高速公路機(jī)電設(shè)施運(yùn)營期養(yǎng)護(hù)質(zhì)量評價方法研究

周曉旭，王玉強(qiáng)，白 磊

（1.山西省交通科技研發(fā)有限公司，山西 太原 030032；2.運(yùn)城南高速公路分公司，山西 運(yùn)城 044031；3.山西省交通建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心（有限公司），山西 太原 030032）

0 引言

我國公路建設(shè)發(fā)展迅速，公路里程持續(xù)增長，截至2018年底，全國高速公路里程達(dá)到14 萬km，公路路網(wǎng)布局日趨合理，公路技術(shù)等級和路面等級進(jìn)一步提高，公路機(jī)電設(shè)施進(jìn)一步完善，與此同時，機(jī)電設(shè)施在高速公路通車后運(yùn)營管理過程中的作用也日益顯著[1-2]。

目前，交通運(yùn)輸部對于建設(shè)期高速公路機(jī)電工程交竣工質(zhì)量的檢驗評定已經(jīng)頒布了《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)（第二冊 機(jī)電工程）》（JTG F80/2—2004）；對于運(yùn)營期的機(jī)電設(shè)施，2005年和2009年頒布了《公路機(jī)電設(shè)施維護(hù)技術(shù)指南》和《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTG H10—2009），為公路機(jī)電設(shè)施良好的運(yùn)營狀況提供了技術(shù)指導(dǎo)，而這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范更多側(cè)重于設(shè)備完好情況和設(shè)備養(yǎng)護(hù)的具體要求[2]，但對于運(yùn)營期設(shè)備是否穩(wěn)定運(yùn)行、設(shè)備壽命、養(yǎng)護(hù)工作情況是否落實等方面沒有具體說明和規(guī)定。

另外，運(yùn)營和管理單位對于機(jī)電設(shè)施運(yùn)營期養(yǎng)護(hù)要求更多體現(xiàn)在宏觀層面，常規(guī)意義上的故障更多的是指系統(tǒng)功能的喪失[2-4]，對于營運(yùn)過程中各類設(shè)備必然會出現(xiàn)的性能指標(biāo)衰減和可靠性下降的情況，則較少評價，但機(jī)電設(shè)施在性能、可靠性等方面的技術(shù)狀況在實際工作中對于高速公路運(yùn)營管理又發(fā)揮著非常重要的作用[5-6]。

因此，隨著社會公眾對于高速公路服務(wù)要求的提高，行業(yè)監(jiān)管單位和管養(yǎng)單位需要全面掌握機(jī)電設(shè)施的技術(shù)狀況、健康狀態(tài)、養(yǎng)護(hù)管理和使用壽命等情況，用最優(yōu)性價比維護(hù)費(fèi)用投入來保障高速公路機(jī)電設(shè)施的健康、可靠運(yùn)行。因此，研究一套科學(xué)的高速公路機(jī)電設(shè)施運(yùn)營期養(yǎng)護(hù)質(zhì)量評價方法來輔助管養(yǎng)決策就顯得更加緊迫和重要。

1 目標(biāo)分析

本文根據(jù)高速公路機(jī)電設(shè)施的運(yùn)營特點(diǎn)和管理實際需求，結(jié)合運(yùn)營管理過程中存在的問題，通過獲取高速公路機(jī)電設(shè)施各子系統(tǒng)使用性能的表征參數(shù)、壽命、故障、日常養(yǎng)護(hù)等信息，開展適用于高速公路機(jī)電設(shè)施運(yùn)營期的運(yùn)行狀態(tài)檢測和評價方法的研究工作，利用數(shù)學(xué)、計算機(jī)、統(tǒng)計等科學(xué)方法，確定機(jī)電設(shè)施運(yùn)營期相關(guān)設(shè)備使用性能和管理等方面的評價指標(biāo)，以及各個指標(biāo)評價分項閾值，提出高效、可行的便于運(yùn)管單位實際操作的機(jī)電設(shè)施運(yùn)營期養(yǎng)護(hù)質(zhì)量評價方法，并應(yīng)用于高速公路機(jī)電設(shè)施的日常管理和養(yǎng)護(hù)，進(jìn)一步為機(jī)電設(shè)施運(yùn)營期養(yǎng)護(hù)質(zhì)量評價體系的科學(xué)創(chuàng)建提供重要的技術(shù)參考。

