一切为了品质——记新疆交建集团科技创新领军者黄勇

新疆吐鲁番至小草湖高速公路(以下简称吐小高速)指挥部的邓长忠指挥长最近终于可以松一口气了。随着吐小高速开始进入路面施工阶段,他一直被如何科学有效地保证沥青质量和沥青路面施工品质所困扰。当新疆交通建设集团协助建立的红外光谱沥青智能检测站和公路沥青路面施工质量动态监控系统投入使用后, 难题迎刃而解,而这背后的负责人就是教授级高工、享受国务院特殊津贴专家、博士后、新疆交通建设集团总工程师黄勇。

  人物档案

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  新疆交通建设集团总工程师 黄勇

  黄勇简介

  教授级高工,享受国务院特殊津贴专家,博士后,新疆交通建设集团总工程师, 兼任新疆公路学会副秘书长,2017 年度被评为交通运输部十大科技创新领军人才。

  长期以来主要从事公路工程科研、勘察设计、公路施工建设等工作。在主持或参加的科研项目中,1 项获得中国公路学会科技进步特等奖和国家科技进步2 等奖,1 项获得自治区科技进步一等奖,2 项获得自治区和部级科技进步二等奖。

  新疆吐鲁番至小草湖高速公路(以下简称吐小高速)指挥部的邓长忠指挥长最近终于可以松一口气了。随着吐小高速开始进入路面施工阶段,他一直被如何科学有效地保证沥青质量和沥青路面施工品质所困扰。当新疆交通建设集团协助建立的红外光谱沥青智能检测站和公路沥青路面施工质量动态监控系统投入使用后, 难题迎刃而解,而这背后的负责人就是教授级高工、享受国务院特殊津贴专家、博士后、新疆交通建设集团总工程师黄勇。

  沥青指纹识别把住原料品质关

  “他是我们新疆自己培养的‘土博士’。”提起黄勇,邓长忠的赞许溢于言表。“他虽然不是‘海归’,但他的创新意识却很超前,作为交通运输部颁发的‘交通运输行业西部地区特殊环境下公路养护技术协同创新平台(以下简称西部协同创新平台)’负责人,主持开展了一系列重大的交通科技创新项目。”

  邓长忠提到的黄勇,早在2014 年, 笔者因参加“中国- 亚欧博览会交通运输峰会”而结识。不久前,在新疆举办的“交通运输行业BIM 技术应用培训班暨技术创新助力品质工程研讨会” 上,黄勇应邀做了《品质工程在新疆交通建设管理的科学实践》专题发言。笔者发现,三年的时间,包括黄勇在内的新疆交建又发生了非常显著的变化,他们为新疆公路行业传统施工向数字化、智能化施工升级改造,新疆公路工程重大地质灾害防治、特殊干旱荒漠区条件下公路交通安全、新疆筑路材料循环利用等方面做出了突出贡献,取得了非常显著的经济和社会效益。

  几天的近距离接触,笔者发现黄勇有几个显著特点,一是非常谦虚低调,二随身带的包很沉,三是很忙。

  如果不是刻意挖掘,很难想象眼前的黄勇已经是新疆交通建设科技创新的领军人物。他随身携带的那个公文包比笔者出差常常背的双肩摄影包+ 笔记本电脑还要重,单手基本拎不动。“我日常工作需要的文件资料,还有电脑、移动硬盘,都在包里,主要是方便查找。”黄勇说。

  很难约到一个完整的采访时间, 只能利用车间参观、中午休息、吃饭间隙,他对此也感到非常抱歉。

  黄勇说:“沥青是沥青路面道路材料中的胶结料,其质量的好坏直接影响路面质量,因为沥青质量差引起的路面病害时有发生。路面工程在公路建设中占到项目工程全造价的30%~40% 左右,而沥青是路面工程重要的原材料, 在路面工程中具有重要的作用。因此, 把好沥青这一关键原材料入口关,是保证沥青路面质量的基础。”

