摘 要：
介绍了釆用高精定位、物联网、无线传感和人工智能等数字化术，以及针对沥青路面施工，具有高度智能化和无人化的路面机械施工设备和技术。通过在上海G15公路嘉浏改扩建项目应用无人智能化施工，对工后路面进行检测评价，再与传统沥青施工进行对比分析，总结了无人智能化施工的可行性和可靠性。
关键词: 沥青路面；无人施工；智能施工；智能压实；高速公路改扩建
0 引言
针对传统路面施工存在的施工条件差、质量检测方法局限、控制模式落后、管理手段不全面等问题，沥青无人化施工在一定程度上可以解放人力，降低成本，提高安全，减少人为操作失误造成的安全和质量隐患沥青网sinoasphalt.com。徐工道路机械事业部在2017年就开展了单钢轮压路机的智能化研究，在路基填方实施碾压上取得了阶段性成功［1］。上海公路桥梁（集团）有限公司联合三一重工，在2019年开展了“一摊两压”施工设备组合协同作业的研究，并成功开展了试验段应用。然而，公路沥青路面无人施工的技术瓶颈仍未突破。为此，本文将进行以下研究：首先，针对不同沥青层的作业场景，应规划多台设备的路径选择，协同机群作业；其次，应实现对压路机碾压过程和压实质量的全面监控，提高无人智能化施工的施工质量。
1 无人驾驶沥青摊铺智能施工技术研究
1.1 沥青路面“无人化”智能施工机械设备路径规划设计
通过对设备的改造、研发，以及配合控制软件的研发，针对沥青路面无人驾驶工程机械，区分不同的工程应用场景，规划设计合理的施工路径，编制沥青路面“无人化”智能施工技术指南，为沥青路面“无人化”智能施工远程控制提供技术支撑。
1.2 3D找平技术
首先，将路面设计数据导入3D找平控制器，通过GNSS接收机，采用RTK（载波相位差分）技术，实时获取摊铺机熨平板的实时厘米级3D点位信息，并计算出相对应的高程设计信息。其次，基于域激光发射器与激光接收器，将3D点位接收到的激光信号转换为电信号，并根据电信号的量值与变化，计算出实测高程与设计高程的差值，并控制找平电磁比例液压换向阀［2］，实现毫米级的找平精度。最后，通过后台数据处理，实现无桩化摊铺，减少人为干预带来的摊铺误差，实现频繁变坡及曲线的施工要求。
1.3 沥青路面“无人化”智能摊铺技术
通过部署在无人摊铺机上的温度检测传感器、雷达、双目摄像头等作业面检测传感系统，实时动态采集路面情况和施工状态参数，并通过移动网络，回传到现场管控中心。根据施工图纸及作业要求，将最佳施工参数（温度，摊铺厚度、松铺系数等）发回摊铺无人车控制系统。通过北斗RTK高精度导航，实现无人驾驶摊铺机按道路设计要求，自主规划施工路径及施工参数，并在远程控制台智能摊铺管理系统的控制下，实现全自动摊铺作业。
1.4 沥青路面“无人化”智能压实技术
采用地面激光自动追踪的定位基站与移动站，通过载波相位差分算法，将高精度RTK定位数据发送给压路机定位移动站接收机来实现定位。结合高可靠度的无线传输技术，远程控制中心实时显示各压路机状态和作业参数。利用多源传感器，实现压路机的自动避障、避险。当检测到周围安全范围内有人或物时，压路机自主刹车，待人或物移开，又可自主起步。
基于卫星定位系统，对压路机进行精准定位。通过多源传感器，实时采集压路机的碾压速度、次数、温度、振动频率等数据，进行统计分析，实现对压路机碾压过程和压实质量的全面监控。
1.5 沥青路面“无人化”机群协同作业技术
1.5.1 任务协同
初压压路机自动跟随摊铺机作业，施工范围由摊铺机的已施工区域和道路数据确定。复压压路机则根据初压压路机的施工数据，进行自主作业。
1.5.2 速度自适应
进行摊铺速度与压路机速度控制自适应研究，防止压路机跟随太慢而引起的冷料问题，以及压路机速度过快而导致的过压和能量浪费问题。
2 无人智能施工工程应用
2.1 工程概况
