浅谈公路养护机械设备迈向智能化装备的探索之路

浅谈公路养护机械设备迈向智能化装备的探索之路

陈书玭

甘肃省天水公路局麦积公路段 甘肃省天水市 741000

摘要：随着公路养护的要求越来越高，当前部分养护机械设备产品的性能、品种、数量和质量难以满足我国公路养护的需要，养护机械设备将朝着高效、节能、多功能的智能化方向迈进。

关键词：公路养护；机械设备；智能化

引言

一般公路养护工程分为日常养护、中修、大修和改扩建。日常养护是指不渉及病害的养护作业，如路面日常保洁、洒水降温、油污清洗、除雪、除冰等，以

及桥涵疏通泄水孔、疏通涵洞、疏导河道、加润滑油等；中修、大修为规模较

大、技术复杂、投资金额高的养护工程；改扩建是对原路面面层、基层、底基

层(可能包括路基)整段落的翻修、铣刨重新铺筑，或对原路面逬行加宽等。目前公路养护呈现出劳动密集、病害种类多、工程量大、工期紧、通行压力大的特点。

1、发展背景

1.1国内情况

自改革开放以来，我国大力发展经济，加大对公路等基础设施建设的投资力度，公路交通事业经过多年的快速发展，截至2019年,中国公路总里程已达484.65万公里、高速公路达14.26万公里,居世界第一。中国公路交通总体上经历了从“瓶颈制约”到“初步缓解”，再到“基本适应”经济社会发展需求的发展历程，一个走向现代化的综合交通运输体系正呈现在世界面前，我国公路交通行业坚决贯彻落实党中央改革开放的一系列方针政策，始终勇立时代发展潮头，实现了跨越式发展。

1.2国际情况

国际上，欧美等发达国家公路路网已建成完善，并进入大规模的路网维护、养护阶段，而大量的发展中国家尤其是亚非拉地区国家则刚进入公路网络的大规模建设阶段。随着世界经济的不断发展，国际公路建设的黄金时代仍将继续维持20〜30年，因此未来对公路养护设备的需求将保持继续增长。

1.3国家政策

国家对公路建养愈发重视，在《公路水路交通中长期科技发展规划纲要2006-2020》、《公路水路交通运输“十二五”科技发展规划》、《产业结构调整指导目录（2011年本）》中均做出了重要规划，并制定了与之配套的科技投入、税收鼓励、金融支持、研发能力等方面的政策支持。公路养护技术贯穿公路建养始末，未来几十年内，公路养护行业将迅速、蓬勃发展，养护设备的市场前景广阔。

2. 智能化机械养护设备发展的必要性

由于我国人口老龄化带来的人口短缺，迫使劳动力成本的急速上升，加上养护人员工资待遇不高，劳动强度大，年轻人工作理念等问题使得之前依靠传统人工手动养护的情况必须随之发生改变。此外在公路道路上进行户外施工本身就具有很大的操作风险和人身风险，引发交通事故后更会带来巨大的经济损失和人身安全的隐患。

公路养护专用设备制造业作为新兴的行业领域，先后经历了漫长的发展历程。近年来，专业化、智能高效、环保的大型养护设备开始成为市场的主流，预防性养护技术、再生技术及橡胶沥青等在中国迅速发展，以此为代表的微表处稀浆封层设备、碎石封层设备、再生设备在养护工程中发挥了重大作用。随着公路养护的要求越来越高，加之传统维护大多需要开挖施工，会引发较为严重的环保问题，因而需要开发和探索新的智能化养护设备来代替传统的养护及大中修设备和工艺。养护机械设备等也必将朝着高效、节能、多功能的智能化方向迈进。

3、智能化养护装备的开发与探索

3.1智能化养护装备的特点及发展方向体现为大型化、智能化、功能集成化、功能强大化、环保化。智能化养护装备的功能集成方面,以日常养护作业为主,将灌缝、补坑槽、洒水、除雪、除冰、护栏更换、路缘石更换、保洁、垃圾处理，边坡边沟、桥梁、隧道、机电、服务区维护维修，绿化修等功能集成到几种机械上,由小型机械集成为大型机械,如路基路面、桥梁、事故处理多功能车等,也可将上述功能再集成或优化组合。以预防性养护为主,将微表处、稀浆封层、薄层摊铺、精细抗滑层、沥青洒布、石料撒布等多功能集为一种或几种大型机械。以大中修和改扩建为主,集水泥混凝土、沥青混凝土、水泥稳定碎石三种搅拌施工为一体的多功能机器,以再生为主的沥青混凝土路面、水泥路面、水稳基层等为一体的多功能再生机械。以材料加工为主,集改性沥青、乳化沥青、环氧乳化沥青等生产为一体的多功能沥青生产设备。通过对传统施工设备性能提升,逐步减少或代替驾驶和配合人员。

