高速公路機電工程系統(tǒng)集成設(shè)計與施工分析

姜原慶

（重慶巫鎮(zhèn)高速公路有限公司，重慶 巫溪 405899）

0 引言

高速公路作為我國基礎(chǔ)建設(shè)的重要組成部分，承擔(dān)著方便居民出行、縮短地區(qū)之間距離、促進地區(qū)之間經(jīng)濟發(fā)展交流的重要任務(wù)。高速公路機電工程系統(tǒng)能夠大幅度提升高速公路管理人員的工作效率與工作質(zhì)量，為高速公路的車輛通行效率與安全提供更好的服務(wù)。目前，機電工程系統(tǒng)在高速公路環(huán)境下的應(yīng)用狀況仍存在進步空間，在集成設(shè)計與施工管理方面可謀求新的突破。

1 高速公路機電工程系統(tǒng)集成設(shè)計

高速公路機電工程系統(tǒng)的集成設(shè)計，主要包含以下四個方面：第一，用戶界面集成。用戶界面集成是將軟件中的所有可用功能入口進行再次編輯，使其能夠通過同一頁面進行轉(zhuǎn)跳，改變原有用戶頁面分散凌亂的情況，卻不改變原有的操作方式，便于用戶使用。第二，信息數(shù)據(jù)集成。要求高速公路機電工程系統(tǒng)中的多個子系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)，以統(tǒng)一格式及儲存方式進行收錄與處理，使不同子系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)能夠進行綜合管理，在分系統(tǒng)數(shù)據(jù)存在的前提下可實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。第三，業(yè)務(wù)流程集成。業(yè)務(wù)流程集成是將具有一定相似性的業(yè)務(wù)進行整合集成，使其統(tǒng)一設(shè)計管理，在保證數(shù)據(jù)獨立存在的前提下進行數(shù)據(jù)共享。第四，函數(shù)集成。函數(shù)集成要求高速公路機電工程系統(tǒng)中的各個分系統(tǒng)功能數(shù)據(jù)全部集成優(yōu)化，使整個運營管理系統(tǒng)實現(xiàn)集成統(tǒng)一，提升管理效率[1]。

2 高速公路機電工程系統(tǒng)施工

現(xiàn)階段高速公路機電工程系統(tǒng)通常包含四個主要子系統(tǒng)，分別為監(jiān)控系統(tǒng)、供配電照明系統(tǒng)、通信系統(tǒng)與收費系統(tǒng)，另外還存在部分用于輔助日常工作運行的其他系統(tǒng)，具體組成情況如圖1所示。

圖1 高速公路機電系統(tǒng)組成

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)是高速公路機電工程系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，承擔(dān)著監(jiān)控環(huán)境、監(jiān)控車輛、指揮調(diào)度的重要任務(wù)。監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于高速公路，首先可保障當(dāng)前路段所行駛車輛的行駛效率與行駛安全，其次會對天氣及路況進行關(guān)注，一旦出現(xiàn)特殊情況或惡劣天氣，可通過信息發(fā)布系統(tǒng)及時指揮調(diào)度附近車輛，確保其能夠應(yīng)對特殊情況或惡劣天氣，保障高速公路路段行駛車輛安全，降低事故發(fā)生率，保障通行質(zhì)量。

高速公路機電工程系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)主要由外場設(shè)備與監(jiān)控中心兩部分組成。其中，外場設(shè)備包含通道監(jiān)控、主線監(jiān)控與入口匝道監(jiān)控等多個部分的外部攝像網(wǎng)絡(luò)以及可變限速板、氣象檢測器、車輛檢測器等多種設(shè)備。監(jiān)控中心則包含閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、計算機等。外場設(shè)備所采集到的圖像與信息都將統(tǒng)一集中到監(jiān)控中心進行分析處理，并由監(jiān)控中心根據(jù)外場反饋信息進行設(shè)備調(diào)整與指揮調(diào)度[2]。

2.2 供配電照明系統(tǒng)

供配電系統(tǒng)的主要作用是保障高速公路機電工程系統(tǒng)的24小時平穩(wěn)運行，是整體高速公路機電工程系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)保障。供配電系統(tǒng)通常由低壓配電系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等組成。

在供配電照明系統(tǒng)的設(shè)計與施工過程中，由于隧道路段具有一定特殊性，應(yīng)對隧道照明燈具的設(shè)計進行重點關(guān)注，充分考慮天氣、氣候、車流量等多種因素，在燈具選擇與調(diào)光控制、照明強度、光源位置等多個方面進行調(diào)試與優(yōu)化，并進行車輛行駛模擬測試，根據(jù)測試結(jié)果進行進一步調(diào)試，以保障車輛行駛安全。此外，需在隧道路段配備應(yīng)急電源，一旦發(fā)生照明故障可及時啟動，以避免事故發(fā)生。

