沥青道面昼夜连续施工中控制有效压实时间的系统及方法

技术领域

本发明涉及民用机场工程中沥青混凝土道面施工领域，特别涉及一种沥青混凝土道面昼夜连续施工过程中控制有效压实时间的系统及方法。

背景技术

为了保障新增长的航空运输需求及飞行安全，需在不关闭机场运营条件下对原有机场设施进行改扩建，机场沥青道面不停航施工一般在夜间航班结束后，进入飞行区采用沥青混凝土加盖技术对机场道面进行修复，以提高机场道面的承载力和平整度的工艺技术，它的特点是施工工期紧，任务重，每班有效作业时间短，技术要求高、难度大，施工过程中安全保障责任重大。随着国内机场快速发展，两条及以上跑道的机场越来越多，跑道修复不再局限于夜间不停航施工，在各方条件允许时，对双跑道、多跑道机场可采用关闭待修跑道的方法进行施工，在投入足够人、机、材的基础上对跑道全长全宽范围昼夜连续无冷缝施工，快速完成施工任务，减小不停航施工风险，保证沥青道面加盖质量。

现行规范中对沥青混凝土的摊铺温度，碾压开始温度和碾压终了温度都有明确规定，要求改性沥青混凝土摊铺温度不小于160℃，初压温度不小于150℃，碾压终了表面温度应不小于90℃，SMA沥青混合料施工温度可在此基础上适当提高。目前沥青道面施工过程中，主要是人为利用插入式测温计或手持红外测温仪对摊铺和碾压过程中的沥青混凝土温度进行监测，结合规范对各施工环节要求的温度，根据经验和主观判断安排碾压工作。这种方式在昼夜连续无冷接缝施工过程中，人工监测工作量大，监测频率难保证，数据不连续，主观因素影响大，不利于质量控制和施工技术资料的记录。同时，该方式属于事中控制，存在滞后性，当在碾压过程发现沥青混凝土温度不满足要求时，造成质量缺陷无法弥补或整改难度大、成本高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种沥青道面昼夜连续施工中控制有效压实时间的系统及方法，以解决现有技术存在的问题，本发明可以为数字化施工、智慧工地建设提供基础支撑，为无人驾驶的集群化智能施工技术提供碾压时间的控制依据。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

沥青道面昼夜连续施工中控制有效压实时间的系统，包括现场数据采集模块，所述现场数据采集模块的输出端连接至数据收发模块，所述数据收发模块与数据处理模块交互后连接至控制模块；所述现场数据采集模块用于采集现场施工环境数据，所述数据收发模块用于将现场施工环境数据传输至数据处理模块进行处理，并将数据处理模块的处理结果传输至控制模块，所述数据处理模块用于进行数值分析得到有效压实时间，所述控制模块用于依据有效压实时间对压路机进行控制；

所述数据处理模块包括计算机及计算机中安装的数值分析软件和控制软件。

进一步地，所述现场数据采集模块包括环境数据监测模块和沥青混合料摊铺时温度监测模块。

进一步地，所述环境数据监测模块包括用于采集施工现场风速数据的风速监测传感器、用于采集施工现场气温数据的气温监测传感器、用于采集施工现场太阳辐射强度数据的日照强度传感器以及用于采集下卧层温度的下卧层温度传感器。

进一步地，所述沥青混合料摊铺时温度监测模块为用于采集摊铺机中沥青混合料温度的沥青混合料温度传感器。

进一步地，所述下卧层温度传感器和沥青混合料温度传感器均采用光纤温度传感器。

进一步地，所述数据收发模块包括现场数据收发单元和控制室数据收发单元，所述现场数据收发单元与现场数据采集模块的输出端相连，所述控制室数据收发单元分别与现场数据收发单元和数据处理模块进行交互。

