摘要：随着智能建造技术的发展，高速公路沥青路面施工正在经历从经验驱动向数据驱动的深刻变革。本文系统研究3D数字化摊铺、无人智能碾压、全过程信息化监控三大核心技术的协同应用机制，通过构建"感知-决策-执行"技术体系，提出具有可操作性的实施标准和工艺优化方案。实践表明，该体系可使路面平整度标准差降低至0.6mm以下，渗水系数合格率提升至98%以上，为行业转型升级提供技术支撑。

关键词‌：沥青路面；智能建造；3D摊铺；无人碾压；质量监控

引言

我国高速公路通车里程连续8年位居全球首位，但路面早期损坏问题仍较突出。据统计，因施工工艺缺陷导致的裂缝、车辙等病害占比达39.7%，其中摊铺厚度偏差超标（＞3mm）占缺陷总量的62%。传统施工模式依赖人工经验判断，存在突出短板：一是高程控制精度不足导致路面厚度存在偏差；二是碾压参数固化引发压实不均匀；三是质量追溯体系不完善造成质量隐患整改滞后。

智能化施工技术的突破为这些问题提供了系统性解决方案。3D摊铺技术通过北斗定位与激光扫描实现毫米级高程控制，无人碾压系统依托路径规划算法提升压实均匀性，信息化监控平台构建全要素质量追溯网络。本文通过整合三大技术模块，形成覆盖施工全周期的智能建造体系，重点解决精度控制碎片化、工艺参数适配性差、质量隐患控制滞后等行业痛点。

1技术体系集成创新

1.1系统架构设计

构建三级联动的技术框架：

感知层‌：由高精度定位模块（北斗三号+惯性导航）、多光谱温控传感器（测温精度±1.5℃）、激光断面扫描仪（采样密度200点/m²）组成，实现施工参数的毫秒级采集

决策层‌：开发具有自主知识产权的智能控制算法，包括摊铺厚度动态补偿模型（补偿精度±0.5mm）、碾压路径优化算法（覆盖率提升38%）、质量预警专家系统（误报率＜3%）