根據(jù)現(xiàn)階段環(huán)境保護與資源節(jié)約要求，高速公路機電工程系統(tǒng)應(yīng)盡量進行節(jié)能設(shè)計，在保障實際使用功能與施工要求的基礎(chǔ)上，需優(yōu)先選擇能耗較小、功率較小的照明設(shè)備。

2.3 通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)是高速公路機電工程系統(tǒng)的“中樞神經(jīng)”，是維持高速公路管理、收費、車輛行駛的必要保障，能夠幫助高速公路工作人員快速且及時地進行信息溝通、了解行車情況，保障高速公路通行率。高速公路機電工程系統(tǒng)中的通信系統(tǒng)通常由緊急電話、通信電源、光纖數(shù)字傳輸、程控用戶交換等多部分組成，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳送、即時通話、圖像傳輸、廣播等多種功能。隨著通信技術(shù)的不斷進步，現(xiàn)階段應(yīng)用于高速公路的通信設(shè)備已更新至千兆以太網(wǎng)與SDH光同步數(shù)字傳輸系統(tǒng)，可以實現(xiàn)語音、視頻、數(shù)據(jù)三合一傳輸。

在進行高速公路通信系統(tǒng)的安裝時，應(yīng)在初步安裝完畢后對各個環(huán)節(jié)進行測試。待階段性調(diào)試完畢后，再進行整體性測試，最大限度地保證通信系統(tǒng)的流暢性與及時性。對于后續(xù)使用過程中可能出現(xiàn)的諸多問題，在前期設(shè)計與安裝環(huán)節(jié)應(yīng)有針對性地加以優(yōu)化，例如為避免通信設(shè)備出現(xiàn)問題，應(yīng)在正式安裝前進行儀表測試；為提升通信信號質(zhì)量，提前對線纜進行耐久性、防腐性、傳輸質(zhì)量等方面的檢查與測試等，這些措施可有效降低通信系統(tǒng)故障率。

2.4 收費系統(tǒng)

收費系統(tǒng)也是高速公路機電工程系統(tǒng)的重要組成部分，其主要作用為收費以及數(shù)據(jù)收集與統(tǒng)計備份。收費系統(tǒng)會對車流量、所經(jīng)過車輛的車牌號及型號、汽車類型等數(shù)據(jù)進行收集備份，以便后續(xù)進行數(shù)據(jù)分析及查找調(diào)取。

同時，收費系統(tǒng)還能在一定程度上對高速公路各路段的車輛運行情況進行監(jiān)測，提升相關(guān)工作人員對通行情況及道路安全的把控。

高速公路收費系統(tǒng)主要依靠車牌識別器、ETC天線、車道檢測器、費用顯示器及報警系統(tǒng)等多種車道設(shè)備完成整個收費流程，現(xiàn)階段所有收費系統(tǒng)設(shè)備均已實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，能夠通過互聯(lián)網(wǎng)快速傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)快捷收費。目前，我國大部分高速公路仍然采用半人工、半自動的收費模式，先通過車牌識別設(shè)備對車輛信息及車牌號的內(nèi)容進行采集，再通過計算機對應(yīng)收取的金額進行計算，最后由人工進行收費或由ETC系統(tǒng)直接扣費。ETC收費模式由于能夠使通行更加便捷、快速而逐漸受到用戶青睞，使用率呈穩(wěn)步增長趨勢。

由于所有收費系統(tǒng)的組成部件都需要實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)，將所有設(shè)備與服務(wù)器及以太交換機進行連接，在設(shè)計與安裝階段應(yīng)充分考慮設(shè)備的安裝位置與信號接收等要素。在完成初步安裝后，需進行模擬測試，對收費系統(tǒng)的實際使用情況進行評估，一旦出現(xiàn)問題及時優(yōu)化改進，保障后續(xù)收費系統(tǒng)的正常運行。