  据介绍,目前我国公路建设用沥青面临两大难题:一是沥青材料一致性难,实验室送检样品和施工中应用的沥青不一致;二是沥青生产厂家众多, 很难识别沥青来源,确保沥青的品质。传统的沥青检测主要采用针入度、软化点、延度性能检测等方法,有很多局限性,不能完全识别鉴定、全面反映沥青的性能以及其在路面的表现。主要存在的问题一是试验周期长,实验室检测全套指标耗时7 天;二是设备成本高,一般实验室很难配备全套设备;三是品质监控难,送检样品和实际工程大规模应用产品不一致,很难做到沥青品质的监控;四是目前常用的SBS 改性沥青中,SBS 的掺量很难通过常规的方法确定。

  怎么解决?“采用红外光谱检测技术是一个快捷有效的办法,它由便携式沥青指纹识别仪、沥青指纹识别快速检测软件、系统服务器和预警系统四部分组成。其基本原理是: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、型号及油原产地;通过对谱图的特征吸收峰进行深入分析,判断SBS、SBR 等改性添加剂添加量等。”黄勇说,“我们做这件事有两大优势,一是依托新疆交建集团牵头的西部创新协作平台, 与甘肃公路勘察设计院、长安大学、哈尔滨工业大学、西安依恩驰等单位开展产学研用一体化合作,历时三年建立了几十个沥青品牌超过1 万个标本库;二是与SK、壳牌、克炼、埃索、中石油、中石化、中海油等知名沥青炼厂直接合作取样,保证标准样本库的及时性和准确性。”

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采用红外光谱检测技术的沥青指纹识别实验室

  据吐小高速沥青智能检测站负责人介绍,红外光谱检测技术的优势明显,首先是可靠便捷,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。便携式沥青指纹识别仪轻巧灵活,便于携带,适合在移动实验室和现场使用测样。使用ATR 附件, 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、有效地监控沥青质量;其次是简单高效,仪器和软件操作简便,测试人员只需经过简单培训就可掌握该系统的相关操作。可以快速、及时地在1 分钟内检测判定每车沥青品牌,筛选出不合格(与试验室送检标定样品不匹配)沥青,提高沥青路面质量,提高管理效率,节约建设成本;第三是动态监控,测试数据通过远程传输,通过后端云平台大数据实施分析评判异常沥青并进行异常报警,短信通知管理者,让管理者实时监控并评价每一车沥青的质量情况,并为现场沥青处理提供问题解决方案,实现了由效率低的事后检测向实时动态监控的转变。

  “除吐小高速外,这套快速识别系统在墨和高速、金武高速、营双高速、武罐高速、成武高速、临合高速、乌赛高速、机场高速等众多项目中进行了成功应用,效果非常好。”黄勇说。

  智能信息化施工

  实现公路质量全程管控

  事实上,严把沥青质量关只是沥青公路建设的第一步,如何控制沥青混合料配合比,如何严格监控沥青混合料的运输、摊铺、碾压等工序,如何建立沥青道路的电子档案,实现质量追溯管理,则是信息化时代交通建设者应该积极践行的方向。

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  智能信息化施工现场

  当笔者问黄勇研发“沥青混合料路面施工动态质量监控系统”的初衷时,他打了一个形象的比喻。“为什么中餐不能像肯德基、麦当劳那样在全世界进行大量、快速的复制?主要原因是中餐靠大厨的经验,肯德基、麦当劳靠标准化的流程把控。”

  “公路也是一个产品,一个工程项目的质量好坏往往与项目经理的经验和责任心密切相关。但优秀的项目经理毕竟有限,如何保证更多的公路工程被高质量地完成?这便是我们研发这套系统的直接原因。它是通过信息化手段对传统施工工艺进行升级改造,也是新疆交建进行差异化建设, 打造自己独特竞争力的积极尝试。” 黄勇说,“我们从2011 年开始筹备, 2012 年边研发边应用,2014 年基本完成。”

  黄勇介绍说,沥青混合料路面施工动态质量监控系统核心技术包括: 一是达到厘米级的动态的精确定位差分系统;二是调差分析系统,对出来的数据进行分析校正;三是大数据分析软件系统;四是各种硬件系统的融合等; 包括拌合站管理、沥青混合料运输管理、摊铺碾压管理、施工现场管理和质量追溯管理;具有实时性、连续性、无破坏性、智能化、机群协同、远程、实时导航、短信告警、过程可重放等特点。

