“黑匣子”動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)在廣樂高速公路中的應用研究

卞加前，趙 喆，張玉貞，李 寧

(1.蘇交科集團股份有限公司，江蘇南京 211112；2.中國石油大學，北京市102249；3.荷蘭代爾夫特大學，荷蘭代爾夫特市)

“黑匣子”動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)在廣樂高速公路中的應用研究

卞加前1，趙 喆1，張玉貞2，李 寧3

(1.蘇交科集團股份有限公司，江蘇南京 211112；2.中國石油大學，北京市102249；3.荷蘭代爾夫特大學，荷蘭代爾夫特市)

介紹“黑匣子”動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的技術思路、目標及解決的問題。闡述系統(tǒng)管理及應用的方法，并以實際工程為背景，介紹在項目實施中，通過“黑匣子”動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，實時進行“事前、事中、事后”的全過程控制，既提高管理效率，又減低工程成本，最終確保了路面質(zhì)量的穩(wěn)定性。

瀝青路面；質(zhì)量控制；動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)

0 引言

熱拌瀝青混合料是廣泛應用于高等級公路的路面材料，其拌和質(zhì)量直接影響瀝青混合料路面的質(zhì)量和工程進度，是整個瀝青混凝土路面施工工序中最重要的工序之一［1］。在瀝青路面施工過程中實現(xiàn)動態(tài)質(zhì)量管理，國外部分發(fā)達國家在20多年前就有過系統(tǒng)研究。近年來，我國對施工質(zhì)量的“過程控制”及“動態(tài)質(zhì)量管理”也較重視。施工質(zhì)量管理與檢查驗收在國內(nèi)外通常稱為“質(zhì)量控制/質(zhì)量保證”(簡稱為QC/QA)，是工程項目保證質(zhì)量的手段，其基本目的是“達到規(guī)定的質(zhì)量標準，確保施工質(zhì)量的穩(wěn)定性”，但往往大家都注重于達到規(guī)范要求，而對質(zhì)量穩(wěn)定不重視。實際情況是，保持質(zhì)量穩(wěn)定，減小變異性才是最主要的目的。瀝青路面之所以易出現(xiàn)局部早期損壞，就是因為有局部質(zhì)量差異性較大的原因。我們在整個施工質(zhì)量管理過程中，都應避免或減小質(zhì)量變異性。廣樂高速在全線的瀝青拌和樓中采用了“黑匣子”動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，規(guī)范了混合料拌和環(huán)節(jié)的操作行為，有效控制了瀝青混合料質(zhì)量，最終使路面施工質(zhì)量達到優(yōu)良。

1 動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的技術途徑

“黑匣子”動態(tài)質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，是在瀝青拌和樓已有計量控制系統(tǒng)的基礎上，進一步開發(fā)的拌和瀝青混合料質(zhì)量實時監(jiān)測系統(tǒng)，以《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》(JTG F40—2004)［2］為依據(jù)，以提高瀝青路面施工質(zhì)量為準側(cè)，運用質(zhì)量動態(tài)管理的方法，采用軟硬件結(jié)合的手段，對混合料拌和數(shù)據(jù)進行實時采集，實時監(jiān)測并評價每一盤瀝青混合料的拌和質(zhì)量，為設備操作人員發(fā)現(xiàn)在各種情況下的問題，同時信息歸納通過無線網(wǎng)絡傳輸技術在第一時間傳送給項目管理者，為項目管理者的決策提供準確有效的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

通過對瀝青混合料的實時動態(tài)監(jiān)控，實現(xiàn)對瀝青混合料生產(chǎn)質(zhì)量的事前質(zhì)量預控、事中及時準確地采集反饋信息、事后可對數(shù)據(jù)進行匯總分析的全過程管理，以達到控制混合料質(zhì)量的目的。

1.1 系統(tǒng)的主要技術思路［3-5］

(1)基于瀝青混合料的目標配合比設計和生產(chǎn)配合比設計的計算系統(tǒng)，建立了二者良好的相關性。

(2)通過網(wǎng)絡技術進行站式管理服務，實現(xiàn)了各級項目管理人員對瀝青拌和樓實施遠程動態(tài)質(zhì)量監(jiān)控，為項目管理者第一時間發(fā)現(xiàn)問題，為決策提供可靠、有效的數(shù)據(jù)。

(3)數(shù)據(jù)庫模塊，具有分析數(shù)據(jù)并進行異常報警功能，實現(xiàn)了由低效率的事后測試向?qū)崟r動態(tài)監(jiān)控的新突破。

