運(yùn)營(yíng)公路隧道機(jī)電設(shè)備故障響應(yīng)機(jī)制探析

易 明， 許家雄， 彭 明

（1.江西省高投集團(tuán)公司宜春管理中心，江西 宜春 336000；2.江西省交通運(yùn)輸技術(shù)創(chuàng)新中心，江西 南昌 330038）

0 引言

根據(jù)交通運(yùn)輸部發(fā)布的 《2012年公路水路交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，截止2012年底，全國(guó)公路隧道共10 022處、805.27萬(wàn)m，比上年末增加1 500處、179.93萬(wàn)m。其中，特長(zhǎng)隧道441處、198.48萬(wàn)m，長(zhǎng)隧道1 944處、330.44萬(wàn)m，其中65%的隧道已經(jīng)進(jìn)入了養(yǎng)護(hù)維修期。由于受高速公路特定的地理位置、系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀以及傳統(tǒng)的管理體制等因素的影響，多數(shù)高速公路以分散型的設(shè)備維護(hù)管理體制為主。實(shí)踐證明，這種分散式運(yùn)作模式，在高速公路企業(yè)的營(yíng)運(yùn)初期，對(duì)于整體維護(hù)工作的展開(kāi)是有幫助的，可是隨著高速公路管養(yǎng)任務(wù)的不斷擴(kuò)大、機(jī)電工程缺陷責(zé)任期的結(jié)束、系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行年限的延長(zhǎng)，整個(gè)運(yùn)營(yíng)維護(hù)體系需要龐大的人力資源來(lái)支撐，從而帶來(lái)了維護(hù)成本增加、人員浪費(fèi)、整體運(yùn)行效率下降、區(qū)域維護(hù)力量不平衡等一系列問(wèn)題。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)公路隧道的機(jī)電設(shè)備故障響應(yīng)中存在的問(wèn)題，從法律法規(guī)、管理者及使用者的角度進(jìn)行故障響應(yīng)分析，對(duì)機(jī)電設(shè)備故障響應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行探析。

1 公路隧道機(jī)電系統(tǒng)構(gòu)成

公路隧道機(jī)電設(shè)備主要指為隧道營(yíng)運(yùn)提供服務(wù)的相關(guān)設(shè)備，按照功能劃分為供配電子系統(tǒng)、照明子系統(tǒng)、通風(fēng)子系統(tǒng)、監(jiān)控子系統(tǒng)和消防及救援子系統(tǒng)五大組成部分，其中，監(jiān)控系統(tǒng)又是由隧道通風(fēng)照明控制系統(tǒng)、火災(zāi)控制系統(tǒng)、交通與環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、隧道廣播及緊急電話系統(tǒng)、交通控制系統(tǒng)、閉路電視控制系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)七個(gè)功能子系統(tǒng)構(gòu)成。表1為公路隧道機(jī)電子系統(tǒng)包含的機(jī)電設(shè)備。

表1 公路隧道機(jī)電子系統(tǒng)包含的機(jī)電設(shè)備

2 國(guó)內(nèi)外故障響應(yīng)研究現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

2.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1.1 法律及規(guī)范

法國(guó)[1－2]通過(guò)協(xié)議機(jī)構(gòu)必須配備到常規(guī)周期性控制機(jī)構(gòu)的電氣設(shè)備： 《勞工法》第四章和14－11－88號(hào)法令；單獨(dú)防護(hù)設(shè)備：19－03－93法規(guī)；滅火器：《勞動(dòng)法》 第8232.12.21條和04－11－93法規(guī)； 獨(dú)立的安全照明區(qū)： 《公共建筑規(guī)章》第1冊(cè)第8章EC20條；火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)： 《勞工法》第8232.12.18條以及04－11－93法規(guī)。 美國(guó)[3]在2004年出版了《公路和鐵路交通隧道檢查手冊(cè)》。我國(guó)于2003年發(fā)布了第一個(gè)有關(guān)隧道故障響應(yīng)的技術(shù)規(guī)范——《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》[4]。