3.2对清扫车进行功能升级达到在一个车道上行驶可清扫3〜5个车道的效果；除雪车通过功能升级一次性清理2〜4个车道；铣刨机功能升级后实现平面铣刨、 加宽时台阶铣刨一次完成，摊浦机功能升级后进行三层路面—次摊铺。通过上 述途径实现对现有机械的功能升级。

3.3引进、学习国外先进的电子监控技术、机电液一体化技术，开发节能、高效、低噪声、低污染且自动化程度较高的养护机械；研究开发故障自动监控系统，提高养护机械的安全性、舒适性和易操作性。为了提高机械的使用效益和适应养护作业的需求，应向大功率、多用途的方向发展，以适应高速公路安全、快捷的作业要求，同时开发简易的多功能养护机械，以满足一般路面的养护需求，如在拖拉机、装载机、汽车底盘上进行改装。尤其是应开发生产电力、液压、机械等工作装置快换机构、动力输出口接口、具有0.1～80km/h行驶能力的综合养护车专用底盘，进而为公路养护工作者提供便利条件。

3.4小型化的日常养护(灌缝、补坑槽、保洁、洒水，除雪、除冰等），以及交通事故引起的护栏更换及绿化修剪等，由于施工速度慢、效率低，严重影响车辆通行。由于传统大中修常常要开挖施工，会引发严重的环保问题，因而需要研发新型的技术和机械设备代替传统的大中修技术、工艺和设备。非开挖理念的应用需要配套深层病害检测设备和深层病害施工设备，乳化环氧沥青碎石封层等预防性养护新技术等。

3.5 无人机+航拍。无人机在空中飞行时可采集路面照片,通过图像拼接还原路面病害及路面边坡状况,特别是在山区高填方、高挖方路段。目前主流的路桥病害的检测算法是基于图像的阀值分析及边缘检测,无人机在空中拍摄的影像容易捕捉汽车、行人、阴影及周遭杂物,而路面病害在影像中所占的面积非常小,因此图片中病害识别的速率与准确率都会受到限制。由于无人机在空中无法感知路面的颠簸,因此无法采集桥头跳车病害及路面平整度状况。此外,无人机的续航、人员安全及数据存储回传等问题还有待进一步解决,使用无人机航拍辅助检查还有待进一步升级优化。

3.5检测设备轻量化+云计算。随着硬件技术的迭代优化,工业相机、红外相机、加速度计、探地雷达等检测设备的性能越来越高,稳定性越来越好,将这类轻量化的传感器安装于普通的车辆上,依靠车辆供电,车辆在行驶的过程中就可以实现对道路病害情况及路侧基础设施情况的快速采集。若将轻量化传感器集成在道路清扫车、公交车、出租车、快递邮政等社会运营车辆上,通过这些车辆的每日正常工作就可实现对路网的覆盖性检测,大大提高道路检测的覆盖率及频率。此外,前端车载设备采集的数据可直接上传至云端,通过云端强大的计算机对数据的快速处理,及时发现路面病害,评价路面健康状况, 生成道路健康信息报表,便于道路管养部门统计工作量。

4、结束语

公路养护智能化专用设备的发展，是公路养护技术发展的必然趋势。虽然目前依然属于新兴的专用设备制造领域，但在人类生存环境日益恶劣的今天，行业起步即面临资源节约、能源再生的可持续发展的挑战，同时需要有充足的资金支持，加上国家对新能源、新技术的扶持，给大型智能化养护装备在国内的发展提供了良好的环境。工欲善其事必先利其器，智能化、系统化养护设备的开发与研究是公路养护工作中不可缺少的一环。

参考文献

1. 张红春 大型智能化养护设备的开发与探索 筑路机械与施工机械化[J] 2018（035）011

2. 王宜登 林伟 浅谈我国公路养护设备的发展方向

3. 宣伟力夏书红 浅谈沥青路面的快速养护及养护机械的使用[J]工程建筑2010年7月