(4)提高了瀝青混合料質(zhì)量檢測效率，即級配、瀝青用量、拌和溫度控制更科學。

(5)減少了混合料的等料、溢料問題，降低材料浪費，提高拌和樓的生產(chǎn)效率，可大大地節(jié)約建設成本。

(6)對不合格品進行實時報警，以短信形式及時通知項目管理者。

(7)項目管理者可以利用數(shù)據(jù)庫，對當天、當月的產(chǎn)品質(zhì)量進行定期動態(tài)質(zhì)量抽查和分析，及時有效地解決存在的問題，如圖1所示。

圖1 “黑匣子”動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)管理圖

1.2 系統(tǒng)實現(xiàn)的目標

(1)可實時對瀝青混合料拌和數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，對瀝青混合料生產(chǎn)實時檢測、自動采集、無線上傳、數(shù)據(jù)自動保存。

(2)建立多級用戶、立體化管理模式，為業(yè)主改變原項目管理傳統(tǒng)的信息交流平臺。

(3)方便監(jiān)理工程師對配合比參數(shù)的設定。對于生產(chǎn)數(shù)據(jù)實現(xiàn)按日、月、年匯總生產(chǎn)情況，可下載生產(chǎn)情況統(tǒng)計表，繪制生產(chǎn)加工的UCL質(zhì)量控制圖，分析油石比、關鍵孔的質(zhì)量。

(4)及時反饋生產(chǎn)過程中的質(zhì)量信息，利于項目質(zhì)量控制。

1.3 系統(tǒng)解決的問題

瀝青混合料生產(chǎn)過程中受設備及人為的影響因素較多，導致產(chǎn)品質(zhì)量較大的變異性。為此，通過“黑匣子”監(jiān)控系統(tǒng)，以避免或消除相關不利因素。主要可解決的有以下幾點問題：

(1)計量不穩(wěn)定，瀝青用量不足；

(2)混合料級配變異較大；(3)拌和瀝青混合料溫度波動太大，忽高忽低；(4)拌和生產(chǎn)數(shù)據(jù)收集困難，難以實現(xiàn)在線監(jiān)測。

2 現(xiàn)場實施管理與應用

路面管理者根據(jù)以下步驟及權(quán)限對所轄區(qū)域的瀝青拌和樓進行監(jiān)控管理。

(1)監(jiān)控系統(tǒng)登錄

用戶通過連接網(wǎng)絡后，打開并連接Internet Explorer或者360安全瀏覽器，在地址欄中輸入http∶//114.80.208.219∶8008/gl，頁面如圖2所示。

(2)管理者權(quán)限

圖2 用戶登錄

管理者分為三個權(quán)限等級：業(yè)主可以監(jiān)控全線拌和樓狀況，監(jiān)理單位可監(jiān)控所轄標段拌和樓的狀況，施工單位負責自身拌和樓。

(3)項目監(jiān)控

各部門在進入系統(tǒng)后即可進行項目監(jiān)控，可以看到所有管轄的拌和樓的歷史生產(chǎn)情況，并可實時了解整個項目的生產(chǎn)進展情況，特別是瀝青混合料的生產(chǎn)質(zhì)量及拌和樓生產(chǎn)數(shù)據(jù)的波動狀況，及時發(fā)現(xiàn)存在的不足，對拌和樓的生產(chǎn)進行適當調(diào)整，如圖3～圖5所示。

圖3 生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控

圖4 當天生產(chǎn)的合成級配

圖5 單盤混合料級配

(4)總量校核

系統(tǒng)每天均對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行總量校核，對實際生產(chǎn)量與計劃生產(chǎn)量相互比較，以控制攤鋪厚度，進而核算生產(chǎn)成本，如圖6所示。

(5)動態(tài)控制分析

“黑匣子”控制系統(tǒng)可實時查看瀝青混合料的拌和全局級配圖、全天的均值級配圖、各個單個熱料倉的計量波動及瀝青(油石比)用量的計量準確性。

利用計算機建立工程質(zhì)量數(shù)據(jù)庫，將實際每盤的生產(chǎn)配合比與試驗室提供的生產(chǎn)配合比進行比較驗證，繪制逐次檢測結(jié)果或逐日檢測結(jié)果平均值的曲線。檢查試驗數(shù)據(jù)是否超出規(guī)范允許的誤差范圍，如果相差過大，系統(tǒng)自動報警。系統(tǒng)會自動繪制生成質(zhì)量控制圖、統(tǒng)計直方圖、極差圖等各種圖形。監(jiān)管人員可將系統(tǒng)數(shù)據(jù)下載轉(zhuǎn)換成Excel文檔，進一步分析拌和質(zhì)量的偏差情況。從圖7中不難看出，LM4合同段西筑5000型瀝青拌和各熱料倉及填料、瀝青計量相對偏差較小，拌和的瀝青混合料質(zhì)量穩(wěn)定。

