淺析高速公路機電設(shè)施的運行與維護

柳 力

引言

對于交通工程而言，高速公路機電系統(tǒng)屬于基礎(chǔ)的管理設(shè)施，高速公路機電系統(tǒng)不僅能夠有效促進高速公路運輸業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，同時，還能保障高速公路的運輸安全等。本文探討高速公路機電設(shè)施的定義、分類、現(xiàn)狀、運行、維護、運行管理與故障診斷，以及安全管理與應(yīng)急措施。希望為高速公路機電設(shè)施的運行與維護提供一定的參考和指導(dǎo)。

一、高速公路機電設(shè)施的概述

（一）高速公路機電設(shè)施的定義

高速公路機電設(shè)施是指在高速公路上所涉及的各種機械和電氣設(shè)備，用于保證道路運行安全和順暢的關(guān)鍵要素。包括收費站設(shè)備、路燈照明設(shè)施、交通監(jiān)控設(shè)備、隧道排煙設(shè)備、千斤頂設(shè)備、電子收費系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和通信設(shè)備、高速公路標志和識別系統(tǒng)（交通指示標志、電子顯示屏、導(dǎo)航系統(tǒng)）、環(huán)境監(jiān)測和治理設(shè)施（噪聲監(jiān)測器、環(huán)境污染控制設(shè)備）等。

（二）高速公路機電系統(tǒng)的分類

高速公路機電系統(tǒng)由監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、收費系統(tǒng)、低壓配電設(shè)施、照明設(shè)施、隧道機電設(shè)施組成，如圖1所示。監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)施包括監(jiān)控攝像頭和相關(guān)監(jiān)控設(shè)備，用于實時監(jiān)測交通狀況、安全事件以及交通違法行為。通信系統(tǒng)設(shè)施用于實現(xiàn)高速公路與相關(guān)機構(gòu)和用戶之間的信息傳遞和通信。收費系統(tǒng)設(shè)施用于實現(xiàn)高速公路的收費和交通流量統(tǒng)計。低壓配電設(shè)施用于供給高速公路機電設(shè)施的電力需求。照明設(shè)施包括路燈和隧道照明系統(tǒng)，用于提供夜間行車的照明和隧道內(nèi)的照明。隧道機電設(shè)施由通風(fēng)系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)、泵站、消防設(shè)備等組成，用于保證隧道內(nèi)的空氣質(zhì)量、安全以及緊急情況下的滅火等措施。[1]

二、高速公路機電設(shè)施的現(xiàn)狀

機電工程屬于高速公路建設(shè)中的附屬設(shè)施，在高速公路施工管理中經(jīng)常不被重視，據(jù)調(diào)查，不同高速公路機電工程投資僅占總投資的1%～3%。高速公路機電市場的變化與政策息息相關(guān)，近年來，受取消省界收費站、視頻云聯(lián)網(wǎng)等政策驅(qū)動，高速公路機電市場迎來新的增長點。高速公路建設(shè)逐漸發(fā)展，對各項機電系統(tǒng)的引進越來越普遍。當(dāng)前已經(jīng)形成以計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、多媒體系統(tǒng)、電子系統(tǒng)、消防系統(tǒng)以及供配電系統(tǒng)等共同構(gòu)建的機電體系。交通信號燈的布局和設(shè)計逐漸優(yōu)化，采用智能化控制系統(tǒng)，能根據(jù)交通流量自動調(diào)整信號燈的時序，提高交通效率和減少擁堵。高速公路上安裝了大量的監(jiān)控攝像頭和傳感器，用于實時監(jiān)測交通狀況、車輛流量和道路安全。逐漸推廣使用電子收費技術(shù)，取代傳統(tǒng)的人工收費方式。提高了收費效率，減少了交通堵塞，提升了用戶體驗。高速公路上的照明設(shè)施采用LED技術(shù)，提供良好的照明效果，提高夜間行車的安全性。高速公路上的通信設(shè)備包括無線網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)急通信系統(tǒng)等，用于實現(xiàn)車輛之間和車輛與交通管理中心之間的實時通信，提高交通管理效率和應(yīng)急響應(yīng)能力。高速公路機電設(shè)施的現(xiàn)狀不斷得到改善和升級，通過智能化技術(shù)的應(yīng)用，提高了交通效率和安全性。