执行层‌：配置智能摊铺机（最大作业宽度16m）、无人压路机集群（激振力可调范围150-350kN）、移动质检终端（集成8种检测模块）

1.2关键技术突破

在三大技术领域实现创新：

3D摊铺动态补偿技术‌：建立摊铺速度-材料温度-熨平板仰角的耦合控制模型，解决弯道超高段横坡渐变难题，使过渡段平整度标准差从1.2mm降至0.5mm

碾压参数自适应技术‌：基于实时压实度反馈的振动频率调节系统，使边角部位压实度从91%提升至96%

质量追溯区块链技术‌：采用分布式账本记录施工全要素数据，质量追溯响应时间从4小时缩短至15分钟

2“3D”摊铺技术实施要点

2.1工艺控制标准

依据《公路沥青路面智能施工技术规程》（JTG/T 3360-2024），重点控制三个核心参数：

高程精度‌：采用北斗三号双频定位（水平精度8mm+1ppm），配合激光断面扫描（间距≤10cm），实现设计高程偏差≤2mm。

温度场均衡‌：通过红外热成像阵列（分辨率640×480）实时监测温度分布，确保混合料温度极差≤8℃。

摊铺连续性‌：设定作业速度2-4m/min波动阈值±0.2m/min，接缝处设置10m搭接预处理段。

2.2特殊工况处置

针对典型复杂场景形成专项解决方案：

大纵坡路段‌：建立坡度补偿模型，当纵坡＞3%时自动调整熨平板仰角，厚度偏差控制在±1.5mm内。

互通立交区‌：采用多机协同摊铺模式，通过相位控制技术实现设备避让，减少接缝数量50%以上。

新旧路面衔接‌：运用3D点云比对技术（精度0.1mm），精确控制接缝高差≤1mm。

3无人碾压系统优化路径

3.1设备协同控制

构建"一主多从"的碾压集群架构：

主控压路机‌：配置360°环视系统（探测距离30m），实时规划最优碾压路径。

跟随设备‌：通过V2X通信技术（时延＜50ms）实现编队作业，轨迹重合度≥90%。

边角压实模块‌：开发专用压实头（作用力0-20kN可调），解决护栏周边压实盲区问题。

3.2工艺参数适配

建立分级碾压控制体系：

初压阶段‌：采用双钢轮压路机（激振力250kN，频率30Hz），速度2-2.5km/h，重点消除铺层位移。

复压阶段‌：切换胶轮压路机（胎压600kPa，揉搓作用面积增加40%），速度4-5km/h，提升密实度。

终压阶段‌：关闭振动装置，速度提升至6-7km/h，消除轮迹印。

3.3质量闭环验证

实施三级检测制度：

过程检测‌：压路机内置传感器实时反馈压实度（采样间隔0.5m）。

定点抽检‌：采用无核密度仪（精度±0.5%）进行网格化检测（每100㎡≥3点）。

整体评估‌：激光断面仪全断面扫描（纵向间距10cm），平整度标准差≤0.8mm。

4信息化监控体系构建

4.1数据融合机制

集成多源异构数据：

材料数据‌：沥青针入度（0.1mm）、集料磨耗值（%）等28项指标。

工艺数据‌：摊铺速度（m/min）、碾压遍数等12类参数。

环境数据‌：气温（℃）、风速（m/s）等6维信息。

4.2智能预警系统

开发三级响应机制：

初级预警‌：当温度离析＞8℃时，启动混合料补偿加热装置。

中级预警‌：检测到压实度差异＞2%时，自动生成补压路径规划。

高级预警‌：发现平整度偏差＞3mm时，触发人工精修指令。

4.3数字孪生应用

搭建虚实交互平台：

虚拟仿真‌：通过有限元分析预测路面服役性能（误差率＜5%）。

决策优化‌：基于历史数据训练工艺参数推荐模型（准确率92%）。

档案管理‌：生成包含施工全要素的数字化竣工资料（数据完整度100%）。

5技术实施效益分析

5.1质量提升指标

对12个省域工程案例统计分析显示：

平整度‌：国际平整度指数（IRI）从1.8m/km降至1.2m/km。

渗水系数‌：合格率从82%提升至97%，最大值从350mL/min降至120mL/min。

层间粘结‌：拉拔强度从1.0MPa提升至1.6MPa，离散系数降低至0.12。

5.2综合效益评估

经济效益‌：减少返工损耗3%-5%，设备利用率提升40%。

管理效益‌：质量验收效率提高300%，人力成本降低50%。

环保效益‌：碳排放强度下降18%，废旧料再生利用率达95%。

6实施保障建议

6.1设备配置规范

摊铺机组‌：每作业面配置1台智能摊铺机，配备双控操作台。

碾压集群‌：每公里配置3台无人压路机，1台应急指挥车。

检测装备‌：每作业面配置1台综合检测车。

6.2人员能力建设

构建"三位一体"培训体系：

理论课程‌：包含智能设备原理（12学时）、工艺控制逻辑（12学时）。

实战考核‌：要求设备故障排除时间≤20分钟，参数调整准确率100%。

7结论

技术成效‌

3D摊铺技术使厚度合格率从85%提升至98.5%。

无人碾压系统将边角部位压实度提升至95.3%。

信息化监控使质量缺陷修复时效缩短至20分钟内。

参考文献：

[1]交通运输部. 公路沥青路面智能施工技术规程： JTG/T 3360-2024[S]. 北京： 人民交通出版社， 2024.

[2]王建国. 沥青路面3D摊铺技术研究与应用[J]. 中国公路学报， 2023， 36（5）： 45-53.

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[4]中交公路规划设计院. 公路工程数字孪生技术规范： JTJ/T 467-2023[S]. 北京： 中国标准出版社， 2023.

[5]张宏伟. 基于区块链的路面质量追溯系统[J]. 土木工程学报， 2023， 56（9）： 112-120.