智能壓實 雖不完美但是已經證明其價值

智能壓實 雖不完美但是已經證明其價值

2015-08-06 10:28 網絡整理 責編：孫江遠 作者：築機編譯

智能壓實（Intelligent Compaction，簡稱IC）已經在歐洲流行好一些時日了，在美國取得進展，不過是近十年裡的事。和其他新興技術一樣，智能壓實也有尚待解決的問題。目前還沒有標準的智能壓實測量值（ICMV），設備製造商可以隨意定義自己的ICMV，並以此測定設備的壓實效果。直到最近，直接關聯剛度與密實度的數學方法依舊闕如。而剛度往往由IC測定，密實度則是施工單位用來判斷是否符合工程規範的依據。雖然IC可以作為質量控制的重要組成部分，但是它還不夠成熟，無法提供質量保證。

即使運用了智能壓實技術，也有必要使用傳統方法進行測試。智能壓實數據加上傳統測試的結果，會形成更加全面的圖景。「使用核子密度儀進行測試仍然是必需的，如果徹底拋棄這部分數據，我們就無法得知道路的承載能力。」凱斯建築設備的品牌營銷經理Katie Pullen說，「剛度作為指標據稱比密實度更加可靠，而智能壓實技術的主要指標包括回彈模量和剛度，因此兩者結合會提供更加準確的結果。」

雖然智能壓實遠遠算不上已經充分發展，但是仍不失為壓實技術的一大進步。因此，越來越多施工單位提出了將智能壓實技術應用到工程項目中的要求，設備製造商自然聞風景從。智能壓實技術已經證明了它的價值，沒人願意等到它變得完美的那一天才開始運用。

基本原理

現代建築設備美洲分部的產品專家Steve DePriest稱，智能壓實的基本原理很容易理解：「視系統類型而定，有的會臨時地把信息顯示在數碼顯示屏上面，藉此指導操作手的作業。高級的系統還會存儲這些信息，用於日後評估與分析。」

一個加速度計會持續測量當前的壓實狀態。隨著壓實度的提高，儀器上顯示的數據也會增大。當該數據不再增加的時候，操作手明白已經達到最大壓實度，於是停止碾壓作業。「如果無法建立一個穩定的數值，就該對路基進行分析了。」 Steve DePriest說。如果在達到最大壓實度之後仍然繼續碾壓，就會導致過壓。這時，振動壓路機有可能出現鋼輪跳振現象，影響機器的壽命。

現代建築設備的Volkel Mikroelektronic智能壓實系統既可以在工廠預裝，也可以在施工現場安裝。現有的所有壓路機機型均可以隨時享有這一功能。

悍馬預裝的壓實質量（HCQ）配套組件可見於所有H i系列土壤壓實設備和HD+、HD+i系列瀝青路面壓路機。這套組件包括加速度計、溫度傳感器、一個GNSS接收器的底座和一個平板電腦底座。這兩個底座使得GNSS接收器和平板電腦可以在土壤壓實設備、瀝青路面壓路機和充氣輪胎壓實機械之間轉移。所有與尺寸相關的數據，包括壓路機的大小和類型、接收器偏離滾筒中心的數值，將通過機器上的電腦與智能壓實系統共享，由此保證了組件轉移至另一臺機器上之後仍然具有極高的精度。

壓路機施工圖（圖片源自網絡）

耐震的平板電腦可以分屏顯示兩組數據。所有壓路機均可訪問剛度和碾壓次數等數據，瀝青路面壓路機還會顯示鋪層溫度。HCQ允許多達三臺壓路機之間建立通訊，操作手們藉此可以實時地看到其他機器的數據。

位置信息需要訂閱OmniSTAR服務，後者提供的精確度達到10cm以內。悍馬的應用支持經理Tim Kowalski說：「我們之所以選擇OmniSTAR，是因為它足夠簡單。藉助差分GPS，你無需使用基站便可以得到RTK級別的精度。此外，OmniSTAR隨時、隨處可用，不需要安裝，即使設備在工地上轉移，也能夠保持精確度和信號強度。」在關閉之後，衛星信號還會保留16個小時之久，由此減少了每天開工或者換班時獲取信號花費的時間。

數據共享與通訊

光採集數據是不夠的，更重要的是這些數據必須共享。寶馬格的壓實管理系統（當前的版本是BCM 05）是一個很好的例子。它包括一個帶觸控螢幕的平板電腦，可固定的平板電腦底座，一根USB記憶棒和BCM 05軟體。

BCM 05系統通過彩色編碼顯示和數字向壓路機操作手報告狀況。它會顯示與上一遍碾壓結果以及目標值的對比，還會顯示無法碾壓或者有過壓之虞的位置。日期和時間會被記錄下來。所有信息都可以通過那根USB記憶棒轉移到臺式機或者筆記本電腦裡，作項目管理、數據分析、建檔、列印或者程序調整之用。

使用BCM 05定位軟體和一個GPS接收器，就可以把位置信息添加到數據中。不管有沒有參考站，BCM 05定位軟體都可以與常見的差分GPS系統（DGPS）交互。在人造衛星提供的參考服務的幫助下，定位精確度可達20cm（不到8英寸）。「寶馬格在20世紀80年代就開始研究智能壓實，」寶馬格美洲公司的重型壓實工程/產品主管Bert Erdmann說，「BCM 05是我們最新的報告由IC系統、Asphalt Manager和Variomatic捕捉的機器位置、溫度剛度及其他數據的工具。」