三、高速公路機電設(shè)施的運行

（一）設(shè)備運行監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析

設(shè)備運行監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，是高速公路機電設(shè)施運行非常重要的環(huán)節(jié)。通過監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)，以及對數(shù)據(jù)進行分析，可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備在運行中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象和故障，以此保障設(shè)施的正常運行。其中，設(shè)備運行監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析的做法有設(shè)備的監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集與分析、故障診斷和維修、預(yù)防維護和優(yōu)化等。利用監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)施，可以對設(shè)備進行實時監(jiān)測。與此同時，可利用攝像頭來監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)和環(huán)境情況，通過傳感器監(jiān)測電壓、電流、溫度等參數(shù)，對設(shè)備的運行狀況進行實時監(jiān)控。監(jiān)測設(shè)施會不斷通過傳感器、儀表或監(jiān)控系統(tǒng)采集設(shè)備的運行狀態(tài)、使用時間、能耗等信息。對采集到的設(shè)備運行數(shù)據(jù)進行分析，可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備的健康狀況和潛在問題。使用數(shù)據(jù)挖掘和機器學(xué)習(xí)技術(shù)，對設(shè)備運行數(shù)據(jù)進行模式識別和異常檢測，預(yù)測設(shè)備故障和維護需求?；跀?shù)據(jù)分析的結(jié)果，可以對設(shè)備進行故障診斷，并及時采取相應(yīng)的維護措施。通過分析設(shè)備的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備的能耗異常增加，可能提示設(shè)備存在故障或運行不正常，需要進行檢修或更換設(shè)備。對設(shè)備運行數(shù)據(jù)進行分析，根據(jù)設(shè)備運行數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，可以制定合理的維護計劃，預(yù)防設(shè)備故障和損壞。

（二）維護管理與策略

通過制定全面、科學(xué)的維護計劃，定期對高速公路機電設(shè)施進行巡檢，以發(fā)現(xiàn)潛在的故障和問題。巡檢包括設(shè)備運行狀態(tài)檢查、連接與固定環(huán)境檢查、磨損與老化情況檢查、清潔狀態(tài)檢查、警示標志和標示檢查等預(yù)防性維護，可以根據(jù)設(shè)備的使用壽命、設(shè)計壽命和制造商的要求進行，并減少設(shè)施的損壞和維修成本，及時處理設(shè)施的故障和問題，減少對交通的影響和風(fēng)險。建立緊急響應(yīng)機制和故障維修團隊，能夠快速響應(yīng)和解決設(shè)施故障，采集設(shè)施運行數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)設(shè)施的潛在問題和改進機會。基于數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，制定優(yōu)化措施，提高設(shè)施的運行效率。持續(xù)對維護人員進行培訓(xùn)，使其具備維護設(shè)備的專業(yè)知識和技能。同時建立知識管理系統(tǒng)，通過記錄和分享經(jīng)驗教訓(xùn)，提高維護人員的綜合素質(zhì)和工作能力。與設(shè)備供應(yīng)商、維修服務(wù)供應(yīng)商等建立良好的合作關(guān)系，確保設(shè)施的正常供應(yīng)和維修保養(yǎng)。制定合理的合同管理機制，監(jiān)督和評估服務(wù)供應(yīng)商的績效。高速公路機電設(shè)施的運行維護管理需要有系統(tǒng)的規(guī)劃和科學(xué)的方法，以保證設(shè)施的安全運行、延長設(shè)施的壽命。

