高等级公路沥青路面施工质量监控系统的研究与开发.doc

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1、河北省交通厅科技计划项目申 请 书（科 研 项 目）项目或课题名称： 项 目 类 别： 应 用 研 究 承 担 单 位： 河北省高速公路京秦二通道筹建处 协 作 单 位 天津市市政工程研究院 归口申报单位： 河北省交通厅科教处 申 报 日 期： 2013年 1月河北省交通厅制订1、研究的目的、用途和意义随着我国公路建设的飞速发展，沥青混凝土路面被我国高等级公路越来越普遍地采用，交通量及其轴重越来越大，对沥青路面的结构要求和施工质量水平提出了更高的要求，沥青路面是采用沥青材料作结合料粘结混合料修筑面层的路面结构是整个道路工程施工的重要环节，沥青混合料铺筑的好坏将直接影响到通车后道路的安全性与舒适

2、性。如何确保沥青混合料铺筑的施工质量是整个沥青路面施工过程中最重要的工作之一。公路路面沥青混合料离析问题是一个在实际的公路路面施工过程中最容易出现的典型质量问题，导致公路路面在结构上和纹理上的极端差异性，这种现象对公路路面主要产生的影响主要有路面的坑陷变形以及车辙等。沥青混合料出现离析的主要因素有：沥青混合料的拌合、运输及摊铺碾压。1. 沥青混合料的拌合：生产沥青混合料的拌合楼大都采用间歇式拌合设备，虽然规范明确要求拌合站必须配备打印机，并实时打印相关数据，这对沥青混合料质量控制起到了一定的作用。但到目前为止，除打印机外，国产及进口拌合设备几乎都没有数据采集系统，更无实时在线数据处理分析及监测

3、系统，这就使得沥青拌合楼拌合质量的实时监控十分困难。2. 沥青混合料的运输：运料车无法及时将混合料运输到现场，造成混合料摊铺温度无法达到施工作业要求。3. 沥青混合料的摊铺碾压：沥青路面压实不够，路面平整度差，路面施工不精细，强度不均匀，路面早期破坏严重当前的技术现状是无法实时、准确、有效的监测以上施工环节。本课题基于物联网技术，以沥青混合料的拌合、运输、摊铺碾压为切入点，全程监控沥青路面施工过程，并归档入库为日后的养管工作提供第一手的原始数据。对于实现高等级公路建设的精细化管理、确保施工质量具有十分重要的意义，具有广阔的推广应用前景。2、国内、外研究现状、发展趋势及省内需求国外发达国家从70

4、年代开始，已经研究和推广沥青路面施工过程中动态质量管理和过程控制，美国在路面施工中非常注重质量控制与管理，至今，已经形成一套较为成熟并以推广使用的科学的路面施工质量控制与管理方法和程序。国外路面施工质量控制与管理方法主要根据质量控制与管理目标，按照不同气候环境、不同材料、不同施工技术水平、不同机械组合、不同管理层次，设定相关的制度和程序，以达到程序化、规范化和标准化的目标。并且通过有计划的组织、协调和控制，通过工程的事前、事中及事后质量控制与管理，满足各项指标都在预期目标范围内，达到施工质量控制的标准化、规范化。由于我国沥青路面的研究起步较晚，对于沥青路面的质量控制与管理方面还处于比较粗放的状

5、态，近年来，虽然对路面施工的的控制与管理制定了详细的规范指标，还从建设单位，设计、施工单位以及监理单位全方面入手，制定了立体综合的质量管理程序，但就目前我国在施工质量管理上仍存在着很多的不足，比如总体管理目标不明确，分目标混乱，从而造成施工管理的盲目性；管理程序的人为主观性过强；质量监督过程有疏漏点，施工质量的控制往往仅限于事后控制；现有的一些实验指标不能充分反映出施工质量好坏程度等诸多问题。因此，我们仍然要在施工管理的过程中不断发明创新，总结经验，不断地完善我们的路面施工质量综合管理方法和程序。我国部分省市近几年在施工质量控制与管理方面引入了工程第三方质量监控体系，山东、江苏、广东等省市引入

6、第三方质量监控，即工程技术咨询单位受业主委托对工程项目进行质量检测和质量评价，并提出质量改进措施的质量保证的第三方。第三方质量监控注重于技术指导、路面过程检测控制等，对路面的质量起到了重要的保证作用。近年来，各国对施工质量的“过程控制”及“动态质量管理”都越来越重视，但我国现在真正能做到“过程控制”的项目还很少。纵观我国的工程质量管理体制、方法，包括监理制度在内，除了目测凭经验判断及注意施工工艺外，绝大部分都是对产品进行事后“质量检查”，还不能说是过程中进行“质量控制”。规范规定的做法基本上是施工过程中按规定的频度取样、试验，事后得出数据对施工质量评价是否符合指标要求，合格的进行检查验收，不合