G15公路嘉浏段于2001年底建成通车，是本市对外省市间公路交通的主要道路。但由于上海近年来社会经济飞速发展，该道路的车流量逐渐增加，交通拥堵问题日趋严重，路面维护难度加大，沥青路面的病害隐患也逐渐增多。目前，这条高速公路正采取“边运营、边建设”的方式，不中断交通来进行改建。建设者正在探索高速公路拓宽改建的新模式，建立项目全生命周期运营管理体系，为打造上海市首条智慧高速示范工程奠定基础。
2022年11月26日，在G15嘉浏段拓宽改建工程，开展了无人驾驶摊铺试验段的施工，为上海高速公路首次无人智能化施工应用。施工桩号为 K1258 +450-K1258+720，施工宽度 9.5 m2，长度 270 m，施工面积 2 565 m2，施工材料 AC-20C（嘉浏专用改性沥青），施工厚度6 cm，见下图1。
2.2 施工组织
采用 4000 型拌合机来进行沥青混合料的生产。现场采用2台沥青摊铺机、3台双钢轮压路机、2台胶轮压路机进行施工。具体施工机械见表 1，碾压方案见表2。
现场采用一支现场辅助队（用于辅助工作以及传统施工对比，30人），一支智能服务团队（约15人）。该应用段落与以往无人摊铺案例相比，完成了同进同退、视觉避障、压路机零贴边（既有老路衔接贴边处理）、摊铺机辅助驾驶等功能。
2.3 工后检测情况
施工结束后，对无人施工试验段进行质量检测，同步对传统的有人摊铺段进行对比检测。检测结果见下表3、表4。
2.3.1 渗水系数
渗水设计要求为：渗水系数≤90 ml/min（90%）、≤120 ml/min（100%）。
由表3、表4可知，无人摊铺渗水系数满足设计要求。与传统的有人摊铺相比，无人摊铺的渗水系数平均值更大，但变异性更小，质量更稳定可控，这是有人操作无法达到的。
2.3.2 压实度
AC-20C 压实度设计要求为马氏压实度≥98%，最大理论压实度为93%~97%。摊铺压实度的检测结果见下表5、表6。
由表5、表6可知，无人摊铺压实度满足设计要求，与传统的有人摊铺差异不大。
2.3.3 平整度
中面层采用3 m直尺进行平整度过程控制，检测结果见下表7、表8。
由表7、表8可知，无人摊铺平整度稍好于传统的有人摊铺平整度。无人摊铺平整度的较大值位于两机接缝部位，这与其设备的路径设置有关，未将接缝薄弱位置的碾压进行优化，这是后期需要改进的。若接缝位置的平整度得到改善，其平均值将明显优于传统的有人摊铺。
3 无人智能化施工效益
传统沥青路面施工对人的依赖性极高。在依据施工方案严格执行的过程中，往往依据人的施工经验来判断碾压遍数、施工温度、压实质量等是否达标，是否需要补压，是否需要人为补料等等。在此过程中，施工队伍的经验与敬业程度，在一定程度上决定了沥青路面的质量。施工人员长时间处于高温、烟气等恶劣工作环境下，施工质量会随着施工人员的主观意识和操作，产生质量不稳定的问题。随着施工人员的疲劳，施工过程中的安全隐患也会逐渐增加。
无人化施工很好地解决了目前沥青施工行业的现状问题。从一定角度来说，智能化参数的设置，有效降低了欠压，使得路面质量变异性降低，稳定了路用质量，解放了劳动力，提高了施工的安全性。目前，无人化施工的前期投入成本还较高，后续若该技术应用成熟，势必会降低成本。
4 结论
（1）通过上海市首条智慧高速示范工程——G15公路嘉浏改扩建项目的实施应用情况分析，沥青路面无人智能化施工实现了根据规划路径自动避障避险以及多机集群协同作业，实现了对压路机碾压过程和压实质量的全面监控，实现了良好的沥青路面施工质量控制模式。
（2）根据工后检测显示，采用无人智能化施工，沥青路面的压实度、渗水系数、平整度均符合设计要求。
（3）与传统的有人沥青摊铺相比，无人智能化施工具有施工质量稳定、变异性小的特点，路用性能显著提高。其提升了工程质量，解放了劳动力，解决了沥青施工恶劣环境对工人身心的影响，提高了施工的安全性。
参考文献：
［1］李青洋,刘天云,王澄.沥青路面智能化施工系统研究［J］.公路,2020,65(11):87-90.
［2］黄立明.基于3D数字化自动摊铺控制系统的沥青混凝土路面应用研究［J］.江西建材,2020(08):116-117+119.