四、高速公路機電設(shè)施的維護

（一）日常維護措施

定期對機電設(shè)施進行除塵、除污、腐蝕防護，檢查設(shè)備的運行狀態(tài)、連接是否正常、磨損和老化情況等，確保設(shè)備保持良好狀態(tài)，定期對機電設(shè)施的移動部件進行潤滑維護，根據(jù)設(shè)備的要求，定期給設(shè)備加油、加潤滑劑等保養(yǎng)工作來延長設(shè)備的使用壽命。定期檢查設(shè)備的電氣連接，確保電氣連接良好，防止因不良接觸導(dǎo)致電氣故障或火災(zāi)事故。對設(shè)備進行巡檢，查看設(shè)備運行狀況和環(huán)境情況。檢查設(shè)備的機械部件是否運轉(zhuǎn)正常，是否有異常聲音和振動等，根據(jù)設(shè)備的使用壽命和制造商的要求，定期對設(shè)備進行檢修和更換。對磨損嚴重的部件進行維修或更換，對照明設(shè)施進行定期檢查和維護，檢查是否有燈泡燒壞、燈桿傾斜等情況，并及時更換損壞的燈泡和修復(fù)傾斜的燈桿。及時處理設(shè)備的故障和緊急情況，盡快恢復(fù)設(shè)備的正常運行。建立緊急維修團隊和應(yīng)急響應(yīng)機制，快速響應(yīng)和解決設(shè)備故障，減少對交通的影響。建立維護記錄，記錄設(shè)備的維護情況、維修和更換記錄。維護過程中需嚴格遵守安全操作規(guī)程，避免對設(shè)施和人員造成損害。

（二）定期維護計劃

機電設(shè)施需根據(jù)其使用特點，需要加強日常維護，提升使用性能和綜合作用，確定每個設(shè)備的維護頻率，根據(jù)設(shè)備的類型、特性和制造商的建議進行衡量。明確每次維護所需進行的具體工作內(nèi)容，維護內(nèi)容應(yīng)根據(jù)設(shè)備的要求和使用情況進行安排，制定詳細的維護操作指南，維護操作指南應(yīng)明確維護人員的工作要求，建立維護記錄和報告系統(tǒng)，記錄每次維護的具體情況和結(jié)果。對維護人員進行培訓(xùn)，使其掌握維護操作的技能和知識。培訓(xùn)內(nèi)容可以包括設(shè)備的結(jié)構(gòu)和原理、維護操作指南、安全操作規(guī)程等，定期評估維護計劃的執(zhí)行效果，并根據(jù)評估結(jié)果進行優(yōu)化。

五、高速公路機電設(shè)施運行管理與故障診斷

（一）設(shè)備運行監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析

高速公路機電設(shè)施的設(shè)備運行監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析是指通過使用監(jiān)測裝置和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實時采集和記錄設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析，評估設(shè)備的狀態(tài)和性能，提前發(fā)現(xiàn)故障，避免設(shè)備故障對交通安全和通行效率造成不利影響。確定需要監(jiān)測的設(shè)備運行參數(shù)，根據(jù)設(shè)備的特性選擇合適的監(jiān)測參數(shù)。并建立設(shè)備運行數(shù)據(jù)采集和存儲系統(tǒng)，保證實時采集設(shè)備運行參數(shù)的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行合理存儲和管理。數(shù)據(jù)采集設(shè)備可以通過有線、無線或互聯(lián)網(wǎng)等方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析系統(tǒng)。當(dāng)進行設(shè)備運行數(shù)據(jù)處理和分析時，可以利用專業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件或算法來輔助工作。[2]使用Excel、Python、R等數(shù)據(jù)處理軟件或者使用SPSS、SAS、STATA等統(tǒng)計分析軟件進行統(tǒng)計分析、回歸分析、變量關(guān)系探索。通過對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、比較和分析，發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常情況和潛在故障。

（二）故障診斷與維修策略

利用PLC技術(shù)可以監(jiān)測各種傳感器和設(shè)備的狀態(tài)，通過編程邏輯進行故障診斷。一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，PLC可以記錄相關(guān)的故障代碼和報警信息，指示出具體的故障位置和類型。支持遠程監(jiān)控和控制功能，通過網(wǎng)絡(luò)連接和遠程訪問，實時監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)、修改參數(shù)和執(zhí)行診斷操作。簡化維修過程，快速定位故障，減少維修時間。記錄設(shè)備故障和維修記錄，故障代碼、維修時間和維修方式等，并對這些數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，評估設(shè)備的可靠性、維修效率和維修成本。根據(jù)設(shè)備的特點和故障現(xiàn)象，選擇合適的故障診斷方法，通過設(shè)備的外觀檢查、傳感器的數(shù)據(jù)監(jiān)測和分析、設(shè)備經(jīng)驗和專家系統(tǒng)的運用等手段，確定故障的類型和原因。使用預(yù)防性維修、修復(fù)性維修、備件更換和升級改造等措施，預(yù)防故障的發(fā)生。