7、格的责令返工，而这样的控制方式不利于工程质量的保证。但是，国内利用物联网技术进行系统的施工动态监控，目前还处于空白。虽然各高校及科研单位均在某一单独领域，如：沥青的拌合、沥青路面的碾压等。但国内暂未出现系统的沥青路面施工质量监控系统。3、主要研究开发内容、技术路线、研究创新点及技术关键、主要研究内容沥青路面施工质量实时监控系统针对沥青路面施工的三大重要环节分为四大子系统：热拌沥青混合料质量实时监控子系统、热拌沥青混合料运输实时监控子系统、沥青路面摊铺质量实时监控子系统及沥青路面压实质量实时监控子系统。主要研究内容如下：（1） 硬件设备开发；（2） 软件开发；、技术路线（1）热拌沥青混合料质量实

8、时监控子系统：热拌沥青混合料质量实时监控系统由四个子系统组成：拌合楼数据采集系统、热料仓热料自动筛分系统、数据处理系统及网络系统。（2）热拌沥青混合料运输实时监控子系统：热拌沥青混合料运输实时监控系统由：车载GPS定位子系统、车载视频监控子系统、及单兵对讲子系统组成。可实现实时定位运输车辆、运输途中全天候视频监控，可通过3G无线网络实时将视频回传也可本地摄录、随时呼叫运输司机。（3）沥青路面摊铺质量实时监控子系统： 沥青路面摊铺质量实时监控系统主要包括摊铺状态检测、晕平板实时跟踪定位、集成控制机、现场无线通讯网络、现场移动检测终端、远端综合服务器等部分构成。可对摊铺过程实现实时有效的监测。（4

9、）沥青路面压实质量实时监控子系统：采用RTK（Real - time kinematic）实时动态差分法，记录每一台压路机的行走轨迹，并进行分析，并通过DTU无线传输设备，应用并行通信软件，将压路机中采集的数据转储到专用计算机上。编制程序软件，将提取的数据实时进行处理，对每台压路机的运行轨迹做图像化处理，能够以图像的形式显示运行轨迹。实现数据实时网络传送，将数据实时传送给项目管理者进行及时、准确的决策。、研究创新点（1）热拌沥青混合料质量实时监控子系统：热拌沥青混合料质量实时监控系统是在已有拌合楼质量控制系统的基础上，进一步开发的沥青混合料质量实时监测系统，实时监测并评价每一盘沥青混合料的总体

10、质量，并为拌合楼操作人员提供在各种情况下的问题解决方案，同时，在施工过程中实施将所有质量检测及统计结果通过网络传送给项目管理者，第一时间为项目管理者发现问题并进行决策提供可靠、有效的数据。（2）热拌沥青混合料运输实时监控子系统：本系统从业务流程的角度上可分为：监控中心部分和车载系统部分，下面分别对这两部分进行介绍：n 监控中心部分：监控中心是本系统的核心，所有车载视音频信息都汇聚于此，它负责整个系统的集中控制、统一管理，实现各种业务应用。主要设备包括：数据库管理单元（DBU）、中心管理单元（CMU）、媒体交换单元（MSU）、移动业务管理单元（WPU）、移动分发单元（MGU_DS）、移动转码单元

11、（MGU_TC）、车载业务应用单元（VSU）、监控/管理业务台（CU/MU）、磁阵、多媒体交换单元、电视墙、话筒、扬声器等。n 车载系统部分：系统集成了最新的GIS和GPS技术，支持EVDO、WCDMA、TD-SCDMA等多种无线传输网络，可以随时对远程运行中的车辆进行实时视频监控、中心语音广播和双向语音对讲，支持多样化的访问手段，如：PC监控客户端、电视墙、手机监控终端（MCU）等。在接收到车辆实时告警信息或突发事件下，可以帮助用户纵观地图上所有车辆运行状态，方便用户根据车辆的实时视音频情况，结合不同的地理信息，进行直观、快速、及时、有效的现场应急指挥。各级监控中心和分控点还可以共同分析、决

12、策，以便在第一时间及时发现问题，有利于提高在运输领域的辅助决策与指挥功能，提高处理突发事件的快速反应能力。（3）沥青路面摊铺质量实时监控子系统：实时采集摊铺机运行轨迹（x,y,z）、熨平板振动状态和斜角；根据设定的标准摊铺高程（或厚度）和熨平板的标准振动状态，当摊铺过程中实时监测到的上述参数不达标时，可实现远程监控端报警；在当前工作面结束后可输出图形化报表。（4）沥青路面压实质量实时监控子系统：沥青路面压实质量实时监控系统是一套实时监控沥青路面压实质量的监控系统。本系统可在施工过程中动态监测沥青路面压实质量，并将监测结果第一时间发送给项目管理者，并提示那些路段出现压实质量问题。、技术关键1）大