2 研究路線

高速公路機(jī)電設(shè)施涉及的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，種類繁多，設(shè)備眾多，各系統(tǒng)間都有一定的聯(lián)系和交織，而研究內(nèi)容又涉及運(yùn)營管理、養(yǎng)護(hù)、檢測、工程等方面內(nèi)容，屬于多對象多參數(shù)的研究問題。圖1為本文高速公路機(jī)電設(shè)施運(yùn)營期養(yǎng)護(hù)質(zhì)量評價方法的研究路線。

圖1 機(jī)電設(shè)施運(yùn)營期養(yǎng)護(hù)質(zhì)量評價方法研究路線

2.1 調(diào)查研究

通過文獻(xiàn)檢索、現(xiàn)場調(diào)研、理論分析等手段，對高速公路機(jī)電設(shè)施所涉及的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、論文、著作、歷史數(shù)據(jù)、管理制度、養(yǎng)護(hù)資料、技術(shù)文件等相關(guān)資料進(jìn)行調(diào)查研究，獲取國內(nèi)外高速公路機(jī)電設(shè)施養(yǎng)護(hù)相關(guān)技術(shù)資料，為高速公路機(jī)電設(shè)施運(yùn)營期養(yǎng)護(hù)質(zhì)量評價方法的科學(xué)研究提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。

2.2 質(zhì)量評價指標(biāo)選取

根據(jù)現(xiàn)行交通機(jī)電標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、高速公路機(jī)電設(shè)施運(yùn)營和養(yǎng)護(hù)實際管理情況、設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)，以及日常維護(hù)、定期維護(hù)、定期檢查等內(nèi)容，獲取能夠表征高速公路機(jī)電設(shè)施運(yùn)營期使用性能特征參數(shù)，進(jìn)一步提取和篩選能夠表征高速公路機(jī)電設(shè)施運(yùn)營期使用性能的養(yǎng)護(hù)指標(biāo)和技術(shù)評定指標(biāo)，為評價方法提供基礎(chǔ)指標(biāo)層。

2.3 評價體系架構(gòu)設(shè)計和評價方法

參照現(xiàn)行使用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的體系架構(gòu)，對質(zhì)量評價指標(biāo)層進(jìn)行分類梳理，以指標(biāo)測試方法、效率、養(yǎng)護(hù)成本等為約束條件，確定評價分項分類，并按指標(biāo)層、分項工程、分部工程、單位工程由小到大的層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)建高速公路機(jī)電設(shè)施評價的結(jié)構(gòu)體系，進(jìn)一步研究高速公路運(yùn)營期機(jī)電設(shè)施養(yǎng)護(hù)質(zhì)量評價方法。

2.4 評價指標(biāo)和方法驗證及優(yōu)化

將評價方法應(yīng)用于運(yùn)營高速公路進(jìn)行實體工程項目的試驗驗證，在保障樣本數(shù)量基礎(chǔ)上，設(shè)置高速公路機(jī)電設(shè)施養(yǎng)護(hù)管理實際可接受水平、各養(yǎng)護(hù)質(zhì)量評價指標(biāo)和權(quán)重最優(yōu)值，進(jìn)一步修訂或優(yōu)化評價方法體系。

3 評價方法研究

高速公路機(jī)電設(shè)施運(yùn)營期養(yǎng)護(hù)質(zhì)量評價方法研究的基本思路是：以指標(biāo)數(shù)值量化為核心，評價結(jié)果以數(shù)值直觀呈現(xiàn)。

具體實施：根據(jù)高速公路運(yùn)營期運(yùn)維管理需求和設(shè)備技術(shù)指標(biāo)狀況，按養(yǎng)護(hù)管理、外觀質(zhì)量、技術(shù)指標(biāo)、壽命評價、故障統(tǒng)計5 個評價分項，綜合運(yùn)用分類、歸納、分析、歸一、數(shù)量統(tǒng)計等手段，確定運(yùn)營期養(yǎng)護(hù)質(zhì)量評價方法的分項指標(biāo)、指標(biāo)權(quán)重、計算方法等，其中，指標(biāo)權(quán)重以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、專家咨詢、論證會、調(diào)查問卷等方式進(jìn)行確定。