Tim Kowalski說，通訊必須是雙向的。「必須有人管理系統，設置指標顏色，給工程與路段命名，以及做一切所需的背景工作來確保智能壓實成功執行。這是一項簡單、卻責任重大的工作。」

從大到小再到無

Katie Pullen說：「對智能壓實的定義有很多，所有的凱斯壓路機在出廠時都可以在一定程度上使用智能壓實，但是系統的複雜性會因設備應用的規模與種類而異。在小型DV系列瀝青路面壓路機上，我們簡單地使用了一個壓實指標；在全尺寸土壤與瀝青壓實設備上，則提供一個更加先進的智能壓實系統，它可以提供回彈保護、測量剛度，還能夠基於實時狀況指導操作手。」

酒井的Josh Steele說，由於智能壓實系統的設計各有不同，客戶也需要審慎盡責。除了一份符合規範的報告以外，還需要考慮其他方面。智能壓實系統對工地分析進行了補足，使每件事情都變得更加高效。當與其他智能化機器的應用程式集成之後，智能壓實系統的數據可以指出哪些領域需要更多的培訓，哪裡的機器數量可以減少，或者哪裡的生產應加快或放慢速度，才能夠滿足質量要求。

智能壓實系統（圖片源自網絡）

美國芝加哥氣動壓縮機公司是為數不多的沒有給任何壓實設備提供智能壓實系統的設備製造商。「在我們主要涉足的租賃市場和油田設施領域，智能壓實的需求並不大，它主要集中在大型的公路施工項目。」負責中南部銷售業務的Paul McClendon說。智能壓實系統常見於5~6t級別或者滾筒尺寸為66~84英寸的壓實設備。他們公司生產的最大的壓路機——SR130D，工作質量只有4.81t，滾筒寬度也只有53.9英寸。

「也許有朝一日成本降低了，給小型壓實設備配備智能壓實技術才有意義。」 Paul McClendon稱，「如果真有那麼一天，施工單位有可能要求在小型項目上使用智能壓實技術。不過眼下市政單位正在為基礎設施建設的資金犯愁，誰知道什麼時候經濟才會有所好轉，使得智能壓實技術可以在這些項目上運用。」

另闢蹊徑

卡特彼勒為瀝青路面及土壤壓實設備提供的溫度與壓實度測量技術包括傳統的基於加速度計的智能壓實技術（他們稱之為CMV）。與其他類似的系統一樣，CMV測定受到壓路機衝擊後的地面反應。包括CMV在內的基於加速度計的系統能夠發現地表以下、最深2m處的異常，比如有圓形巨石或者樹幹。「但是，這種系統的最理想的工作環境是粒狀土壤。粘性土壤對碾壓的反應會失真，從而產生變化極大的測量值。」卡特彼勒攤鋪設備全球銷售顧問Bryan Downing說。

於是卡特彼勒開發了MDP，一種依賴滾動阻力而不是加速度計的技術。隨著材料由鬆軟變結實，滾動阻力會減小，MDP正是基於這一原理提供壓實數據。由於那些比較棘手的土壤的阻尼效應對滾動阻力的影響被大大減小了，因此MDP適用於粗粒土、細粒土和粘性土等所有土壤類型，測量結果也不再搖擺不定。

與在壓路機停止振動之後就變得「抓瞎」了一般的基於加速度計的系統不同，無論是在振幅和壓實功很大的生產模式下，還是在振動系統停用時，MDP都能正常工作。

更進一步

在2015年的瀝青大世界展會（World of Asphalt）上，沃爾沃建築設備推出了一種可以計算密實度的智能壓實系統——Density Direct。這是智能壓實系統首次實現密實度計算功能，預示著智能壓實技術在走向成熟的道路上又邁出了一大步。密實度算法和它在柔性路面上的使用是俄克拉荷馬大學的專利，沃爾沃建築設備與該大學合作，並且取得了對這一技術進行商業化的專有權利。

智能壓實系統（圖片源自網絡） 

沃爾沃建築設備的Density Direct與其他智能壓實系統的重要區別在於，它可以提供密實度的計算結果，而後者往往只提供基於材料剛度計算結果的智能壓實測量值（ICMV）。「Density Direct省去了鑽芯取樣環節，提高了生產效率和質量。現在，操作手可以實時地得到所有已碾壓鋪層的密實度計算值了。」沃爾沃的壓實產品經理Mark Eckert說，「傳統的核子密度儀測試法不但費時，而且只能做抽樣檢查，Density Direct無疑是一個更好的解決方案。」

項目的目標密實度（通常為92%~97%）通過校準觸控螢幕輸入，Density Direct即據此運用材料厚度、材料溫度、材料配合比、壓路機質量、振幅與頻率等數據。在對取自試驗段的芯樣進行校準時，Density Direct的精確度與實驗室芯樣測試結果的偏差只有1.5%。

校準的結果可以存儲下來，用作參考或者提高效率與精確度之用。比如說，某個操作手在周一對一個4英寸厚的粘結層進行壓實作業，校準結果存儲為「作業一」；次日碾壓2.5英寸的磨耗層時，數據存為「作業二」；周三重回周一工作過的粘結層作業時，就可以直接切換至「作業一」狀態，無須重新校準。

沃爾沃建築設備會為北美市場提供以往的智能壓實系統（Volvo IC）和新的Density Direct智能壓實系統，後者將從2015年秋天開始可供使用。新的瀝青路面壓路機機型DD110B、DD120B和DD140B可以選擇在出廠時裝配Density Direct，其他通過沃爾沃代理商售出的壓路機有望在日後加裝該系統。

註：由於專業水平有限，本文錯譯、漏譯在所難免，歡迎留言指正。

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