3 高速公路機電工程系統(tǒng)集成設(shè)計與施工流程分析

高速公路機電工程系統(tǒng)的集成設(shè)計與施工可以粗略分為三個階段。

首先，聯(lián)合設(shè)計階段，圖紙通常由具有交通工程甲級設(shè)計資質(zhì)的單位完成，根據(jù)承包人的設(shè)計資質(zhì)，可對圖紙或圖紙局部進行一定程度的變更優(yōu)化。整體項目工程完整的設(shè)計應(yīng)包含施工現(xiàn)場調(diào)查、系統(tǒng)方案、系統(tǒng)組成、系統(tǒng)運行、操作流程等硬件和軟件的具體設(shè)計規(guī)劃。在實際設(shè)計過程中，設(shè)計單位與業(yè)主單位、承包人、設(shè)備廠商應(yīng)共同確定設(shè)計中的部分關(guān)鍵內(nèi)容，避免在實際施工過程中，由于前期設(shè)計漏洞延誤工期或?qū)е沦|(zhì)量問題。為保障整體項目質(zhì)量，在進行聯(lián)合設(shè)計的過程中，相關(guān)單位應(yīng)對設(shè)計方案與所選擇的相關(guān)設(shè)備進行嚴格的質(zhì)量把控，應(yīng)在專業(yè)設(shè)計人員與廠家人員的建議支持下對設(shè)計圖紙及設(shè)計文件進行質(zhì)量控制。項目部相關(guān)管理人員在聯(lián)合設(shè)計過程中還應(yīng)自覺承擔(dān)起流程溝通及推進任務(wù)，以保障聯(lián)合設(shè)計的順利推進[3]。

其次，設(shè)備采購階段，高速公路機電工程系統(tǒng)使用的設(shè)備，在聯(lián)合設(shè)計階段已初步確定，為進一步保障所使用設(shè)備的整體質(zhì)量，還需由相關(guān)工程師及項目負責(zé)團隊進行出廠檢測，對設(shè)備的使用材料、產(chǎn)品性能、實際使用狀況等多種因素進行測試。測試時間與測試內(nèi)容應(yīng)由相關(guān)工程師與承包人進行協(xié)商。在采購階段，還需要對設(shè)備生產(chǎn)廠商進行篩選，在滿足投標文件設(shè)備品牌與型號的基礎(chǔ)上，可優(yōu)先選擇有過合作經(jīng)驗的廠商，以節(jié)約溝通時間，保障設(shè)備質(zhì)量。在整體設(shè)計施工時間較為緊張的情況下，可允許聯(lián)合設(shè)計與設(shè)備采購交叉進行。

最后，在實際施工階段，相關(guān)建設(shè)管理團隊?wèi)?yīng)對施工過程進行嚴格的質(zhì)量把控，包括工人技術(shù)交底、設(shè)備前期檢驗、實際施工與安裝，安裝后測試等多個流程與細節(jié)，均需實時監(jiān)控與多次確認，既要保證一切施工都嚴格按照前期設(shè)計執(zhí)行，又要保障所有流程都符合相關(guān)施工要求。

4 現(xiàn)階段高速公路機電工程系統(tǒng)常見問題

4.1 建設(shè)與運營相脫節(jié)

我國向來極為重視基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，在交通運輸建設(shè)方面投入了大量人力物力，大力提升居民生活水平與交通運輸質(zhì)量。高質(zhì)量的高速公路可為居民日常出行提供基礎(chǔ)設(shè)施保障，進一步促進物流行業(yè)及其他依賴交通運輸行業(yè)的發(fā)展。目前，我國在高速公路建設(shè)、相關(guān)配套設(shè)施建設(shè)等方面均已具備較高水平，但在使用過程中，時常出現(xiàn)后續(xù)運營模式與前期建設(shè)相脫節(jié)現(xiàn)象。主要表現(xiàn)為高速公路機電工程系統(tǒng)的建設(shè)需求與實際運營需求不匹配，導(dǎo)致后續(xù)實際使用過程中容易出現(xiàn)各種不便現(xiàn)象，不利于高速公路機電工程系統(tǒng)管理，也容易造成工作上的不便。

4.2 機電系統(tǒng)設(shè)備管理不規(guī)范

相較于城市公路，高速公路路段的機電系統(tǒng)設(shè)備面臨的工作環(huán)境更加惡劣，因高速公路的特殊性，對高速公路路段機電系統(tǒng)設(shè)備工作質(zhì)量的要求反而高于城市公路，需要高速公路路段相關(guān)管理人員具有較高水平的機電系統(tǒng)設(shè)備管理能力。就目前而言，高速公路機電工程系統(tǒng)管理普遍存在一些不規(guī)范現(xiàn)象，其原因主要有：首先，技術(shù)限制，一方面國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)無法達到高速公路建設(shè)要求，高速公路路段所使用的機電系統(tǒng)設(shè)備部分零部件需依賴國外企業(yè)進口。另一方面在進行集成設(shè)計與安裝階段，需要依賴國外生產(chǎn)企業(yè)所提供的設(shè)備才能進行相關(guān)工作。其次，國外先進設(shè)施的引入也導(dǎo)致了管理難度的提升，雖然國外先進設(shè)備能夠提升我國高速公路機電工程系統(tǒng)運行質(zhì)量，但由于這些設(shè)備缺乏相應(yīng)的規(guī)范管理標準，管理部門很難實現(xiàn)高效高質(zhì)管理。