六、高速公路機電設(shè)施安全管理與應(yīng)急措施

（一）高速公路智能巡檢管理系統(tǒng)

高速公路智能巡檢管理系統(tǒng)是一種結(jié)合傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)手段，對高速公路的狀態(tài)進行實時監(jiān)測和評估的系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過實時監(jiān)控和及時響應(yīng)，可以有效預(yù)防和處理突發(fā)事故、故障和安全隱患，提高高速公路的通行安全和效率。為了實現(xiàn)高速公路機電設(shè)備的智能化，需要先建立一個完善的高速公路智能巡檢管理系統(tǒng)來指導(dǎo)和規(guī)范管理行為，從而提高管理效率，確保智能化機電設(shè)備的正常運行。高速公路智能巡檢管理系統(tǒng)可分為移動端巡檢系統(tǒng)和桌面端管理系統(tǒng)，如圖2所示。移動端巡檢系統(tǒng)可進行事件上報，巡查點打卡等操作，而桌面端管理系統(tǒng)可以進行人員信息查看，軌跡回放，數(shù)據(jù)管理等操作。結(jié)合巡檢人員的實地巡查，對高速公路設(shè)施進行智能化管理和監(jiān)控。高速公路智能巡檢管理系統(tǒng)的應(yīng)用能大幅提升巡檢的效率和精度，加強對高速公路設(shè)施狀態(tài)的監(jiān)測和管理，提高安全性和運行效率。同時，通過數(shù)據(jù)分析和智能化的管理，能夠及時發(fā)現(xiàn)問題和異常，快速處理并提供數(shù)據(jù)支持，提升整個運維管理的水平。[3]

圖2 高速公路智能巡檢管理系統(tǒng)

（二）高速公路機電設(shè)備智能故障檢修系統(tǒng)

高速公路機電設(shè)備智能故障檢修系統(tǒng)是一種利用先進信息技術(shù)和智能化技術(shù)，對高速公路機電設(shè)備的故障進行智能化檢修和管理的系統(tǒng)，如圖3所示。機電設(shè)備智能檢測系統(tǒng)綜合管理模塊主要承擔(dān)整個檢測系統(tǒng)的管理任務(wù)，借助資源管理實現(xiàn)對系統(tǒng)中高速公路機電設(shè)備信息的管理。首先，系統(tǒng)通過應(yīng)用人工智能技術(shù)和數(shù)據(jù)分析算法，對機電設(shè)備的故障進行診斷，同時收集和分析設(shè)備的傳感器數(shù)據(jù)，檢測異常和故障，確定可能的故障原因；其次，系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)分析和機器學(xué)習(xí)等技術(shù)，對收集到的數(shù)據(jù)進行分析和比對，利用故障診斷算法和模型，準確地識別設(shè)備故障的類型、特征和位置，并提供準確的診斷結(jié)果；最后，系統(tǒng)根據(jù)故障診斷結(jié)果，為維修人員提供修復(fù)策略和指導(dǎo)，并對設(shè)備故障、修復(fù)歷史和維修記錄進行管理和追蹤，減少人為錯誤和延誤。[4]

結(jié)語

高速公路機電設(shè)施的運行與維護是保障高速公路安全暢通的重要環(huán)節(jié)。本文通過對高速公路機電設(shè)施的概述，現(xiàn)狀分析和運行管理等方面進行深入探討，可以發(fā)現(xiàn)其對高速公路運行和維護具有重要意義。呼吁相關(guān)部門和管理機構(gòu)重視高速公路機電設(shè)施運行與維護，加大投入和管理力度，建立完善的設(shè)施運維體系，確保設(shè)施的持續(xù)運行和安全性。同時鼓勵學(xué)術(shù)界和業(yè)界加強合作，共同研究和解決機電設(shè)施運行與維護中的技術(shù)難題和問題，推動高速公路交通運行的發(fā)展和提升。