  拌合站管理用于沥青混合料搅拌站生产过程监控,级配、油石比、温度等信息进行实时监控和保存,当出现问题时,立即进行短信手段的报警, 做到生产问题的快速纠偏,同时提供施工现场历史数据精确回溯功能。

  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。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。

  摊铺碾压管理作为路面施工质量管理的一部分,负责前场施工工艺全过程管理。将所有机械设备进行统一交互, 使得整个现场作为一个有机整体进行管理。针对摊铺过程、压实过程进行不同的工艺处理,并对压路机驾驶员提供实时施工操作智能导航辅助。

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  每个摊铺碾压现场都会有前场经理和监理,对施工现场进行施工调度及质量监督,路面施工质量管理就是为他们提供实时的管理手段,通过图形化的数据呈现,使原先的工作得以量化。

  后台管理是系统处理的核心模块, 主要完成数据的保存、智能分析以及质量回溯等工作,并以报表、饼图、线图等图形化手段呈现给管理者,方便管理者查看施工进度和质量。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及时通知相应的管理者,确保问题的及时反馈。

  黄勇介绍说,这套系统可实现多点联动,一个是现场的联动,一个是后台的联动,还有一个是单机的联动, 形成了一个作业面实时信息的互享、互通、互动模型,可以实现过程中的实时控制,事前指导,事中纠偏,事后追溯,形成一个完整的循环系统。可以实现质量控制,可以进行材料的成本核算,可以进行工、料、机的实时调度,整个进度管理实际上是一个需要进行非常深入挖掘的一个体系。

  “通过安装RFID 系统对运料车进行身份识别,根据不同的拌合能力, 运输沥青混合料车辆的身份也通过智能识别系统加载上,到了摊铺现场以后可以把这个信息传递到摊铺机上, 所有的数据都通过无线实时传输到后台,摊铺的这一车料铺在了哪个桩号上,这车料前端在拌合站生产过程中的矿料配合比、油石比\ 拌合温等信息都是联动的。相当于在建设过程中把沥青混合料拌合、运输、摊铺、碾压等全部数据都实现了在路面建设过程中的精确化定位,从而建立了完整的电子档案信息。”黄勇强调说。

  黄勇说:“沥青混合料路面施工动态质量监控系统首先是智能施工体系,以智能化、精细化施工为主轴,以物联网、大数据、云计算为依托,以工业数字化施工过程为切入点,形成了施工全过程的智能管控体系;其次是科学质控体系,结合日常实验检测,形成了事前控制、事中动态纠偏、事后验证反馈的三位一体化科学高效质控体系; 最后是质量追溯体系,实现了沥青路面施工全过程中拌合、运输、摊铺、碾压等施工环节的质量追溯闭环体系。”

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  “虽然投入这套系统会增加一些费用,但全面提升了公路施工质量精细化管控水平,保证机械设备高效运转, 提高了生产效率,减少了浪费,反而是降低了项目总成本,实现了节能减排, 进而获得巨大的经济效益和社会效益,这在我们参与的很多公路建设项目中都得到了印证。”黄勇说。

  据笔者了解,这套系统经中国公路建设行业协会鉴定“项目成果为国际先进”,荣获“公路工程科技创新成果”一等奖。

  采用BIM 技术践行现代工程管理

  交通运输部部长李小鹏明确要求, 要提升基础设施品质,推行现代工程管理,开展公路水运建设工程质量提升行动。2017 年要着力打造品质工程, 启动品质工程示范创建。部公路局发布了“关于征求对《关于推进公路水运工程应用BIM 技术的指导意见》的函”,指导意见提出,为提升公路水运工程设计、建设、养护、运营一体化管理水平,落实全生命周期理念, 促进公路水运工程资产保值增值,交通运输部决定在公路水运工程中推进BIM 技术的应用。