2.1.2 管理者

日本[5]隧道的養(yǎng)護(hù)管理采用5S方法，即整理（Seiri）、 整 頓 （Seiton）、 清 掃 （Seiso）、 規(guī) 范（Seiketsu） 和素養(yǎng) （Shitsuke）。 各S的要義分別為：分開(kāi)處理、定量定位、清潔檢查、立規(guī)立法和守紀(jì)守法，目的是改善現(xiàn)場(chǎng)、降低消耗、提高效率和提高質(zhì)量。黃章樹(shù)[6]采用先進(jìn)的客戶(hù)／服務(wù)器模式，并支持遠(yuǎn)程操作，可使各管養(yǎng)單位及時(shí)地把隧道養(yǎng)護(hù)信息傳送到省局公路隧道養(yǎng)護(hù)管理信息系統(tǒng)。2003年10月同濟(jì)大學(xué)等研制出隧道管理系統(tǒng)[7]。2005年[8]河南某公司等對(duì)高速公路機(jī)電設(shè)備養(yǎng)護(hù)管理信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)做了研究。高速公路隧道機(jī)電設(shè)備的養(yǎng)護(hù)管理開(kāi)發(fā)了應(yīng)用軟件，運(yùn)用設(shè)備管理相關(guān)理論，建立了科學(xué)的養(yǎng)護(hù)維修管理體系，使機(jī)電設(shè)備的養(yǎng)護(hù)管理規(guī)范化、高效化。該體系具有機(jī)構(gòu)管理、機(jī)電設(shè)備基礎(chǔ)信息管理、設(shè)備配置管理、設(shè)備養(yǎng)護(hù)管理、設(shè)備維修管理、設(shè)備信息查詢(xún)以及數(shù)據(jù)維護(hù)等功能，系統(tǒng)地解決了機(jī)電設(shè)備養(yǎng)護(hù)信息的管理問(wèn)題。北京某公司開(kāi)發(fā)了基于巡檢的隧道養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用數(shù)字隧道技術(shù)，應(yīng)用最優(yōu)化的檢驗(yàn)過(guò)程，可為管理單位提供可靠的數(shù)據(jù)、及時(shí)的維護(hù)計(jì)劃和精確的維護(hù)工程量。

2.1.3 使用者

美國(guó)的 《公路和鐵路交通隧道檢查手冊(cè)》介紹了隧道的檢測(cè)方法和程序，該手冊(cè)將一些隧道缺陷分為 “輕度”、 “中度”和 “嚴(yán)重”三個(gè)等級(jí)，并給出了其定量或定性的判定標(biāo)準(zhǔn)。2006年底通車(chē)的秦嶺終南山隧道首次提出了以RCM分析為基礎(chǔ)，結(jié)合FEMA.RCA分析，并在分析過(guò)程中引入預(yù)先維修概念的故障分析方法，該故障分析方法根據(jù)系統(tǒng)或設(shè)備的功能、故障模式和影響，通過(guò)故障模式和影響分析、邏輯決斷過(guò)程對(duì)故障后果進(jìn)行分類(lèi)評(píng)估，按照故障后果的嚴(yán)重程度，確定預(yù)防工作的內(nèi)容及執(zhí)行頻率，反饋到日常的檢修、預(yù)防性維護(hù)中，從而不斷優(yōu)化任務(wù)體系的工作內(nèi)容[9]。

2.2 存在的問(wèn)題

2.2.1 法律及國(guó)家規(guī)范層面

我國(guó) 《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》對(duì)隧道的養(yǎng)護(hù)管理工作提出了具體要求，規(guī)定了檢查和維護(hù)工作的種類(lèi)、內(nèi)容和頻率等，但沒(méi)有系統(tǒng)地提到對(duì)機(jī)電設(shè)備故障應(yīng)該如何去響應(yīng)的內(nèi)容，針對(duì)性不強(qiáng)。同時(shí)，也缺少與公路隧道機(jī)電設(shè)備相關(guān)的法律，法國(guó)的做法值得我國(guó)借鑒。

2.2.2 管理者角度

我國(guó)的研究主要集中在公路隧道養(yǎng)護(hù)管理及系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，研究的內(nèi)容主要涉及到隧道整體的養(yǎng)護(hù)管理，并沒(méi)有對(duì)公路隧道機(jī)電設(shè)備故障進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的研究，集中性不足。文獻(xiàn)[8]雖然對(duì)機(jī)電設(shè)備的維護(hù)進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)的研究，但其對(duì)設(shè)備故障響應(yīng)的檢測(cè)、診斷及維護(hù)一體的研究并沒(méi)有系統(tǒng)地體現(xiàn)出來(lái)。

