沥青混合料动态质量监控系统在新疆公路工程中的推广应用

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  摘要:本文基于对国外沥青路面施工过程动态质量监控系统的分析,结合目前我国高速公路所采用的质量管理监控系统现状,分析得出我国现阶段所使用的动态质量监控系统中的不足,最后针对我国的具体特点,研制开发了适合新疆高速公路沥青路面施工过程的质量动态监控系统,该系统有效提高了新疆路面的施工品质,并为新疆地区公路事业的发展起到了积极推动作用。
  关键词:DTJ黑匣子质量监控 动态监控系统
  中图分类号:TU528.42文献标识码: A
  
   引言
  随着我国高速公路标准化建设活动的深入开展,作为混合料生产环节的标准化生产和质量动态监控系统也得到了发展。在克服拌合设备、工艺、管理环节的随意性,提高其可控性等方面进行了改进和提升,从混合料生产环节为整体工程施工质量奠定了基础。
  在国外发达国家,沥青路面施工过程中动态质量监控系统数据库早在1990年前应用就相当普及,并已相对完善。
  近年来国内在这方面也有了一定的研究,包括长安大学、同济大学、东南大学、同望公司等多家科研院校和企业单位均在开展拌合料监控系统的研发。与国际水平相比,国内的系统还有很多方面需要完善,例如当前系统基本未能实现数据动态实时传输和后台自动智能分析后的数据评判,还无法达到动态实时预警及过程中的及时分析与调整,无法满足动态监控及调整沥青混合料拌合级配、油石比等关键参数的需求等。
  据不完全统计,在河南、安徽、陕西、湖南、新疆等省份有近20多个已建、在建高速公路或市政道路的建设过程中使用过或正在采用各类监控系统来监管。目前,拌合楼动态监控系统也逐步受到建设项目管理部门的青睐和认可,作为管理体系创新的一种手段,成为了质量监管的重要一环。新疆的高速公路沥青路面建设工程还未曾使用过该项技术,相信该技术的开发及在新疆的应用有利于提高新疆路面的施工品质,促进新疆地区公路事业的发展。
  1国内现状
  目前国内拌合楼监控系统主要有三种监控方案:基于压力传感的监控、基于打印口的监控和基于视频分析的监控。当前监控系统已实现的主要功能包括:生产数据采集与显示、数据统计分析和报表打印、报警信息等,基本实现了数据远程采集、传输和管理。从国内应用的现状来看,基于打印口的监控方案由于系统安装快捷,操作简便已成为主流方案。
  但在数据后处理方面,即全自动化的质量动态监控和分析、智能管理控制等方面这类监控系统尚不成熟,仍需辅助以人工对其进行数据整理和统计分析,同时也未能充分发挥数据的作用,仅仅作为拌合楼环节监控的独立部分,与其他施工、试验环节的质量数据的关联尚在研究。这些功能也是目前各类监控系统的不足和未来的发展方向。
  2沥青混合料动态质量监控系统工作原理与运用情况
  沥青路面面层施工质量控制的关键因素主要有两个:第一是沥青混合料拌合站的质量控制;第二是现场的施工工艺控制,包括摊铺、碾压过程等。如何实时的动态控制并判定这两个环节是否符合有关《公路沥青路面施工技术规范》标准是现场控制的关键所在。
  新疆交建集团联合上海瑞路公司、新疆交通科学研究院等单位自主研发的沥青混合料动态质量智能监控系统(简称DTJ黑匣子)已成功应用于奎克高速、大奇高速等新疆高速公路建设项目中,这在新疆尚属首次,该系统采用先进的网页在线浏览模式,结合新疆地区公路建设实际特点,后台采用自主研发的专业智能分析及评判程序,在集成以往传统的生产数据采集与显示、数据统计分析和报表打印、报警信息等基础功能的基础上,在全自动化的质量动态监控和分析方面进行了优化和完善,具有较强的实用功能,在国内处于领先水平,而且充分实现了产学研一体化,具有很强的工程实用性。
  2.1沥青混合料动态质量监控系统的工作原理及优点
  新疆交通建设集团于2012年4月至今在大奇高速和奎克高速公路的路面施工中已成功应用沥青混合料动态质量监控系统。通过植入拌和站监控系统,实现了电脑数据实时采集,真实、准确记录各种动态数据,对采集到的数据进行对比换算,利用统计原理和施工动态控制的方法,为质量控制提供最基础、真实、快捷的施工数据,并通过预先设定的警戒值,及时判断、预警到施工的不合理波动,从而达到提高施工质量的稳定性,减小变异系数,加强施工控制的目的。其质量监控示意图见图1:
  