  BIM 是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础,进行建筑模型的建立,通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。它具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性五大特点。黄勇对此深有同感,他说:“新疆交建近年来探索应用‘ 无人机+BIM’ 航测系统, 完成了吐小高速一、二、三标段无人机数据采集工作,结合设计路线生成主线BIM 模型。”

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  黄勇说:“‘无人机+BIM’航测系统技术优势主要体现在三个方面: 一是快速设计,无人机航测周期短、精度高、受环境影响小等特点,非常适合新疆点多线长特点的道路建设项目;二是精确施工,BIM 技术解决了施工平面图纸的多种局限问题,实现立体可视化指导施工;三是项目管理, 该技术可做到每一阶段原始数据有据可依,更加科学化管理施工,决策施工进程,实现对项目全生命周期的监控与管理。”

  事实上,早在“十二五”期间, 交通运输部就在全行业大力倡导全寿命周期成本理念,强化建养并重,推进公路建养向精细化作业转型发展, 贯彻落实标准化施工规范。建立标准化施工长效机制,实现工地标准化、工艺标准化和管理标准化;鼓励工程构件生产工厂化与现场施工装配化, 注重工程质量,提高工程耐久性,实现工程内外品质协调统一。

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  新疆交建集团2014 年投资建设了高品质水泥预制构件厂,主要为乌鲁木齐地铁生产盾构管片和市政工程以及临近市区的一些桥梁构件,所有预制构件全部实现了工厂化生产。笔者在现场看到,地铁盾构管片已经实现了自动化流水线作业,就像重卡汽车生产线一样,还配有自动翻转装置, 不但高效,而且生产的一致性更好, 质量更有保障。黄勇介绍说,这么大的盾构管片的生产精度要求非常高, 每个环由6 片构成,每片之间的误差必须小于1 毫米,环与环之间的误差不能超过2 毫米,如果误差大了,就无法在现场进行高精度拼装并安装。

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新疆交建的地铁盾构管片实现了自动化流水线作业

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  盾构管片的生产精度要求非常高, 每片之间的误差必须小于1 毫米,环与环之间的误差不能超过2 毫米

  在新疆经济开发区,新疆交建集团还建设了钢结构桥梁工厂,每一座钢结构桥梁都实现了按照设计图纸在工厂内放样,桥梁的线形、弯道、坡度等参数跟实际做好的桥梁一模一样, 然后完整地做好以后,再运输到现场去装配。

  黄勇说:“我们这个钢结构桥梁工厂规模在目前西部要算第一,即使是在全国这么大规模的也不多。工厂化施工除了质量更好以外,还能避免因气候变化所带来的对施工影响。比如乌鲁木齐,冬天无法在现场施工, 但可以在工厂进行钢结构桥梁生产, 等现场满足施工要求后,再运输到现场直接装配即可,工期有了保障。以后, 如果再把三维数模建立起来,BIM 加进来,智能信息化环节就打通了,数据可以直接导入到数控机床,再配合自动切割、焊接机器人等,工程效率及质量就更好了。”

  如果从设计、施工到运维都采用BIM 技术,中国的公路桥梁建设将是革命性的变化,就像智慧化建筑一样,在电脑上就能非常直观地看到每一条路、每一座桥、每一个隧道的三维图形,通过施工进度与设计不断分析比对, 所有问题一目了然。由于给公路桥梁隧道都建立了可视化电子档案,后期运维也将变得非常具有透明和针对性,这或许就是现代公路工程全生命周期管理的方向。

  国务院印发的《质量发展纲要(2011-2020 年)》指出,质量发展是兴国之道、强国之策。质量问题是经济社会发展的战略问题,关系可持续发展, 关系人民群众切身利益,关系国家形象。交通运输部明确要求:要提升基础设施品质,推行现代工程管理,开展公路水运建设工程质量提升行动,努力打造品质工程。随着“一带一路”倡议的不断推进,以黄勇为代表的新疆交建人正在以严谨的科学态度和高涨的创新热情,不断在新技术、新材料、新工艺、新设备等重点领域突破关键技术,以工匠精神打造一个又一个的品质工程。


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