你的投资终将有回报：新技术可以改善路面性能

陈思茹 陕西交通职业技术学院，陕西 西安 710018

导语：

日益增强的计算能力不但改善了分析，而且开始主导各行各业的决策。说起“大数据”的例子，很多人可能会想到职业球队、社交媒体平台或者像亚马逊这样的互联网巨头，却鲜有人提及沥青行业。

大数据已经进入沥青行业。“大数据”是一个相对较新的流行语，用于描述极大的数据集，这些数据集经过计算分析，被用于识别模式和趋势。

日益增强的计算能力不但改善了分析，而且开始主导各行各业的决策。说起“大数据”的例子，很多人可能会想到职业球队、社交媒体平台或者像亚马逊这样的互联网巨头，却鲜有人提及沥青行业。

事实上，数字时代带来智能系统的发展，使用户可以在任意位置实时监控沥青混合料的摊铺与压实，也给人们创造了利用这些信息来改善路面质量的机会。

压实度是用于评估路面质量的主要参数。美国联邦公路管理局(FHWA)最近进行的研究表明，压实度提高1个百分比，路面寿命会相应地延长10%。压实度会受到材料和工艺的影响，传统的做法却仅基于最终路面的局部测量结果来评估它。智能化施工系统通过监控施工期间的混合料运输和压实，提供铺路过程的全局视图，并激励施工人员采取最佳做法(best practices)。

诸如安装在摊铺机上的热分析装置(Paver Mounted Termal Profling，简称PMTP)和智能压实技术(Intelligent Compaction，简称IC)，自2000年代中期以来在各种示范和试验项目中使用之后，都获得了在实际工程中应用的机会。

摊铺机热分析装置和智能压路机需要在项目中使用GPS来监控施工的各个方面，并将其与空间位置关联。它们还包含一个安装在设备上的数字显示器。数据收集是一个涉及至少三个数据源的连续过程。来自设备的读数和位置数据将被直接导出到云端，并输入到名为Veta的软件中。Veta是一种基于地图的工具，用于查看和分析地理空间数据，目前由明尼苏达州运输部和TPF-5(334) 联合基金项目资助。

Veta是一种基于地图的工具，用于查看和分析地理空间数据。

该软件进行数据分析，确定结果是否符合与铺层温度分布和压实相关的规范。相对于当前的做法，该过程代表了显著的进步，因为它可以在没有任何用户交互的情况下处理和分析来自机器的信号。此外，现有系统允许手动输入传统的单点数据(比如通过取芯测得的压实度)，因此传统数据可以与来自智能化施工系统的全局信息相结合。

PMTP系统用于跟踪摊铺机的运动和路面铺层温度的分布，从而量化温度离析。获得理想的压实度，需要在适当的温度下摊铺和压实。不均匀(比如发生了温度离析)的铺层温度极有可能引起压实度的变化。在最近的一份规范中，明尼苏达州运输部为温度离析控制设定了奖惩标准。图1为均匀的温度分布与温度离析剖面的视觉对比。两张热剖面图都是从2018年的项目生成的，PMTP数据均使用基于Web的摩巴“摊铺项目管理”( Pave Project Manager)应用程序进行分析。

图1 均匀的温度分布与温度离析剖面对比

基于温度差异的规范为公路部门保证了路面质量的一致性，并激励施工承包商改进摊铺实践。温度离析数据与PMTP系统收集的其他信息相结合，提供了摊铺的最佳做法(例如使用物料转运车、不在料斗干燥时运行摊铺机和保持均匀的摊铺机速度)的切实验证。随着行业的劳动力日趋年轻，这些信息成为有价值的教学工具，向他们展示良好的摊铺项目的特点以及不遵循最佳实践的后果。

虽然控制混合料的运输与摊铺很重要，但是这只是成功了一半。智能压路机通过提供测量底层支撑条件的工具，并从压实过程中消除主观性，才得以完成闭环，实现压实度的一致性。摊铺后的预压密实度可能只有85%～88%，需要经过一系列压路机的碾压，现场压实度才能达到目标值(92%～94%)。

传统的做法是在项目早期设定压路机的碾压模式，然后通过测量现场压实度来验证。压路机操作员有责任统计碾压次数，并记录压路机的启动和停止，这就存在由于人为错误而导致压实不均匀的风险。智能压路机通过跟踪给定区域的碾压次数来提高一致性。它还包含一个刚度计，可以在开始摊铺之前找到施工区域的薄弱点。通过换上更稳定的材料可以改善这些区域的支撑条件，也有助于压实。

图2表明了我们为什么需要智能压实技术。如图所示，目标碾压模式没有实现。大部分路面区域仅被碾压一或两遍，并且在整个车道宽度上的压路机覆盖范围也不一致。智能压路机可以显著地提高一致性——每碾压一遍，操作员都会看到软件界面改变颜色；在达到目标覆盖范围时，也能看到指示。

智能压路机可以用作施工承包商的质量控制工具，或用于验收。FHWA的智能压实联合基金项目(Transportation Pooled Fund Program)的规范建议，对目标碾压覆盖率低于70%的任何子区域采取抑制措施。迄今为止，刚度测量主要用作施工前的绘图工具。

这些技术的实施得到了FHWA的954号联合基金项目的支持。该基金项目于2008年启动，参与者包括12个州运输部、设备制造商和施工承包商。两个主要的可交付成果是AASHTO分别针对PMTP和IC的标准(PP-80和PP-81)。执项目之牛耳的，是公认的智能压实技术的领导者——明尼苏达州运输部。该州运输部从2014年开始逐步在长度超过4英里的工程部署了PMTP和IC技术，并于2018年完成。

其他州纷纷效仿。截至2017年，有23个州针对沥青路面智能压实的规范处于不同的发展阶段。随着该技术的使用变得更加普遍，规范限制将得到改进。初步的结果已经表明，通过将智能化施工系统整合到路面施工中，对公路部门和行业都有明显的好处。

图2 智能压路机可以显著地提高一致性