  
  
  图1沥青混合料动态质量监控示意图
  该系统是在已有拌合站自动化生产系统的基础上,进一步开发出的适用于沥青混合料施工质量控制的实时监测系统。主要具备以下优点:
  ①提高了项目管理的真实性。所有监测数据均来自施工过程中各项质量检测结果及系统科学严谨的演算,项目管理者通过网络查看真实的质量检测、分析和统计结果,为解决问题提供可靠、真实的数据,有效避免传统控制方法中人为、环境等因素引起的数据失真。
  ②提高了项目管理的效率和及时性。DTJ监控系统数据上传为实时上传,管理者可通过远程实时查看过程数据,实现了由低效率的事后检测向高效率的实时监测的转变。
  ③提高项目管理决策的针对性。DTJ监控系统可以将沥青路面施工中各个质量数据通过短信通知项目管理方,对出现的问题及时报警和初步分析,引导正确的问题解决方向,促进各方予以重视并解决。
  2.2沥青混合料动态质量监控系统运用情况
  沥青混合料动态质量监控系统能达到事前预控、事中监控、事后分析的全方面监控。项目开发人员、监督人员、施工单位管理人员通过DTJ监控系统及时了解日常生产内容和质量关键信息,做到“足不出户”实时掌握生产情况,实施项目监管。项目试验室人员、施工质检部门可通过上传生产配合比数据、下载日常生产数据等方式与系统进行互动,结合现场采集数据,分析其混合料的稳定性能,及时、针对性的改进和调整施工配合比。达到了指导生产的目的,确保工程质量处于优质、可控状态。
  2.2.1 事前预控
  事前控制即预先设置控制参数的范围界限,超出此范围界限则进行系统报警,以达到提前预防的目的,如图2所示。项目承包方对沥青混合料动态质量监控系统预先设定施工温度、配合比范围等。当系统出现报警时,说明其中某些控制值超出了预设范围,会及时查看并分析原因,针对性的解决问题。
  
  图2参数设置
  同时,为避免施工过程中随意调整拌合站,监控系统可设置不同管理和控制权限,项目承包方(超级管理员)、总监办可查看全部数据和上传修改生产预设值,各路面标段及其相应的监理驻地办只能看到各自所辖拌合楼的监控数据、下载日常数据用于分析。
  2.2.2事中监控
  沥青混合料生产质量的控制关键在于对拌和环节的控制。DTJ监控系統拌合环节主要有3大功能:
  I、查询功能
  DTJ监控系统对沥青混合料拌合楼计量的数据进行采集、上传服务器,并根据工程实际需要进行汇总、分析,提供了与混合料质量相关的各项数据信息,管理方能够便捷、真实地查询相关数据信息。
  (1)查看生产状态
  系统能实时掌握沥青混合料拌合楼工作状态,以图表的形式反映当前数据(图3),并及时更新。使监控人员及时了解沥青混合料拌和楼每天运转状况,及时汇报给上级相关领导。
  (2)查看质量稳定情况
  通过DTJ监控系统可查询任意时间段内混合料级配、温度、油石比、产量等信息,方便管理人员对混合料质量进行控制。当出现异常收到警报时,项目公司在第一时间得知相关信息,分析问题,直至解决。
  
  
  
  图3实时监控界面
  (3)进行总量校核。
  总量校核有逐盘校核和总量校核。逐盘校核是对每一盘(即某一时间点)采集到的各原材料质量进行校核;总量校核是对选定时间段范围内所使用的原材料质量、混合料总质量进行汇总。项目建设人员、监理和施工各方通过DTJ监控系统,全面掌握所辖范围内各标段的施工进度、材料用量等,并进行总量校核和控制,从大局掌握和协调工程质量和进度的平衡关系。
  
  
  