2.2.3 使用者方面

美國(guó)雖然為機(jī)電設(shè)備的檢測(cè)提供了一本手冊(cè)，但是對(duì)檢測(cè)后的診斷及維護(hù)沒(méi)有做更深入的研究。秦嶺終南山隧道首次提出以RCM為基礎(chǔ)，分析過(guò)程引入預(yù)先維修概念的故障分析方法，但對(duì)于如何細(xì)化、如何去實(shí)現(xiàn)并沒(méi)有詳細(xì)的說(shuō)明。

3 故障等級(jí)劃分

故障是指設(shè)備喪失其規(guī)定功能的現(xiàn)象[10]。由于公路隧道機(jī)電系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備種類(lèi)繁多，外界干擾因素多，設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜，而且還分了不同的子系統(tǒng)，需要考慮的因素很多，且因素之間還存在著不同的層次。在這種情況下，需要將評(píng)判因素即機(jī)電系統(tǒng)分為五大子系統(tǒng)，先對(duì)每一子系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)判，然后再對(duì)各子系統(tǒng)評(píng)判結(jié)果進(jìn)行高層次綜合評(píng)判。對(duì)公路隧道機(jī)電設(shè)備故障等級(jí)的劃分應(yīng)采用多層次模糊綜合評(píng)判。

3.1 多層次模糊綜合評(píng)判模型的建立

（1）對(duì)評(píng)判因素集合U，按某個(gè)屬性，將其劃分成m個(gè)子集，使它們滿(mǎn)足：

這樣，就得到了第二級(jí)評(píng)判因素集合：

在式 （2） 中， Ui＝｛Uik｝（i＝1， 2， …， m； k＝1，2，…，nk）表示子集Ui中含有nk個(gè)評(píng)判因素。

（2）對(duì)于每一個(gè)子集Ui中的nk個(gè)評(píng)判因素，按單層次模糊綜合評(píng)判模型進(jìn)行評(píng)判，如果Ui中的諸因素的權(quán)數(shù)分配為Ai，其評(píng)判決策矩陣為Ri，則得到第i個(gè)子集Ui的綜合評(píng)判結(jié)果：

（3） 對(duì)U中的m個(gè)評(píng)判因素子集Ui（i＝1， 2， …，m）進(jìn)行綜合評(píng)判，其評(píng)判決策矩陣為：

如果U中的各因素子集的權(quán)數(shù)分配為A，則可得綜合評(píng)判結(jié)果：

在式 （5）中，既是U的綜合評(píng)判結(jié)果，也是U中的所有評(píng)判因素的綜合評(píng)判結(jié)果。多層次的模糊綜合評(píng)判模型，不僅可以反映機(jī)電系統(tǒng)、子系統(tǒng)的不同層次，而且避免了由于因素過(guò)多而難以分配權(quán)重的弊病。指標(biāo)的權(quán)重運(yùn)用AHP法進(jìn)行確定，指標(biāo)隸屬度的取值采用升半梯形分布來(lái)量化，即典型的隸屬度函數(shù)的偏大型。指標(biāo)隸屬度A（x）公式如下：

3.2 故障評(píng)判

公路隧道機(jī)電設(shè)備故障等級(jí)劃分為以下五類(lèi)[12]：無(wú)故障、輕微故障、中度故障、嚴(yán)重故障及極重故障。由式 （5）得出的故障度系數(shù)，本文給出了故障等級(jí)判別分級(jí)表 （見(jiàn)表2）。

表2 公路隧道機(jī)電設(shè)備故障評(píng)判分級(jí)表

機(jī)電設(shè)備故障響應(yīng)不僅要從設(shè)備本身考慮，還要從隧道運(yùn)營(yíng)的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、安全及節(jié)能等角度來(lái)考慮。因此,對(duì)于故障等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)，可由政府部門(mén)結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況酌情調(diào)整。

4 故障響應(yīng)機(jī)制

針對(duì)目前國(guó)內(nèi)關(guān)于隧道機(jī)電設(shè)備故障響應(yīng)研究較少的現(xiàn)狀，有必要建立一套故障的檢測(cè)、診斷及維護(hù)一體的響應(yīng)機(jī)制，以達(dá)到機(jī)電設(shè)備故障快速響應(yīng)的目的。筆者從法律、國(guó)家規(guī)范、管理者和使用者的角度對(duì)其進(jìn)行了探索研究，認(rèn)為響應(yīng)機(jī)制應(yīng)從以下兩個(gè)層面來(lái)綜合考慮。

