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  我国形成新一代公路基础设施维护技术体系  
  日期:2015-01-26    来源:  
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    进入“十二五”后,随着三个转变战略的实施,我国公路发展的战略重点正由大规模建设向建养并重转移,已经进入大规模公路养护时代。“十二五”交通运输重大科技专项“新一代公路基础设施维护关键技术、重大装备与示范”,在公路基础设施无损检测、病害诊断、快速维修等方面取得系列突破,推动形成了新一代高性能、高效率的公路基础设施维护技术体系,开发了一批具有国际先进水平的养护装备,为提升我国公路养护技术能力和装备现代化水平奠定了基础。近日,记者采访了“新一代公路基础设施维护关键技术、重大装备与示范”(以下简称:“新一代”)重大科技专项技术总体组副组长,交通运输部公路科学研究院周伟院长,就项目取得的创新成果进行探讨。

 


    记者:“新一代”项目是2011年交通运输部科技司设立的六个重大科技专项之一,当时是怎么考虑到要设立这个重大科技专项的? 
    周伟:我国三十年来大规模的公路建设,构建了位居世界第二的国家公路网。截至2013年12月底,我国公路总里程已达435万公里。加强公路养护已经成为公路发展的当务之急,是未来我国公路安全和民生发展的重要保障。 
    按照十年一次大修,五年一次中修测算,我国公路每年大中修里程达到80万公路。其中高速公路超过1.4万公里,全国养护资金需求超过3000亿元。面对巨大的公路养护压力,我国公路养护的突出问题是养护手段落后、技术差、效率低,具体表现在:(1)路况检测方面,普遍采用人工目测和手工丈量的方式,自动化快速检测技术及装备配置率低、应用层次低;(2)养护决策方面,主要依靠主观分析、经验判断,先进病害诊断与决策分析技术及工具应用处于初级阶段;(3)养护设计方面,缺乏专业的路面大中修设计技术、规范和工具,路面大中修设计技术基本空白;(4)大修改造方面,缺乏核心材料、先进工艺和重大装备,主要核心技术严重依赖国外进口;(5)预防性养护方面,缺乏应用的配套技术和相关标准。
因此,围绕公路养护急需的关键共性技术、重大技术产品、绿色养护材料等,提高自主创新能力,形成新一代公路基础设施维护技术体系,已成为转变发展方式、提高公路交通基础设施现代化水平、建设畅通高效、安全绿色的交通运输体系的重要而迫切的任务。 
    记者:“新一代”重大科技专项中“新一代”体现在什么地方?研究的主要目标是什么? 
    周伟:重大科技专项中“新一代”的内涵主要体现在五个方面,“新一代的公路养护关键技术”、“新一代的核心材料”、“新一代的养护工艺”、“新一代的重大装备”和“新一代的标准体系”。项目通过这五个方面的研发,来提升公路养护的整体技术能力,促进公路养护水平的全面提升。 
    “新一代”重大科技专项的主要目标是瞄准国际技术前沿,着力解决制约我国公路养护产业转型的主要技术障碍,通过4-5年的技术研发和工程化示范验证,出一批“新一代公路基础设施维护关键技术、重大装备与示范”研究成果,形成以安全、耐久、高效、低碳、可持续为基本特征的新一代公路基础设施养护技术体系,使公路养护的技术能力、装备水平有一个明显的提升,为实现公路养护现代化——路况检测自动化,养护决策智能化,养护设计规范化,技术、工艺标准化和材料、装备国产化提供强有力的技术支撑和保障。 
    记者:“新一代”重大科技专项由交通运输部公路科学研究院牵头,经过行业内50余家单位、300多名科研人员3年的刻苦攻关,主要取得了哪些创新性的成果? 
    周伟:项目组经过3年的研究工作,在公路基础设施无损检测、病害诊断、快速维修等方面取得系列突破。在新材料方面,主要研发了乳化沥青半柔性基层修复材料、地毯式预制沥青路面混合料、聚合物改性水泥混凝土快速修补材料、水泥稳定基层专用复合型早强阻裂剂、道路冷拌使用的树脂类有机结合材料等养护材料;在新装备方面,主要研发了高度自动化路基状况检测系统,高速移动弯沉检测装备,蜘蛛形、蛇形机器人检测平台,足尺路面加速加载试验设备与检测系统,多孔沥青路面机能恢复车,混凝土桥梁结构无损检测技术系列装备、公路隧道排水系统多功能机器人等养护维修设备。
共申请专利61项,其中发明专利30项,实用新型专利17项,国际专利2项,澳大利亚专利1项,外观专利1项,软件著作权10项;发表论文近60篇。 