3.1 管理維護(hù)分項

管理維護(hù)分項是用來表征高速公路機(jī)電設(shè)施運(yùn)管單位管理和養(yǎng)護(hù)效率的評價指標(biāo)，可直接反映運(yùn)管單位機(jī)電設(shè)施運(yùn)營期的管理水平。該指標(biāo)以日常維護(hù)、定期維護(hù)和定期檢測的日常記錄為依據(jù)，通過對設(shè)備管理維護(hù)的記錄進(jìn)行指標(biāo)化和評價數(shù)值量化處理，并根據(jù)重要程度分配各個評價指標(biāo)的量化權(quán)重，通過評價值計算方法分別得到單個設(shè)備和分項工程的評價得分。

單個設(shè)備管理維護(hù)評價值計算方法如式（1）所示；總體管理維護(hù)分項評價值是在單個設(shè)備評分基礎(chǔ)上，采用累加平均值作為總體評價結(jié)果，計算方法如式（2）所示。

式中：PMEi為單個設(shè)備管理維護(hù)評價值得分；PDMi為單個設(shè)備日常維護(hù)指標(biāo)得分；VDMi為單個設(shè)備日常維護(hù)指標(biāo)權(quán)重值；PRMi為單個設(shè)備定期維護(hù)指標(biāo)得分；VRMi為單個設(shè)備定期維護(hù)指標(biāo)權(quán)重值；PRTi為單個設(shè)備定期檢測指標(biāo)得分；VRTi為單個設(shè)備定期檢測指標(biāo)權(quán)重值；N 為設(shè)備數(shù)量；PME為總體管理維護(hù)分項評價值。

3.2 外觀質(zhì)量分項

外觀質(zhì)量分項是用來表征高速公路機(jī)電設(shè)施運(yùn)營期防腐和老化等外在質(zhì)量狀況的評價指標(biāo)。該指標(biāo)通過觀察和必要的量測對設(shè)備外觀整齊度、設(shè)備穩(wěn)定性、牢固程度、劃傷、刻痕、剝落、銹蝕等情況進(jìn)行指標(biāo)化和量化處理，確定合格判定閾值，并將設(shè)備外觀指標(biāo)化的最低值作為合格判斷的最終得分。

單個設(shè)備的外觀質(zhì)量評價值計算方法如式（3）所示，總體外觀質(zhì)量分項評價值在單個設(shè)備評分基礎(chǔ)上，采用累加平均值作為總體評價結(jié)果，計算方法如式（4）所示。

式中：PAPi為單個設(shè)備外觀質(zhì)量評價值得分；PINi為單個設(shè)備牢固程度指標(biāo)得分；PRUi為單個設(shè)備銹蝕程度指標(biāo)得分；PSCi為單個設(shè)備外觀劃傷程度指標(biāo)得分；PCPi為單個設(shè)備防腐指標(biāo)得分；N 為設(shè)備數(shù)量；PAP為總體外觀質(zhì)量分項評價值。

3.3 技術(shù)指標(biāo)分項

技術(shù)指標(biāo)分項是用來表征高速公路機(jī)電設(shè)施運(yùn)營期實際性能狀況的評價指標(biāo)，該指標(biāo)以機(jī)電設(shè)施可用儀器設(shè)備實測的具體指標(biāo)參數(shù)為評價基礎(chǔ)，通過對實測指標(biāo)進(jìn)行數(shù)值量化，根據(jù)重要程度分配各個評價指標(biāo)的量化權(quán)重，但對于可決定機(jī)電設(shè)備功能的關(guān)鍵性指標(biāo)可直接判定設(shè)備功能喪失與否。

單個設(shè)備技術(shù)指標(biāo)評價值計算方法如式（5）所示，總體技術(shù)指標(biāo)分項評價值在單個設(shè)備評分基礎(chǔ)上，采用累加平均值作為總體評價結(jié)果，計算方法如式（6）所示。

