时间:2017年11月30日-12月1日
地点:杭州宝盛水博园大酒店
电话:010-68520351 68520350

主办:中国施工企业管理协会主办承办:《施工企业管理》杂志社

展会为期2天,占地2500平方米,共设100
个展位
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成果展 > 工地信息化

一、红外光谱沥青快速检测系统

1、沥青质量控制存在问题

沥青是道路材料中的胶结料,其质量的好坏直接影响路面质量,沥青质量差引起的路面病害时有发生。由于沥青面临造价高、用量大、造假手段时有发生等问题,使市面沥青出现鱼龙混杂现象(图1)。

图1 市面沥青质量问题

2、解决方案

 将一束连续的的红外射线照射到物质上,会引起物质中分子振动发生频率,与红外光辐射的某一频率的光相同时,此时分子吸收该频率的辐射,形成红外吸收光谱(图2)。每种分子都有由其成分和结构决定的独有的红外吸收光谱,据此可以对分子进行结构分析和鉴定。每种品牌型号的沥青都有其特殊的官能团 ,每种官能团只吸收特定的红外光,进而产生特征吸收峰形成红外谱图,通过谱图对比确定沥青的品牌、型号、批次及产地(图3)。

图2 傅里叶红外光谱仪原理

图3 不同沥青型号光谱图

3、系统组成

3.1 便携式沥青指纹识别仪

采用衰减全反射附件(ATR),沥青无须预先溶解,只需涂抹在附件上,制样到测试只需要1min就完成,尺寸:35cm×28cm×26cm,重量:10kg(图4)。

图4 便携式沥青指纹识别仪

3.2、指纹识别软件快速检测软件

扫描实现谱图采集、检测实现与数据库比对,简单方便(图5)。

图5 沥青识别快速检测系统

3.3、庞大的后台数据库

项目依托2011-2014年全省高速公路和二级公路沥青原材料检查,合计对比分析沥青3000多个,对谱图进行对比分析建立了沥青指纹识别库(图6)。

图6 数据库登录、查询

3.4、预警系统

预警系统可以在手机上查询沥青库、检测数据、统计数据,服务器识别的预警信息也会及时发送到监控客户端(图7),可以使质量监管人员随时随地对沥青进行质量监控。

图7 预警信息

4、云服务监管

现场实验室测得结果实时进行数据上传,质检机构、中心实验室和项目中心可以进行数据查询,监管(图8)。

图8 云服务监管

5、技术优势

5.1、组分分析准确

采用红外光谱分析技术,从沥青的微观化学组成入手,通过特定官能团的特征吸收峰确定、辨别和区分沥青,数据真实可靠。

5.2、轻巧灵活携带方便

适合在移动实验室和现场使用测样;沥青无须加热溶化,测试到分析一个样品只需1分钟,特别适用于施工现场及时、有效的监控沥青质量。

5.3、操作简单

测试人员只需经过简单培训就可掌握该系统的相关操作。

6、应用效果

此项技术已在吐小标段、乌奎标段和叶莎项目进行应用,解决了公路建设中原材料沥青的质量控制问题,确保稳定的沥青供应,严格控制施工质量及路面质量,同时,可以克服三大指标体系评价不准的缺点和SHRP评价体系昂贵且费时费力的缺点,市场前景广阔。每年可减少工程损失量上百万元。同时降低质量安全风险,对提高生产效率、推动先进适用的技术以及加强公路信息化建设起到积极作用,而且为今后沥青检测达到标准化的要求提供技术支持,并且减少了不合格产品的应用,充分反映交通部门“注重质量”的管理理念,提升政府形象,消除社会不和谐因素。该技术对环境没有任何影响,有效减少了不合格产品的应用,确保了工程质量,延长了使用寿命,降低检测、维修频率,减少公路交通后期维护的费用,对保护国土环境有着积极的作用。

图9 应用现场

7、技术总结

“东海牌”沥青镇海、茂名、广州、西安、塔化炼厂沥青油源相同炼厂谱图相似油源不同沥青谱图差异大(图10)。

图10 东海牌不同炼油厂谱图

滨州与泸州中海油110#沥青红外光谱图基本重合,相似度极高。泸州氧化生产的110#沥青,除氧化产生的羰基吸收峰略大外,其他吸收峰与非氧化生产的差异不大(图11)。甘肃及新疆供应中海油沥青目前发现有2充混兑调和沥青,可以通过红外光谱区分。

图11 海油110#沥青红外光谱图

与克炼相同油源沥青分析,出峰位置、峰形、峰面积都存在差异,可以区分与克炼沥青相同油源,不同工艺生产沥青(图12 )。

图12 克炼沥青谱图

 

 

