营运高速公路沥青路面养护无人化摊压技术研究

工程概况

主要创新点

技术思路：

将传统的人工检测与智能化检测相结合，对特殊结构特殊部位提出相应专项检测方案，提高检测效率，节约成本。在传统钢箱梁焊缝维修的基础上，运用自主研发的新设备新工艺尝试解决钢箱梁焊缝反复开裂的问题。打破常规常规钢桥面养护思路，创新的提出中修方法，结合自主研发新材料攻克钢桥面养护难题。针对跨海大桥面临的海洋腐蚀环境，提出一种将结构完全包裹的方法延长结构物的使用寿命。

关键技术方案：

本项目以服务浙江省交通强国智慧高速试点建设为目标，针对营运高速公路路面养护施工交通组织较为复杂，养护人员涉路作业安全风险大、养护设备智能化水平不高等问题，基于物联网、高精度定位、自动控制和可视化技术，通过对现有路面养护施工设备的升级改造，进一步提升无人化施工技术水平，实现公路养护施工质量的实时动态管理，通过聚焦于无人化机群协同施工、可视化施工控制、数字化质量管理、物联网设备管理和施工交通安全组织等研究内容，研发营运高速公路路面无人化施工设备与技术，实现路面养护摊铺压实作业无人化施工，同时对过程、质量、安全实现在线评估和管控预警，有效加强施工过程中事前、事中、事后的管理与控制，为行业推广快速、准确、有效的施工质量信息化监测手段提供借鉴，显著提升高速公路养护施工效率、整体质量和作业安全，促进营运高速公路养护施工的标准化、数字化、无人化、智慧化。

一、总体技术思路

针对高速公路养护工程特殊性，根据已有的工作经验，从施工设备、施工工艺和施工组织等方面分析确定技术需求，对现有设备的升级改造，结合依托工程路段特点，制定路面养护无人化施工的质量控制技术及交通安全组织方案。施工过程中，利用远程监控数据中心根据参数设置规划出最优作业路径，向机载控制系统输出控制指令，自主操控压路机，实现机群的无人作业，机群配备了多级安全防范措施，实时监测现场施工情况，可实现自动预警、紧急停车、自动进退场、自动避障等安全防护功能。

二、 关键技术方案

2020 年10月22日，由浙高运公司和三一重工、浙江交工集团养护分公司共同在黄衢南高速衢南段采用沥青路面养护无人化摊铺施工技术铺筑0.57km试验路，是国内首次在高速公路上养护工程中进行的无人智能化集群施工应用。

2022 年高速公路养护工程，无人化摊铺碾压罩面施工由浙高运公司与三一重工和浙江交工集团养护分公司三方合作在龙丽高速和金丽温高速上实施。本次高速公路无人化摊铺碾压罩面施工累计实施无人化施工8天，累计施工长度约4.8km，其中白天施工6天，夜间无人化施工2天。

（一）机群高精度调度

基于物联网和多传感器技术实现覆盖装备动态、施工管理、质量监测、安全防控、问题溯源的多维度多目标无人化施工质量控制技术。设备配备、调试、集成多种传感器，除此之外还通过北斗高精度定位技术来确定现场的施工管理范围、装备动态位置、人员行动轨迹、安全围栏边界等关键参数。围绕北斗高精度定位技术开展公路施工管理的应用创新研究，提升定位接收机的精度、耐候性、适应性等指标外，充分发挥高精度定位的技术优势，将其与施工管理、质量评价、安全防控等目标紧密结合。本次无人化施工严格按照设定工艺参数，如摊铺速度、初/复/终压路机碾压速度、碾压遍数、搭接宽度等工艺参数执行，确保无人化罩面施工过程机群摊铺速度自适应，碾压过程中不会出现漏压、欠压，施工过程控制更加严密、质量更均匀。

图1 人工施工碾压遍数分布图

（二）环境高精度识别

基于高精度定位技术实现对复杂作业环境下多障碍物（护栏、路缘石、中央分隔带等）的识别，与设备自动控制系统协同应用实现全断面的路面养护无人化施工。

传统设备的传感仪器无法精确识别护栏、路缘石，安全制动系统容易误判引发压路机停机，导致施工设备难以对路侧边缘处进行摊铺碾压，无法实现路面全断面的无人化施工。本项目中无人压路机结合高精度定位技术和自动驾驶技术，将压路机行走精度控制在厘米级，无人压路机可以根据道路线形，在保证施工安全的前提下，实现“零”贴边碾压，有效解决贴边碾压不到位、碰撞路缘石等问题。

（三）多重安全保障

为保证成套智能化设备的自动驾驶作业时设备和人员的安全，系统采用多级安全保障措施，包括：电子围栏、主动避障、车身紧停开关和远程遥控紧停装置。

1.电子围栏：根据道路施工范围，确定无人施工安全作业区域边界，形成安全施工区域，形成电子围栏。结合高精度定位信息，当机群中任意设备的边界超出设定范围后，设备立即停车并报警。

主动避障示意图

3.车身紧停开关：压路机前部左右位置设置有红色紧停开关。

4.遥控急停：可人工通过遥控装置，远程控制无人压路机停止，遥控最大距离约100米。

5.三色灯：无人压路机车顶安装有三色灯（红、黄、绿），用于显示压路机状态。

（四）连续高效施工

无人化施工可实现24小时连续作业。因为施工过程无需操作工手，施工中途管理人员和辅助人员可以快速轮岗吃饭或休息，实现多班组无缝切换，做到“人停机不停”，提升施工作业效率，减少停机带来的质量问题。成套无人摊压机群采用高精度卫星定位技术，在夜间无照明条件下可以实现高精度碾压作业和贴边碾压作业，有效解决传统施工中夜间视线不好、人员疲劳等问题，大大提高夜间施工质量和可行性。

无人化施工现场图

三、质量经济效益评价

（一）质量评价

1.关键项目质量

（1）压实度：本次实施路段经优化调整后压实度符合要求。

（2）厚度：个别实施路段厚度合格率略低于95%，其他实施路段合格率达到100%。

2.其他检查项目质量

（1）平整度：正常实施路段百米IRI合格率未达到100%，起、终点路段平整度偏低。

（2）渗水系数和构造深度：各实施路段渗水系数和构造深度合格率均达到100%。

3.夜间施工质量

在夜间无照明条件下可实现高精度碾压作业和贴边碾压作业，有效解决传统施工中夜间视线不好、人员疲劳等问题，大大提高夜间施工质量。

4.人工操作无人化设备施工路段质量

人工操作无人化设备施工路段各项指标合格率总体优于其他实施路段，表明无人化设备既可在程序控制下系统地进行全过程作业，也能满足在人工操作条件的施工，工程连续性、质量均质化得到提升。

（二）经济效益

采用成套无人摊压机群设备作业，大幅减少施工人员。成套机群无人驾驶，七台设备作业正常作业过程不再需要机手。摊铺机自动驾驶可以减少摊铺放样、辅助人员，相比人工罩面施工减少5名操作手、8名辅助工（保留4人），大大减少施工队伍人力成本。

生产、应用及推广情况

路面无人化摊压技术逐步突破了无人化机群协同施工、可视化施工控制、数字化质量管理、物联网设备管理和施工交通安全组织等关键技术，针对养护工程特点研究了贴边压实、防过压漏压、平整度控制、机群加水、夜间施工等一系列质量控制要点，技术成果已经在四川成雅高速路面养护工程中得到推广应用，同时部分成果应用于云南宣杨高速、四川镇广高速等新建道路施工中。