    记者:据了解,重大科技专项中“高速移动式弯沉检测技术与装备研发”项目已经通过了专家鉴定,项目成功研制出的高速移动式弯沉检测系统实体装备,被认为将推动弯沉检测装备的国产化。请您介绍一下这个项目的情况。 
    周伟:弯沉是路面技术性能评价的一个重要指标,随着我国大部分公路进入养护高峰期,路网级别的路面结构强度必须进行全面的检测,为公路网后期的养护及维修计划提供更快速可靠的弯沉数据依据。传统的弯沉静态或者低速测量对正常交通的影响日益突出,同时会给高速公路交通安全带来巨大隐患。项目组在2011 年开展该项研究时,丹麦就已经研制出同类设备,但价格高昂,且技术保密,所以,研制出适合国内使用且价格合理的高理的高速弯沉检测设备是项目的首要目标。
项目在总结国内外现有研究技术水平的基础上,结合我国高速公路和国、省干线公路的特点,根据激光多普勒频移原理及欧拉-伯努利路面弹性力学模型,提出了一种高速检测路面弯沉指标的方法;运用光机电一体化集成设计技术成功研制出高速移动式弯沉检测系统实体装备,解决了高速行驶状态下检测系统的瞬间状态数据捕获、多干扰因素的归并处理、高精度角度校准等关键技术;将检测速度由原来的5~6km/h提高到70~80km/h,并获受理两项发明专利和获得多项实用新型专利。 
    研究开发的高速移动式弯沉检测装备已经在多条高速公路得到试用,累计里程超过1000公里。由于弯沉检测效率的大幅提升,设备操作简单,检测结果准确度高等诸多优点,很多业主单位对该设备给予了高度评价。例如,在海滨高速公路天津段的应用中,将原本需要至少2到3 天的业务工作,在短短的1 小时内就顺利完成。
目前,项目组正在全国各地进行广泛的实际道路检测试验,进一步优化软件模型,建立能适应我国复杂道路状况的实用系统,并针对各实际用户的反馈情况,对设备进行细节上的优化,方便操作和使用。目前虽然研制出来的只是样车,但已有多个业主表达了采购的意愿,所以该技术和产品的推广前景广阔。 
    记者:据了解,重大科技专项中“基于机器人平台的桥梁沿程扫描式无损检测技术及系统装备研发”项目也通过了专家鉴定,鉴定水平达到了国际先进水平。这个项目的主要成果有哪些?在哪些工程得到了应用? 
    周伟:桥梁检测,尤其是对一些传统方法不宜实施的部位或关键构件进行检测作业,是一项涉及面广、技术复杂、难度较高的工作。目前传统的检测方式主要是通过平台进行人工检测,其中检测平台主要有人工搭设的简易操作平台、大型机械设备提供的操作平台等,存在着不同程度的局限性、安全隐患等不足,难以满足日益增长的桥梁检测需求,有必要开发一套与目前检测方式形成互补的检测系统装备。
项目围绕基于机器人平台的桥梁沿程扫描式无损检测技术及系统装备进行研发,成功研发出蜘蛛形机器人检测平台和蛇形机器人检测平台,并通过大量实验、调试,具备了基本的实用功能。对于蜘蛛形机器人,项目自主设计研发了具有高冗余度的蜘蛛机器人检测平台,建立了多关节、检测仪器协调、同步运动联合协调模型,提出了六足三十轴联动协调控制方法,集合蜘蛛机器人检测控制特点,研发了与传统检测设备相融合的检测系统装备;对于蛇形机器人,项目自主设计研发了高性能、可重构、模块化的多关节蛇形机器人桥梁缆索检测平台,建立了蛇形机器人多关节运动协调控制模型,提出了检测摄像头与机器人关节联合控制有效方法。 
    在工程应用方面,利用蜘蛛形机器人检测平台对滨海立交桥桥梁进行了外观质量状况检查和包括混凝土强度、钢筋保护层厚度和钢筋锈蚀电位等项目的特殊检查,检测结果表明该桥存在的典型病害及原因主要为钢筋混凝土箱梁底板横向裂缝。利用蛇形机器人检测平台对蜀河汉江大桥的桥梁吊杆构件进行检测,全桥共监测12根吊杆,检查的所有吊杆钢护筒均有不同程度的挤压变形,部分吊杆出现横向弯曲、护筒锈斑、黄油渗漏现象;根据《公路桥梁技术状况评定标准》,该桥吊杆技术状况等级为3类,需要对吊杆进行更换。
    记者:我们知道,“新一代”重大科技专项一共包括了11个项目,除了上述2个项目已经通过专家鉴定外,其他9个项目的进展情况如何? 
    周伟:“新一代”重大科技专项的其他项目也都已经完成了研究工作,基本达到了预期的目标和要求,将会在今年上半年陆续进行验收鉴定,届时会有更多的成果介绍给大家。

  
 
 
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