式中：PTEi為單個設(shè)備技術(shù)指標(biāo)評價值得分；PKTi為單個設(shè)備關(guān)鍵指標(biāo)判定，取值0 和1；PGTi為單個設(shè)備技術(shù)指標(biāo)得分；VGTi為單個設(shè)備技術(shù)實測得分；NGTi為單個設(shè)備技術(shù)實測權(quán)重值；N 為設(shè)備數(shù)量；PTE為總體技術(shù)指標(biāo)分項評價值。

3.4 壽命評價分項

壽命評價分項是用來表征高速公路運(yùn)營期機(jī)電設(shè)施服役壽命狀況的評價指標(biāo)。該指標(biāo)通過將不同機(jī)電設(shè)備的使用壽命或使用次數(shù)等反映壽命狀況的指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，得到統(tǒng)一評價標(biāo)準(zhǔn)來對壽命狀況進(jìn)行評價，本指標(biāo)評價確定的難點(diǎn)是需要獲取各類機(jī)電設(shè)施一般使用壽命或使用次數(shù)等。

單個設(shè)備壽命評價值計算方法如式（7）所示，總體壽命評價分項評價值在單個設(shè)備評分基礎(chǔ)上，采用累加平均值作為總體評價結(jié)果，計算方法如式（8）所示。

其中：PLEi為單個設(shè)備壽命評價值得分；LCLi為單個設(shè)備使用壽命（時間、次數(shù)等）；LTHi為單個設(shè)備壽命參考閾值；N 為設(shè)備數(shù)量；PLE為總體壽命評價分項評價值。

3.5 故障統(tǒng)計分項

故障統(tǒng)計分項是用來表征高速公路在用機(jī)電設(shè)施實際使用狀況的評價指標(biāo)，通過機(jī)電設(shè)施的故障情況反映故障發(fā)生頻率較高的設(shè)備和品牌，為高速公路機(jī)電設(shè)備運(yùn)營期養(yǎng)護(hù)和更新報廢提供決策依據(jù)。進(jìn)一步，可制訂機(jī)電設(shè)備廠家的黑白名單，提高機(jī)電設(shè)備準(zhǔn)入門檻，促進(jìn)高速公路機(jī)電設(shè)施整體質(zhì)量水平的提升。本指標(biāo)的判定閾值以年為單位的一般設(shè)備故障發(fā)生的頻次為基準(zhǔn)。

單個設(shè)備故障統(tǒng)計分項評價值計算方法如式（9）所示，總體故障統(tǒng)計分項評價值在單個設(shè)備評分基礎(chǔ)上，采用累加平均值作為總體評價結(jié)果，計算方法如式（10）所示。

式中：PFSi為單個設(shè)備故障統(tǒng)計評價值得分；NFi為單個設(shè)備一定時間間隔范圍內(nèi)的故障數(shù)量；TY為時間間隔，以年為單位；NTNi為單個設(shè)備一般故障發(fā)生頻次參考閾值；N 為設(shè)備數(shù)量；PFS為總體故障統(tǒng)計分項評價值。

4 結(jié)論

本文從高速公路機(jī)電設(shè)施運(yùn)營期養(yǎng)護(hù)需求出發(fā)，面對機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備種類繁多、運(yùn)營維護(hù)需求多元等實際狀況，綜合運(yùn)用分類、歸納、分析、歸一、數(shù)量統(tǒng)計等手段開展多參數(shù)多對象的探索性研究工作，并提出了一種面向高速公路機(jī)電設(shè)施運(yùn)營期養(yǎng)護(hù)質(zhì)量的數(shù)值量化評價方法，通過將管理、運(yùn)營、外觀、技術(shù)等方面的內(nèi)容指標(biāo)化、數(shù)值化，以評分的方式將機(jī)電設(shè)施運(yùn)營期質(zhì)量情況直觀地呈現(xiàn)給管理和養(yǎng)護(hù)人員，指導(dǎo)其機(jī)電設(shè)備日常管理和養(yǎng)護(hù)。另外，本文評價方法已在運(yùn)城南高速公路分公司進(jìn)行了一定試驗性的應(yīng)用和實施，取得了一定的研究結(jié)果。隨著研究的不斷深入和應(yīng)用實施，評價方法還需進(jìn)一步調(diào)整、完善和優(yōu)化。