进一步地，所述现场数据收发单元与现场数据采集模块通过数据线缆链接；所述控制室数据收发单元与计算机通过数据线缆连接。

进一步地，所述控制模块包括时间提示单元和压路机控制单元。

进一步地，所述时间提示单元安装在施工现场醒目位置和摊铺机后侧，朝向压路机的方向；

所述压路机控制单元安装在压路机上。

沥青道面昼夜连续施工中控制有效压实时间的方法，通过现场数据采集模块对施工环境中影响沥青混凝土温度的主要因素进行监测，结合道面结构层设计数据以及各结构层的热属性参数，通过数值分析软件，依据热力学原理，对沥青混凝土摊铺过程中温度的变化趋势进行预测，得出沥青混凝土降温趋势曲线，控制软件根据规范或试验段确定的碾压开始温度和碾压终止温度，在沥青混凝土降温趋势曲线中读取碾压开始时间和碾压终止时间，实现沥青混凝土昼夜连续施工中有效压实时间的控制。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

1.本发明通过对施工环境中影响沥青混凝土温度变化的主要影响因素进行实时监测，利用数值分析软件，依据热力学理论，对沥青混合料的温度变化进行实时、动态的理论预测，预测结果比经验推断更准确合理。

2.通过事前预测沥青混凝土温度变化趋势，达到事前控制施工质量的目的，减少因为碾压时间不符合要求而产生导致质量缺陷的概率以及整改质量缺陷造成的损失。

3.本发明根据预设周期，自动进行施工过程中有效压实时间的持续预测和控制，可以为数字化施工、智慧工地以及为无人驾驶的集群化智能施工技术提供碾压时间的控制依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明系统的结构示意图；

图2为道面结构层示意图；

图3为数值分析模型示意图；

图4为沥青混凝土的降温趋势曲线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种沥青道面昼夜连续施工中控制有效压实时间的系统及方法。在沥青混凝土道面昼夜连续施工中，作业时间跨度大，施工环境变化明显，如昼夜温差、风速变化、太阳辐射以及下卧层温度，在变化的施工环境中保证沥青混凝土有效压实时间，是保证沥青混凝土压实质量的前提。

本发明根据施工环境数据、道面结构层数据以及沥青混合料的摊铺温度，利用数值分析软件建立沥青道面数值分析模型，实时的解析沥青混合料的降温趋势，结合规范要求的或试验段得出的碾压开始温度和碾压终止的温度，得出碾压开始和碾压终止时间，从而保证沥青混凝土的有效压实时间。

如图1所示，本发明系统包括现场数据采集模块、数据收发模块、数据处理模块和控制模块；现场数据采集模块包含气温监测传感器、风速监测传感器、日照强度传感器、下卧层温度传感器和沥青混合料温度传感器，现场数据采集模块安装在跑道附近和沥青混凝土摊铺机上，跑道附近安装气温监测传感器、风速监测传感器、日照强度传感器、下卧层温度传感器，沥青混凝土摊铺机上安装沥青混合料温度传感器，气温监测传感器采集施工现场气温数据，风速监测传感器采集施工现场风速数据，日照强度传感器采集太阳辐射强度数据；下卧层温度传感器采集下卧层温度，沥青混合料温度传感器采集摊铺机中沥青混合料温度；数据收发单元包含现场数据收发单元和控制室数据收发单元；数据处理模块包含计算机及计算机中安装的数值分析和控制软件，数值分析软件可以进行温度场分析，如ABAQUE，ANSYS，控制软件可以将现场监测数据导入数值分析软件中进行计算，并可以根据的碾压温度条件，对计算结果进行处理，将处理结果发送给控制室数据收发单元，现场数据收发单元与现场数据采集模块通过数据线缆链接，控制室数据收发单元与计算机通过数据线缆连接，现场数据收发单元向控制室数据收发单元传递现场监测数据；控制室数据收发单元向现场数据收发单元传输碾压时间数据；控制模块包括时间提示单元和压路机控制单元，时间提示单元安装在施工现场醒目位置和摊铺机后侧，朝向压路机的方向，压路机控制单元安装在压路机上；

现场数据采集模块通过数据收发模块，将数据传递给数据处理模块，数据处理模块中的控制软件导入现场监测数据进行数值分析，根据预设的碾压温度条件，得出有效压实时间后，通过数据收发模块，将有效压实时间数据传递给时间提示器和压路机控制单元，实现保证有效碾压时间的目的。