圖6 總量校核

圖7 拌和樓計量偏差情況

監(jiān)管人員通過點擊混合料總量分析，可以看出拌和樓生產(chǎn)總量情況，根據(jù)混合料的密度、攤鋪里程、寬度等參數(shù)，測算現(xiàn)場的攤鋪范圍的厚度，如圖8所示。如結(jié)構(gòu)層厚度計算與現(xiàn)場實測結(jié)果偏差較大時，應加倍檢測并分析影響厚度原因。

圖8 混合料數(shù)據(jù)分析

3 “黑匣子”控制系統(tǒng)的應用效果

廣樂高速全線里程長主線271 km，連接線32 km，工程量大，7個路面合同段供投入15臺套瀝青拌和樓，拌和樓廠家較多，品質(zhì)各異，在多次調(diào)試后，經(jīng)對各拌和樓進行生產(chǎn)配合比設計與試驗總結(jié)，評價其生產(chǎn)穩(wěn)定性，確保瀝青拌和樓基本具備拌和生產(chǎn)條件。本文以廣樂高速瀝青中上面層GAC-20、GAC-16為例，列舉瀝青拌和樓級配控制情況。在路面施工生產(chǎn)過程中，經(jīng)“黑匣子”系統(tǒng)對全線瀝青拌和樓采集的數(shù)據(jù)匯總平均分析，各拌和樓所生產(chǎn)級配通過率均與配合比設計的數(shù)據(jù)相接近。數(shù)據(jù)匯總分析表明瀝青混合料拌和質(zhì)量處于受控狀態(tài)。

經(jīng)對現(xiàn)場取樣瀝青混合料的試驗檢測結(jié)果匯總分析，路面中上面層GAC-20和GAC-16瀝青混合料的體積指標相對穩(wěn)定，瀝青混合料的高溫性能指標匯總結(jié)果均高于規(guī)范及設計3 000次/mm的要求。試驗表明，該項目拌和瀝青混合料穩(wěn)定，各項性能指標均滿足規(guī)范及設計要求，見表1～表6及圖9、圖10。

表1 GAC-20瀝青混合料配合比設計級配

表2 GAC-20施工拌和瀝青混合料級配

表3 GAC-16瀝青混合料配合比設計級配

表4 GAC-16施工拌和瀝青混合料級配

表5 GAC-20施工拌和瀝青混合料體積及性能測試結(jié)果

表6 GAC-16施工拌和瀝青混合料體積及性能測試結(jié)果

圖9 GAC-20瀝青混合料級配圖

4 結(jié)語

圖10 GAC-16瀝青混合料級配圖

廣樂高速全線對瀝青拌和樓實施了“黑匣子”監(jiān)控系統(tǒng)，以“動態(tài)質(zhì)量管理”手段進行過程控制，建立了瀝青混合料拌和過程中的級配、拌和溫度、油石比質(zhì)量、瀝青溫度數(shù)據(jù)庫，可實時對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行監(jiān)測分析，對異常情況實行報警，并以短信通知項目管理人員，實現(xiàn)了由低效率的事后質(zhì)量檢測向高效率的實時動態(tài)質(zhì)量監(jiān)測的轉(zhuǎn)變，做到防患于未然，提高了公路建設中的質(zhì)量管理效率，真正起到“過程控制，在線監(jiān)測”的效果，旨在及時發(fā)現(xiàn)影響質(zhì)量的因素，提高混合料質(zhì)量的穩(wěn)定性，減小變異性，有效控制了生產(chǎn)混合料的質(zhì)量風險，確保了工程質(zhì)量。

［1］陳少幸, 張肖寧, 鄒桂蓮. 筑路機械與施工機械化 ［J］. 2005(1)∶22-25.

［2］JTG F40—2004，公路瀝青路面施工技術規(guī)范［S］.

［3］穆秀雯. 高速公路瀝青路面施工質(zhì)量動態(tài)控制技術研究［D］. 哈爾濱：東北林業(yè)大學, 2012.

［4］于黎明. 瀝青混凝土攪拌設備監(jiān)控系統(tǒng)研究［D］. 西安：長安大學, 2009.

［5］曹朋輝. 熱拌瀝青混合料生產(chǎn)過程實時遠程監(jiān)控技術研究［D］.北京：北京交通大學, 2013.

U414

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1009-7716(2015)08-0240-05

2015-03-20

卞加前(1968-)，男，江蘇宿遷人，副總工程師，高級工程師，主要從事道路橋梁工程的科研及現(xiàn)場技術咨詢工作。