二、沥青路面施工质量智能管控信息化系统

1、背景介绍

随着我国公路建设的飞速发展,沥青路面被我国高等级公路越来越普遍地采用,交通量及其轴重越来越大,尤其是近几年新疆地区的快速发展,经济快速增长(被称为“新疆速度”),各个行业对公路运输的依赖也越来越大、越来越迫切。面对新疆地区公路建设的高峰期,对公路路面的结构要求和施工质量水平也提出了更高的要求。沥青混合料铺筑质量将直接影响到通车后道路的路用性能及其使用寿命。确保沥青混合料铺筑的公路路面施工质量,是整个公路路面施工过程中最重要的工作环节之一。

沥青路面由于各种原因容易产生诸多病害,如车辙、裂缝、坑槽等,目前现有技术只能对上述各类病害做出事后处置措施,不能对施工过程进行有效监测。在出现质量问题后,不能判别是由于原材料、混合料配合比、拌和工艺、混合料转运、摊铺碾压等环节哪方面出现的问题,给事后分析问题和解决问题造成极大困难。如何利用好现代化计算机信息化物联网技术,让信息化指导公路沥青路面施工,让信息化数据更好、更快、更直接的服务于公路沥青路面施工的质量控制,来确保沥青路面施工质量且符合公路沥青路面施工规范要求。建立建全一整套从沥青拌合站生产混合料-混合料运输-摊铺碾压施工现场全过程的沥青路面数字化施工质量动态监测系统来指导、提高沥青路面的施工质量的必要性。

2、解决方案

采用室内开发调试与理论分析相结合的方法进行,软硬件在常规技术指标满足的同时,进行施工现场试验。保证施工现场的所有数据通过GPRS无限传输模块,发送到远程服务器,并在解析后存到数据库中,与沥青混凝土拌合站质量智能监控系统的数据进行汇总,对报警数据做到第一时间反馈给施工管理单位,保证沥青路面施工质量(图1)。

图1 施工质量解决方案

3、安装方案

为了实现对沥青混合料路面施工动态质量监控的目的,需要对沥青路面施工机械(沥青拌合站、运输车辆、摊铺机、压路机)进行数字化升级改造,具体加装设备如(图2-图6)所示:

图2 拌合站数字化升级改造

图3 运输车辆数字化升级改造

图4 摊铺机数字化升级改造

图5 压路机数字化升级改造

图6 高精度GPS基站

4、系统组成

4.1、拌合站管理

对接收到的海量数据进行编程自动计算与分析,自动计算分析出沥青混合料级配、油石比等关键指标,并与目标配合比及生产配合比动态比对,超出容许偏差可及时报警,便于相关技术人员及时纠偏,达到实时动态有效控制沥青混合料级配及油石比的目的(图7-图12)。同时,还开展连续监测沥青及矿料加热温度、各种材料用量累计统计分析、生产中各种工艺控制关键参数波动监测及智能分析评判等,对有效控制和提高沥青混合料拌合品质意义重大。在上述基层上建立起人性化、智能化的专家辅助决策技术平台。

结合日常试验检测(重点在拌和站混合料取样及路面上钻芯取样的马歇尔稳定度、矿料级配、油石比、渗水系数等)的关键参数指标,探索总结其与拌和站动态质量控制指标之间的关联规律,使两者有机集成结合为一体,充分实现事前控制指导、事中动态控制纠偏、事后验证反馈的三位一体化科学高效质控体系。      依托开发的相关软硬件,在充分实际使用验证的基础上,编制相应沥青混合料拌和站动态质量控制技术标准,便于今后全疆不同类型拌和站的规范化、标准化质量监控管理。

图7 生产数据监控

图8 级配标准

图9 全局图

图10 动态石油比

图11 筛分级配设置

图12 级配上下限设置

4.2、运输管理

运输管理用于车辆的运输轨迹跟踪,并通过告警提示驾驶员超速、超出电子围栏等违规情况(图11)。同时以沥青混合料为主线,将前场和后场的数据进行关联对应。

图11 物料运输管理

4.3、摊铺压实管理

对接收到的海量数据进行编程自动计算与分析,自动计算分析出沥青混合料摊铺温度、碾压温度、运行速度和运行轨迹等关键指标(图12-图15),并与目标温度、碾压遍数、速度进行动态比对,超出容许偏差可及时报警,便于相关技术人员及时纠偏,达到实时动态有效控制沥青混合料摊铺碾压的目的。同时,结合现场钻芯取样试件的密度、级配及渗水系数等检测数据,开展连续监测摊铺碾压过程中各种工艺控制关键参数波动监测及智能分析评判研究,主要针对不同厚度的沥青混合料面层的摊铺温度、碾压遍数、碾压温度、运行速度和运行轨迹等。上述研究工作对有效控制和提高沥青混合料摊铺碾压的品质意义重大。

图12 施工现场实时指导

图13 压实遍数

图14 压实温度

图15 压实速度

图16摊铺质量追溯统计表

5、后台管理

后台管理作为系统处理的核心模块,主要完成数据的保存和分析以及回溯工作,并以报表、饼图、线图等图形化手段呈现给管理者(图16-图18),方便管理者的方便找出施工的进展。当后台管理系统发现施工质量问题时,通过网页及短信的方式通知相应的管理者,确保问题的及时反馈。