本发明方法通过现场数据采集模块的各个传感器对施工环境中影响沥青混凝土温度的主要因素进行监测，结合道面结构层设计数据以及各结构层的热属性参数，通过数值分析软件，依据热力学原理，对沥青混凝土摊铺过程中温度的变化趋势进行预测，得出沥青混凝土降温趋势曲线，最后，控制软件根据规范或试验段确定的碾压开始温度和碾压终了温度，在降温趋势曲线中读取碾压开始时间和碾压终止时间，实现沥青混凝土昼夜连续施工中进行有效压实时间控制的目的。

实施例

首先，在不影响施工的前提下，尽量靠近跑道布设气温监测传感器、风速监测传感器、日照强度传感器、下卧层温度传感器以及现场数据收发单元，监测并传输施工现场风速，气温，太阳辐射以及下卧层温度数据；

沥青混凝土摊铺机上安装沥青混合料温度传感器和现场数据收发单元，监测并传递沥青混合料摊铺时的温度；

摊铺机后方朝向压路机安装时间提示器，压路机上安装控制单元；

在计算机的数值分析软件中根据道面结构层数据，建立数值分析模型，道面设计结构层从上到下依次为：5cm SMA-13型改性沥青混合料上面层、5cm厚AC-20型改性沥青混合料中面层、9cm厚AC-20型改性沥青混合料下面层、1cm厚橡胶沥青同步碎石封层、30cm厚旧水泥混凝土道面、40cm石灰粉煤灰稳定碎石基层以及土基，结构层示意图如图2。

进行数值分析模型网格划分，为保证数值分析结果的准确性，同时不增加计算的工作量，减少计算时间，数值分析模型中上部结构层的网格划分为精度较高，下部结构网格划分精度底，数值分析模型中的道面结构层如图3所示。

热属性参数在一项施工中保持不变，在数值分析软件中输入各结构层的热属性参数，表1中数据为SMA-13，AC-20，橡胶沥青同步碎石封层，原水泥混凝土道面，基层和土基的热属性参数。

表1道面温度场分析热属性参数表

在不影响施工作业面的前提下，靠近跑道道面边缘安装气温监测传感器、风速监测传感器、日照强度传感器、下卧层温度传感器，实现环境数据实时监测，并将监测结果传输给数据收发模块。

摊铺机上沥青混合料温度传感器根据预设时间间隔监测沥青混合料摊铺时的温度，本实施例中监测沥青混合料摊铺时的温度为170℃，并通过现场数据收发单元将监测结果传输给控制室数据收发单元；

跑道附近气温监测传感器、风速监测传感器、日照强度传感器、下卧层温度传感器，监测现场风速为2m/s，温度为15℃，太阳辐射强度120W/㎡，下卧层结构温度为10℃，通过现场数据收发单元和控制室数据收发单元，将数据传输给数据处理模块；

数据处理模块识别不同传感器的监测数据，整理为计算机数值分析软件可以识别的格式，并通过数据线缆传输给计算机；计算机将数据导入已建好的数值分析模型中，进行数值分析，输出沥青混凝土的降温趋势曲线，如图4所示。

《民用机场沥青道面施工技术规范》MHT5011-2019要求沥青混凝土碾压终止温度不低于90℃，轮胎压路机开始碾压时温度宜不高于120℃。控制软件根据数值分析结果的沥青混合料降温趋势曲线，从降温趋势曲线中得出，轮胎压路机的碾压开始时间为摊铺后的12.6分钟，道面的碾压终了时间为摊铺后的30.6分钟，自动控制软件将结果通过数据控制模块发送给控制模块，即施工现场设置的时间提示器以及压路机控制单元。

当采用人工操作压路机进行碾压工作时，操作手可以通过摊铺机后方设置的时间提示器获取碾压开始和碾压终了时间；当采用无人集群化智能施工技术时，压路机可以通过压路机控制单元接收的碾压开始时间和碾压终了时间进行碾压作业。

最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上做出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。