智能压实 虽不完美但是已经证明其价值

  智能压实（Intelligent Compaction，简称IC）已经在欧洲流行好一些时日了，在美国取得进展，不过是近十年里的事。和其他新兴技术一样，智能压实也有尚待解决的问题。目前还没有标准的智能压实测量值（ICMV），设备制造商可以随意定义自己的ICMV，并以此测定设备的压实效果。直到最近，直接关联刚度与密实度的数学方法依旧阙如。而刚度往往由IC测定，密实度则是实施工程单位用来判断是不是满足工程规范的依据。虽然IC可当作质量控制的重要组成部分，但是它还不够成熟，没办法提供质量保证。

  即使运用了智能压实技术，也有必要使用传统办法来进行测试。智能压实数据加上传统测试的结果，会形成更加全面的图景。“使用核子密度仪来测试仍然是必需的，如果彻底抛弃这部分数据，我们就无法得知道路的承载能力。”凯斯建筑设备的品牌营销经理Katie Pullen说，“刚度作为指标据称比密实度更加可靠，而智能压实技术的主要指标包括回弹模量和刚度，因此两者结合会提供更准确的结果。”

  虽然智能压实远远算不上已经充分发展，但是仍不失为压实技术的一大进步。因此，慢慢的变多实施工程单位提出了将智能压实技术应用到工程建设项目中的要求，设备制造商自然闻风景从。智能压实技术已证明了它的价值，没人愿意等到它变得完美的那一天才开始运用。

  现代建筑设备美洲分部的产品专家Steve DePriest称，智能压实的基础原理很容易理解：“视系统类型而定，有的会临时地把信息数据显示在数码显示屏上面，借此指导操作手的作业。高级的系统还会存储这一些信息，用于日后评估与分析。”

  一个加速度计会持续测量当前的压实状态。随着压实度的提高，仪器上显示的数据也会增大。当该数据不再增加的时候，操作手明白已达到最大压实度，于是停止碾压作业。“如果无法建立一个稳定的数值，就该对路基做多元化的分析了。” Steve DePriest说。如果在达到最大压实度之后仍然继续碾压，就会导致过压。这时，振动压路机有可能出现钢轮跳振现象，影响机器的寿命。

  现代建筑设备的Volkel Mikroelektronic智能压实系统既可以在工厂预装，也可以在施工现场安装。现有的所有压路机机型均可以每时每刻享有这一功能。

  悍马预装的压实质量（HCQ）配套组件可见于所有H i系列土壤压实设备和HD+、HD+i系列沥青路面压路机。这套组件包括加速度计、温度传感器、一个GNSS接收器的底座和一个平板电脑底座。这两个底座使得GNSS接收器和平板电脑可以在土壤压实设备、沥青路面压路机和充气轮胎压实机械之间转移。所有与尺寸相关的数据，包括压路机的大小和类型、接收器偏离滚筒中心的数值，将通过机器上的电脑与智能压实系统共享，由此保证了组件转移至另一台机器上之后仍然具有极高的精度。

  耐震的平板电脑可以分屏显示两组数据。所有压路机均可访问刚度和碾压次数等数据，沥青路面压路机还会显示铺层温度。HCQ允许多达三台压路机之间建立通讯，操作手们借此可以实时地看到其他机器的数据。

  位置信息需要订阅OmniSTAR服务，后者提供的精确度达到10cm以内。悍马的应用支持经理Tim Kowalski说：“我们之所以选择OmniSTAR，是因为它足够简单。借助差分GPS，你无需使用基站便能够获得RTK级别的精度。此外，OmniSTAR随时、随处可用，不要安设，即使设备在工地上转移，也能够保持精确度和信号强度。”在关闭之后，卫星信号还会保留16个小时之久，由此减少了每天开工或者换班时获取信号花费的时间。

  光采集数据是不够的，更重要的是这一些数据必须共享。宝马格的压实管理系统（当前的版本是BCM 05）是一个很好的例子。它包括一个带触摸屏的平板电脑，可固定的平板电脑底座，一根USB记忆棒和BCM 05软件。

  BCM 05系统通过彩色编码显示和数字向压路机操作手报告状况。它会显示与上一遍碾压结果以及目标值的对比，还会显示无法碾压或者有过压之虞的位置。日期和时间会被记录下来。所有信息都能够最终靠那根USB记忆棒转移到台式机或者笔记本电脑里，作项目管理、数据分析、建档、打印或者程序调整之用。

  使用BCM 05定位软件和一个GPS接收器，就可以把位置信息添加到数据中。不管有没有参考站，BCM 05定位软件都可以与常见的差分GPS系统（DGPS）交互。在人造卫星提供的参考服务的帮助下，定位精确度可达20cm（不到8英寸）。“宝马格在20世纪80年代就开始研究智能压实，”宝马格美洲公司的重型压实工程/产品主管Bert Erdmann说，“BCM 05是我们最新的报告由IC系统、Asphalt Manager和Variomatic捕捉的机器位置、温度刚度及其他数据的工具。”

  Tim Kowalski说，通讯必须是双向的。“必须有人管理系统，设置指标颜色，给工程与路段命名，以及做一切所需的背景工作来确保智能压实成功执行。这是一项简单、却责任重大的工作。”