图17 施工进度

图18 物料成本核算

图19 实时告警

6、应用效果

本成果已在交通行业中得到应用推广,应用情况为:新疆麦喀高速二标、新疆乌阿高速一标、二标、新疆乌赛高速、阿喀高速二标、昌吉过境二标、奥布项目等南北疆数十个项目(图19)。从现场施工数据采集到后台检测,从现场施工过程实时导航到回溯之前的施工过程,从用户访问到资源共享,该平台均为管理者,特别是为质量管理者提供一套完整的、远程的、实时的、安全的平台解决方案,使得互联网在道路施工生产过程中起到优化生产要素,提高生产效率的作用,符合近期国家“互联网+”战略规划的要求。通过多部门、分层次、全方位联动的组织形式,抓重点、分阶段稳步推进,最终形成以信息化建设为着力点,加强综合质量监管能力,推动新疆乃至全国沥青路面施工精细化管理和技术水平全面提升。

图19 应用现场

7、应用心得

7.1、系统给业主单位带来的价值

①便于多方信息共享,提高工作效率

实现厅工程处、建设业主、质监局和施工监理单位之间的信息共享,通过系统查看监测项目的沥青路面整体进度完成情况,沥青混合料生产数据统计分析报表、拌合站沥青混合料生产情况以及现场摊铺碾压的质量情况,做到沥青混合料拌合、运输及摊铺碾压各个环节的全覆盖质量核查及缺陷责任追溯。施工单位可以通过该系统可实现工程质量实时把控、工料机智能化调度和成本精细化核算,从而实现成本、进度、质量的高效率融合。

②便于查询统计和信息预警

根据参建单位职能关系设置角色权限,以灵活的方式对不合格质量数据进行查询和统计分析,并由服务器对相关的管理和监督人员发送预警信息,使之在最短的时间给予响应,进一步加强施工中的质量控制。

③通过数据挖掘,提升技术水平

根据多项目施工数据的收集,通过大数据分析进行深度的数据挖掘,有利于新疆公路规划、设计、施工技术等方面的提升。

7.2、给施工单位带来的价值

公路沥青路面施工质量动态质量监测系统对沥青路面施工实现从拌合站拌合、混合料装车及运输、沥青路面摊铺及碾压全过程的智能信息化闭合回路,实现拌合站每车料源与现场施工桩号的准确对应,其中拌合站质量缺陷数据预警及压路机碾压智能分析、纠偏对现场施工质量控制起到关键性作用。

①提升沥青路面施工的质量水平

 通过系统对混合料级配、油石比和沥青路面压实等方面的质量控制均可大幅提升。在信息化系统使用情况调研中通过建设项目各参建单位和质监局监督小组的抽检,发现使用该系统的合同段沥青砼路面各项参数合格率均好于其他未使用路面施工信息化设备的标段,尤其是路面压实度指标的控制最为明显。

②沥青路面施工质量风险控制能力显著增强

增加沥青路面施工信息化建设的投入,为沥青混合料拌合生产、运输及现场摊铺碾压各个环节中的成本及质量风险控制提供了有效实施预警及动态纠偏的手段,实现了各负其责的精细化管理,大幅度降低传统施工作业中的不可控风险。

③路面施工成本控制与核算更加便捷

通过沥青混合料各项原材料的计量及运输车辆、摊铺机和压路机的台班数记录,可实现沥青路面施工成本的动态分析,从而实现沥青路面精细化成本控制与核算,通过每天施工中的动态成本核算,促使施工单位优化施工组织设计,为企业带来直接经济效益。

④管理效率明显提高

施工单位采用此项技术后,可实时动态掌握拌合站、运输车辆、摊铺碾压设备之间的施工作业信息,实现了沥青路面施工作业各个环节的机械设备及人员的动态调度与联动均衡匹配生产,大幅度提升了项目管理效率;同时也可使业主实时掌握工程整体进度,发现制约因素,及时提出合理化管理建议。

新疆交建集团股份有限公司企业简介:

新疆交建集团股份有限公司立足新疆交通建设,以打造优质工程为目标建立起“物联网+”的信息管控体系,从沥青原料监督到沥青混合料摊铺后路面碾压实现全过程远程监控。从施工中来,到施工中去,切实解决公路建设实际需求。沥青指纹仪快速检测系统——利用傅立叶光谱检测仪采集沥青光谱曲线,通过软件系统科学的计算、比对,得出精确地检测结果,判定沥青来源,确保施工沥青原料的质量。路面动态监控系统——利用“物联网+”建立从拌合站到摊铺、碾压现场的全过程物料监控系统,通过外接传感器与后台服务器建立数据实时传输体系,通过科学的统计模型,将拌合站实时生产流量、掺配比例、温度等信息上传到前端平台远程监控,同时,运料车相关信息及摊铺位置、碾压遍数、压实度通过二维地图实时展示施工质量、进度。新疆交建集团信息化施工体系致力于将公路工程做实做优,为公路行业的信息化建设把关助力。

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