4.3 缺乏專業(yè)管理人才

現(xiàn)階段，我國高速公路機電工程系統(tǒng)建設(shè)仍處于初始起步階段，機電工程系統(tǒng)控制管理缺乏經(jīng)驗豐富和具備專業(yè)知識的優(yōu)秀管理人才。現(xiàn)有的管理人員通常在專業(yè)技能或工作經(jīng)驗方面有一定欠缺，需進行專業(yè)化培訓(xùn)。專業(yè)管理人才的欠缺導(dǎo)致我國高速公路機電工程系統(tǒng)管理在短時間內(nèi)難以實現(xiàn)更快速發(fā)展。此外，具有豐富工作經(jīng)驗及管理經(jīng)驗的管理人員，難以適應(yīng)更新?lián)Q代速度極快的各種新式設(shè)備，對新設(shè)備與新技術(shù)接受較快的年輕骨干卻缺乏豐富的工作經(jīng)驗與管理經(jīng)驗。

5 高速公路機電工程系統(tǒng)集成設(shè)計與施工優(yōu)化策略

隨著時代發(fā)展與科技進步，越來越多的新型技術(shù)與設(shè)備面世，其中有一些設(shè)備在經(jīng)過初步使用與實驗后被證實能夠進一步促進高速公路機電工程系統(tǒng)的應(yīng)用質(zhì)量與服務(wù)效率，因此，相關(guān)設(shè)計與施工人員應(yīng)積極獲取和學(xué)習(xí)、掌握新型技術(shù)與設(shè)備，提升高速公路機電工程系統(tǒng)的先進性。目前，已經(jīng)過初步認證并可投入使用的新型技術(shù)與設(shè)備主要有：其一，高速公路防霧燈。在雨霧天氣下，防霧燈能夠發(fā)揮其良好的引導(dǎo)作用，幫助車主獲得更好的行車視野，大幅度減少特殊天氣下因視線受阻而導(dǎo)致的交通事故。防霧燈在安裝時應(yīng)明確安裝高度，精準計算駕駛?cè)藛T視野范圍，并嚴格把控縱向燈具，提升防霧燈的實際作用效力，最大限度地滿足駕駛?cè)藛T的視野需求，減少事故發(fā)生率。其二，大數(shù)據(jù)賦能高速公路智慧服務(wù)區(qū)的構(gòu)建。大數(shù)據(jù)賦能高速公路智慧服務(wù)區(qū)能夠通過大數(shù)據(jù)、云計算等多種先進互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)服務(wù)平臺構(gòu)建，滿足居民日常出行所需，在一定程度上可以減少高速公路服務(wù)區(qū)工作人員的工作壓力，提升整體服務(wù)區(qū)的服務(wù)質(zhì)量與服務(wù)效率。大數(shù)據(jù)賦能高速公路智慧服務(wù)區(qū)能夠為居民提供智慧停車、服務(wù)區(qū)狀態(tài)實時查詢、線上購物等多種服務(wù)。其三，高速公路機電工程系統(tǒng)維護管理的科學(xué)評估優(yōu)化，即維護評估與維修評估，可有效匯總收集各種設(shè)備的維修記錄與維護信息，在幫助維修人員提升維修技術(shù)的同時，使高速公路機電工程系統(tǒng)管理人員對各種設(shè)備的損壞頻率、損耗速度、保養(yǎng)效果等信息有更深的了解，有效提升了后期在管理維護與設(shè)備更換等方面的施工質(zhì)量[4]。

6 結(jié)語

高質(zhì)量的高速公路機電工程系統(tǒng)能夠為道路安全行駛與高效益運營創(chuàng)造良好保障，進一步促進我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展。因此，相關(guān)工程施工人員應(yīng)在集成設(shè)計、多個子系統(tǒng)設(shè)計施工、調(diào)試、后期管理、創(chuàng)新發(fā)展等多個方面進行優(yōu)化與完善，以保障高速公路機電工程系統(tǒng)的應(yīng)用質(zhì)量與運行效率。