  图4总量校核
  II、数据报警
  沥青混合料拌合站监控系统通过对沥青混合料拌合楼计量数据的采集、计算、分析,得到某一时刻混合料的配合比、油石比等参数,并与设置的控制参数范围进行比较。当其中任一参数条件不能满足要求时,系统便会报警。通过数据报警,能够实现以下3大功能。
  (1)控制原材料用量
  沥青混合料各档集料的使用比例决定了混合料的级配。数据监控对超出或低于设定参数范围的数据进行报警,项目承包商、监理根据报警数据对拌和站原材料使用情况进行督察,能有效预防偷工减料。
  (2)及时发现沥青混合料质量变异
  沥青混合料拌合楼由于其自身控制系统的缺陷,操作人员很难及时发现生产过程中混合料的沥青用量、级配等出现的问题,,往往需要借助试验的手段去发现、解决问题。如油石比,常规的抽提或燃烧法存在试验频率不够、取样代表性不高等问题,加上混合料级配筛分等需要较长的时间得到试验结果,这对混合料质量的控制不利。而监控系统能在第一时间发现问题,对异常数据及时报警,以便进行质量控制。
  
  
  
  图5数据报警
  (3)控制沥青混合料质量变异趋势
  监控系统对各原材料、混合料总体数据进行采集分析,并形成相应的曲线图(如图6)。通过每天的曲线图对比、不同日期全线图的变化,能够分析各参数的变化趋势。项目管理人员根据曲线图的变化趋势,及时查明变化原因,采取方法解决或减缓问题变化,从大局上保证混合料总体质量。
  
  
  
  图6级配曲线图 图7总体趋势图
  2.2.3事后分析
  DTJ监控系统的作用不仅仅表现在拌和前和拌和过程中,在拌和结束后也能够发挥强大的作用。
  (1)分析沥青混合料质量变异原因
  当监控系统进行报警时,管理人员并不全能在第一时间查明原因。特别是系统因素引起的报警,往往需要停机检查才能查明原因。通过报警数据分析,结合正常数据,是进行数据变异原因查询的有效途径。
  (2)后期问题原因追溯
  在沥青混合料施工结束后,某些段落会出现沥青混合料花料、松散等问题,此类问题与混合料级配、沥青用量等有一定的联系。可通过监控系统对保存的历史数据进行查询和统计,分析问题发生的原因,并对施工数据进行归纳总结,在今后的生产中进行调整、控制。
  2.3现场的施工工艺控制
  现场的施工工艺主要是摊铺和碾压环节,相对于拌和工艺而言可控性较高,但受到混合料拌和质量、自然环境以及操作手等因素的影响,造成松铺厚度不达标,碾压不够及时而导致压实度不足等问题。因此,通过在摊铺机和压路机上安装相应的感应器,由感应器实时采集摊铺机搅拌轮处的混合料温度并传送到服务器得到摊铺温度;由摊料前后两个感应器采集高程并发送至服务器终端检算得出松铺厚度。另外,对于压路机的碾压温度是直接通过温度感应器随机械实时采集并发送。
  
  
  
  图8摊铺监控图9碾压监控
  通过在本项目的试运用确保数据采集、演算及上传的稳定性。该系统建立了多级用户、立体化的管理模式。业主、监理、施工单位管理层面的人员可“量身定制”关注的日常生产施工和质量控制关键信息,有利于建设单位各方对日常生产进行综合的、深入的、实时的了解和判断,实施项目监管。具体项目的技术咨询、施工管理、质量监督人员还可以通过对数据的软件分析,及时调整优化施工工艺或方案,给现场生产人员反馈和指令,确保工程质量处于优质、可控状态。
  3总结
  沥青混合料动态质量监控系统的运用效果总结:①提高了沥青混合料拌合、摊铺、碾压等过程的实时质量监控力度,避免了拌合质量盲区和摊铺碾压控制盲区;②提高了拌合站、压路机、摊铺机等机械的生产效率,并使项目管理层能实时了解现场施工情况,适时把握工程的进度情况,查找原因并针对问题及时纠偏;③避免了事后分析造成的经济损失,真实有效地确保了沥青混合料的质量,确保或延长了沥青混凝土路面的设计使用年限寿命。
  新疆地域广阔,公路建设任务繁重,即将建设多条南北疆高速公路,该系统的运用必将提高新疆的公路建设质量和水平,使新疆高等级公路建设谱写了新的篇章。
  参考文献:
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