以结构层为单位进行展示。该模块包含5个子功能,分别为摊铺里程、摊铺温度、摊铺速度、虚铺厚度和当日摊铺。（2）碾压管理模块包含4个子功能,分别为最高温度、碾压速度、碾压遍数、当日碾压。（3）历史回放是模拟现场机械施工的情况,选择工程、标段、开始和结束时间、机械类型,点击回放按钮,即可进入摊铺碾压的历史回放界面。实时监控用来观察现场机械施工的情况,选择工程、标段、机械类型,点击回放按钮,即可进入摊铺碾压的实时监控界面。（4）预警信息。该功能主要为查看摊铺和碾压的报警情况,可以进行时间段内查询和桩号区间段内查询,根据时间查询预警信息数据。3 本项目实施情况3.1 摊铺及人员配备方案本次无人化超薄罩面试验段施工工期为：2022年9月18日9月22日,项目采用1台RP805摊铺机,路面摊铺宽度3.753.90m,摊铺厚度2.0cm,按照预估的拌合站生产能力,摊铺速度定为5.08.5m/min,夯锤等级为650r/min。无人化专业技术团队3人,完成10km试验路段的沥青路面摊铺。3.2 沥青罩面碾压方案沥青罩面碾压方案见表1、图8。沥青超薄罩面压实依据“紧跟、图5 摊铺自行走技术摊铺机自行走控制料斗自动控制施工轨迹预采集沥青雷达测厚技术温度场离席检测技术图7 数字化施工核心技术集群施工可视化管理摊铺管理模块碾压遍数施工监管预警信息b雷达天线雷达主机人机交互显示器云服务a测厚雷达图6 沥青雷达测厚技术2023/02 总第564期 CONSTRUCTION MACHINERY15慢压”的原则,因作业空间的限制,初压和复压采用钢轮压路机同进同退策略,压路机之间重叠碾压,保证前后梯队碾压轮迹的消除。终压采用胶轮压路机在路面70左右进行碾压,用来提高沥青混合料表面颗粒的稳定（见图9）。3.3 无人化施工关键点控制（1）横向接缝施工。碾压时人工用双钢轮压路机进行斜向压实,待摊铺机拉开15m段落后,双钢轮压路机自主无人从中间分开向一端成45角碾压,前振后静,从先铺路面上跨缝逐渐移向新铺面层。（2）为保证压实度和平整度,初压应在混合料不产生推移、开裂等情况下尽量在摊铺后较高温度下进行,必须紧跟着在尽可能高温状态下开始碾压,不得等候。初压、复压应遵循“紧跟、慢压、高频、低幅、少水”的原则进行。（3）碾压时按照无人集群规划路径缓起缓停并错轮碾压,避免碾压时混合料推挤产生拥包。碾压位置不停留在同一断面上,呈有序阶梯形。（4）初压后人工局部的补料,可以通过操作手持平板使压路机振动解决。（5）边部碾压。正常无人化集群施工手持平板支持一键调整碾压到边的距离,实现边部碾压。（6）因单车道施工区域过窄,双钢轮加水时车辆无法错位加水（前车加水时,后车无法补位）,所以需要选择压力大、流量大的洒水车。加水时,未压区域距离控制在2050m范围内。3.4 安全识别预警体系无人化集群结合北斗高精度定位,在策略中压路机集群与摊铺机之间设定了安全距离,压路机跟随摊铺机在安全距离之外。梯队与梯队之间也有设定的安全距离,各梯队车辆不会进入到其他区域内。同时整个系统配备有3级制动控制策略,第一级是车辆前后安装有多传感防撞系统雷达做到5m减速、2m制动,第二级车辆外侧安装有急停开关可以直接人工制动车辆,第三级无人化手持平板具有一键停止功能,操作人员可以及时制动车辆,确保设备在施工过程中的绝对安全（见图10）。4 无人摊铺碾压技术应用与成果随着人工智能、大数据等新一代信息技术与交通行业深度应用,人们对道路养护施工高效率、高质量、高安全、零事故的呼吁越来越强烈,在未来采用无人技术代替人工是解决质量、效益和成本的最优方案。表1 沥青罩面碾压方案方案编号碾压组合方式种类吨位/t数量/台压实方式碾压方案（1+1+1）钢轮振动压路机13.21初压：1台XD133S压路机静压2遍,碾压速度5km/h。搭接处两车道错轮1/2轮。钢轮振动压路机13.21复压：1台XD133S压路机静压2遍,碾压速度5km/h。搭接处两车道错轮1/2轮。胶轮压路机30.31终压：1台XP305S胶轮压路机距摊铺机150m碾压2遍。图8 沥青罩面碾压方案终压：1台XP305S复压：1台XP133S初压：1台XD133S摊铺：1台RP805图9 庐铜高速无人化机群建筑机械165 后续改进及预解决方案后续改进及预解决方案见表2。6 结束语无人化摊铺碾压技术的应用,推动了不中断交通流、路面快速养护施工的智能化进程,推动了多维感知、高精度定位、智能网联终端设备在路面施工机械中的应用,引发了路面施工装备技术和产业变革,符合交通强国建设纲要、数字交通发展规划纲要对智能型施工装备的要求,进一步提升安徽高速路面技术状况水平,有效抑制路面病害发展速度,为打造交通强省、服务人民群众、保障高速畅通、践行“皖美出行”勇当开路先锋。参考文献1 武博文,薛力戈,朱洪睿,等.路面无 人化施工集群装备技术研究J.建 筑机械,2021(01):18-20.2 谢锐.浅谈沥青路面成套设备智能化 施工技术J.价值工程,2021,40(09):129-131.3 聂浩,聂汉鼎,袁萍.沥青路面智能 无人化集群摊铺碾压施工技术J.江西交通科技,2022(03):4.本刊特稿FEATURES（1）提升施工质量：不漏压、不过压、不超速。无人摊铺碾压技术通过基于北斗高精度定位技术实现对施工碾压轨迹的精准控制,保证了施工的一致性,有效避免了人为操作过程中常出现的漏压、过压、欠压、超速等问题,避免了由于人为操作水平不一致导致的碾压质量问题；无人摊铺碾压技术实现了智能化、信息化施工,保证了摊铺均匀性、碾压压实度和表面平整度,最大程度提高了面层施工质量。（2）提高施工安全：大大减少传统工艺操作手疲劳驾驶或者注意力不集中、视线不清导致的安全事故隐患,提升路面不间断施工的安全系数。在安徽省高速公路不中断交通不改变交通流的情况下,该功能的应用可最大程度减少图10 压路机安全预警、识别系统表2 后续改进及预解决方案序号问题预解决方案1不封闭交通施工,贴近通车侧边缘施工的安全问题。持续优化定位精度,并辅助其它定位方式,实现将安全距离由50cm压缩到20cm以内。2摊铺速度快,摊铺进度达24km/min,信号基站摆放