  Katie Pullen说：“对智能压实的定义有很多，所有的凯斯压路机在出厂时都可以在某些特定的程度上使用智能压实，但是系统的复杂性会因设备应用的规模与种类而异。在小型DV系列沥青路面压路机上，我们简单地使用了一个压实指标；在全尺寸土壤与沥青压实设备上，则提供一个更先进的智能压实系统，它能够给大家提供回弹保护、测量刚度，还能够基于实时状况指导操作手。”

  酒井的Josh Steele说，由于智能压实系统的设计各有不同，客户也需要审慎尽责。除了一份符合规范的报告以外，还需要仔细考虑其他方面。智能压实系统对工地分析进行了补足，使每件事情都变得更高效。当与其他智能化机器的应用程序集成之后，智能压实系统的数据可以指出哪些领域需要更加多的培训，哪里的机器数量能够大大减少，或者哪里的生产应加快或放慢速度，才能够很好的满足质量要求。

  美国芝加哥气动压缩机公司是为数不多的没有给任何压实设备提供智能压实系统的设备制造商。“在我们主要涉足的租赁市场和油田设施领域，智能压实的需求并不大，它大多分布在在大型的公路施工项目。”负责中南部销售业务的Paul McClendon说。智能压实系统常见于5~6t级别或者滚筒尺寸为66~84英寸的压实设备。他们公司生产的最大的压路机SR130D，工作质量只有4.81t，滚筒宽度也只有53.9英寸。

  “也许有朝一日成本降低了，给小型压实设备配备智能压实技术才有意义。” Paul McClendon称，“如果真有那么一天，实施工程单位有可能要求在小型项目上使用智能压实技术。不过眼下市政单位正在为基础设施建设的资金犯愁，谁知道何时经济才会有所好转，使得智能压实技术能在这些项目上运用。”

  卡特彼勒为沥青路面及土壤压实设备提供的温度与压实度测量技术包括传统的基于加速度计的智能压实技术（他们称之为CMV）。与其他类似的系统一样，CMV测定受到压路机冲击后的地面反应。包括CMV在内的基于加速度计的系统能发现地表以下、最深2m处的异常，比如有圆形巨石或者树干。“但是，这种系统的最理想的工作环境是粒状土壤。粘性土壤对碾压的反应会失真，由此产生变化极大的测量值。”卡特彼勒摊铺设备全球销售顾问Bryan Downing说。

  于是卡特彼勒开发了MDP，一种依赖滚动阻力而不是加速度计的技术。随着材料由松软变结实，滚动阻力会减小，MDP正是基于这一原理提供压实数据。由于那些比较棘手的土壤的阻尼效应对滚动阻力的影响被大大减小了，因此MDP适用于粗粒土、细粒土和粘性土等所有土壤类型，测量结果也不再摇摆不定。

  与在压路机停止振动之后就变得“抓瞎”了一般的基于加速度计的系统不同，无论是在振幅和压实功很大的生产模式下，还是在振动系统停用时，MDP都能正常工作。

  在2015年的沥青大世界展会（World of Asphalt）上，沃尔沃建筑设备推出了一种可以计算密实度的智能压实系统Density Direct。这是智能压实系统首次实现密实度计算功能，预示着智能压实技术在走向成熟的道路上又迈出了一大步。密实度算法和它在柔性路面上的使用是俄克拉荷马大学的专利，沃尔沃建筑设备与该大学合作，并且取得了对这一技术进行商业化的专有权利。

  沃尔沃建筑设备的Density Direct与其他智能压实系统的重要不同之处在于，它能够给大家提供密实度的计算结果，而后者往往只提供基于材料刚度计算结果的智能压实测量值（ICMV）。“Density Direct省去了钻芯取样环节，提高了生产效率和质量。现在，操作手可以实时地得到所有已碾压铺层的密实度计算值了。”沃尔沃的压实产品经理Mark Eckert说，“传统的核子密度仪测试法不但费时，而且只能做抽样检查，Density Direct无疑是一个更好的解决方案。”

  项目的目标密实度（通常为92%~97%）通过校准触摸屏输入，Density Direct即据此运用材料厚度、材料温度、材料配合比、压路机质量、振幅与频率等数据。在对取自试验段的芯样进行校准时，Density Direct的精确度与实验室芯样测试结果的偏差只有1.5%。

  校准的结果能存储下来，用作参考或者提高效率与精确度之用。比如说，某个操作手在周一对一个4英寸厚的粘结层进行压实作业，校准结果存储为“作业一”；次日碾压2.5英寸的磨耗层时，数据存为“作业二”；周三重回周一工作过的粘结层作业时，就可以直接切换至“作业一”状态，无须重新校准。

  沃尔沃建筑设备会为北美市场提供以往的智能压实系统（Volvo IC）和新的Density Direct智能压实系统，后者将从2015年秋天开始可供使用。新的沥青路面压路机机型DD110B、DD120B和DD140B可以再一次进行选择在出厂时装配Density Direct，其他通过沃尔沃代理商售出的压路机有望在日后加装该系统。