13、量调研国内、外工程建设的实际经验，研究各个工程的优缺点，取其精华、弃其糟粕；2）根据清东陵高速公路建设的实际情况，选择有代表性的几个点作为研究基地，全方位、多角度的研究高速公路的建设对自然保护区的影响；3）将研究得出的试验数据进行认真对比分析，找到最重要影响因素，给出相应的解决方案；4）将研究成果进行推广应用，用实际工程项目来验证该理论的正确性。4、试验规模、研究地点及项目完成后达到的主要技术经济指标实验规模：本课题针对清东陵高速，依托具体的工程，依据国家最新规范的要求，服务于京秦二通道清东陵高速公路筹建处。研究地点：施工现场及天津市市政工程研究院下属信息化研究所。主要技术指标1、完成沥青路面

14、施工质量实时监控系统所需的硬件设备开发。2、开发一套适用于京秦二通道清东陵高速公路筹建处的沥青路面道路施工质量实时监控系统软件。5、成果应用前景、经济、社会效益预测项目的开发在现有工程机械的基础上，安装了基于物联网技术的传感设备，将施工过程中的真实有效的数据通过无限网络发送至数据中心进行统计分析。实现了由效率低的事后检测向实时控制监测的突破。对提高沥青沥青路面质量，提高管理效率，节约建设资金，保证监测数据的真实性及可靠性，提高路面质量评价客观性上将产生深远的影响。本项目研究成果的应用，使得沥青路面质量进一步提高，对节约国家建设资金、提高路面服务质量具有积极意义，具有重大的经济及社会效益。6、前

15、期工作基础及支撑条件前期工作基础1、 目前已经开展了对国内、外基于物联网施工监控系统的调研。2、根据前期的调研资料，结合本工程的特点，已经制定了初步的研究方案支撑条件：课题组的成员均从事多年的科研与工程技术工作，经验丰富，其中天津市市政工程研究院具有雄厚的技术力量和过硬的科研技术队伍。具有交通部公路水运工程试验检测机构综合甲级资质，工程咨询、工程监理、工程设计甲级资质及桩基检测全项资质。我院拥有天津市质量监督检验站第29站。我院为天津市土木工程学会秘书长单位。我院百分之八十以上具有大本、研究生学历。项目组成员曾承担了多项桥梁科研工作。我院信息化研究所已在施工过程监控的科研过程中取得了一定的成果

16、其中包括3项软件著作权等发明专利，此外，我院还拥有天津市建设科技信息中心，具有丰富的科研资料和可靠的信息来源。7、计划进度2013.02-2013.4 进行调研；2013.5-2013.04 结合施工现场和工艺要求，研发数据采集端的硬件设备；2013.05-2013.7 结合数据采集端硬件配套研发数据发送模块；2013.06-2013.09 进行软件开发及系统集成；2013.07-2013.09 系统试运行及后续调试2013.09-2013.09.10 成果鉴定、报奖。8、参加联合申请的各单位的分工河北省京秦二通道清东陵高速公路筹建处负责提供试验场地、协调各个单位之间的关系，并负责提供必要的资

17、料、人员、机具等。天津市市政工程研究院负责工程的主要研究工作、硬件设备研发、软件开发、撰写相应的学术报告。9、项目负责人及主要研究人员姓 名年龄单 位职务或职称项目或课题职务备注10、项目经费概算（1）经费概算经费投入概算经费投入概算科目预算（万元）科目金额（万元）部门拨款合计79其他拨款引进软硬件费部门贷款仪器设备购置费6银行拨贷款材料、燃动费16地方拨贷款加工费国际资助贷款方案设计4单位自筹现场试验9借款程序研究编制劳务费14国内外调研费5理论计算分析8资料费3鉴定费5不可预见费5合计管理费4注：“其它”一栏是在与几栏内容均不相同时具体填写（2）资助方式及金额资助方式：全部偿还 部分偿还 不偿还偿还额： 万元申请单位意见：年 月 日（盖章）归口申报单位意见：年 月 日（盖章）专家论证意见：主任委员： 签名 年 月 日（盖章）省厅审批意见：年 月 日（盖章） 专家论证推荐意见表（由专家独立填写，不得代替后签名）项目名称承担单位专家情况姓名年龄工作单位所学专业现从事专业职 称推荐意见专家签名：. . .年 月 日 15- 15 -