4.1 故障響應(yīng)流程

4.1.1 故障檢測(cè)

機(jī)電設(shè)備的日常清潔、巡查巡檢、標(biāo)定等工作，對(duì)檢測(cè)機(jī)電設(shè)備時(shí)的天氣、隧道內(nèi)通過(guò)車(chē)流量、交通量的組成、具體的時(shí)間均需要有相應(yīng)的記錄，建立健全隧道機(jī)電設(shè)施檢測(cè)記錄檔案。對(duì)于上述巡檢人員無(wú)法完成的內(nèi)容，如車(chē)流量的大小、交通量的組成等需要借助高清攝像頭、地面?zhèn)鞲衅鞯仍O(shè)備，還應(yīng)對(duì)檢測(cè)檔案進(jìn)行補(bǔ)充完善，達(dá)到系統(tǒng)性檢測(cè)的目的。

4.1.2 分析診斷

根據(jù)機(jī)電設(shè)備出廠日期、壽命、環(huán)境、能耗等系統(tǒng)功能的原始記錄，設(shè)備由出廠到現(xiàn)在的所有出故障的詳細(xì)信息記錄及分析報(bào)告，結(jié)合現(xiàn)在的檢測(cè)記錄，對(duì)設(shè)備的功能情況做出診斷評(píng)估。

4.1.3 系統(tǒng)維護(hù)

根據(jù)診斷的結(jié)果，結(jié)合多級(jí)模糊綜合評(píng)判法確定的設(shè)備故障等級(jí)，及時(shí)安排所需的人員、設(shè)備、技術(shù)、維修范圍及時(shí)間，以消除維修不及時(shí)對(duì)經(jīng)濟(jì)、安全造成的影響，達(dá)到高效維護(hù)的目的。

4.2 故障響應(yīng)一體化機(jī)制

針對(duì)龐大的公路隧道機(jī)電系統(tǒng)，其所涉及的設(shè)備，無(wú)論是數(shù)量還是種類(lèi)都是相當(dāng)巨大的，運(yùn)用傳統(tǒng)的響應(yīng)方法已不能滿(mǎn)足當(dāng)今的社會(huì)需求。本文采用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)解決這一問(wèn)題，即將故障檢測(cè)、分析診斷和系統(tǒng)維護(hù)綜合到一個(gè)操作系統(tǒng)中，首先是檢測(cè)信息的采集模塊，包含有人工檢測(cè)信息的錄入和監(jiān)控信息反饋；機(jī)電信息查詢(xún)管理模塊，包含有機(jī)電設(shè)備基本信息查詢(xún)，以往故障信息查詢(xún)及維護(hù)分析結(jié)果查詢(xún)，數(shù)據(jù)備份、統(tǒng)計(jì)、打印等功能；參數(shù)和模型的設(shè)置，可直接把多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)導(dǎo)入到系統(tǒng)后，生成故障等級(jí)信息；分析診斷模塊，包含有診斷基本信息查詢(xún)、處理信息查詢(xún)及分析結(jié)果查詢(xún)；維護(hù)模塊，包含有維護(hù)的一、二、三、四、五級(jí)維護(hù)界面，正好對(duì)應(yīng)了故障等級(jí)的五級(jí)響應(yīng)；此外，本一體化系統(tǒng)中還包含有隧道信息修改及新增隧道的拓展模塊，以信息系統(tǒng)平臺(tái)的方式實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障響應(yīng)一體化機(jī)制。

5 結(jié)語(yǔ)

公路隧道機(jī)電設(shè)備數(shù)量、種類(lèi)龐大，其涉及到的故障等級(jí)影響因素眾多，是一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)，各種評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取和指標(biāo)權(quán)重的確定直接影響最終的響應(yīng)等級(jí)。故障等級(jí)劃分評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立及完善值得更多的專(zhuān)家、學(xué)者進(jìn)行深入的研究。本文通過(guò)建立一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的信息平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)響應(yīng)一體化機(jī)制，平臺(tái)的信息交互 （PC版、手機(jī)版）值得進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)。

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