高速公路機(jī)電設(shè)施技術(shù)狀況評(píng)定方法探究

志京峰

（中咨公路養(yǎng)護(hù)檢測技術(shù)有限公司，北京 100000）

1 研究背景

高速公路在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展， 提高國民經(jīng)濟(jì)收入以及推進(jìn)城市化建設(shè)進(jìn)程等方面扮演著十分重要的角色， 高速公路是全國各個(gè)城市地區(qū)經(jīng)濟(jì)與文化交流重要的陸路通道。 隨著近些年國內(nèi)高速公路的跨越式發(fā)展， 龐大的高速公路路網(wǎng)逐漸形成，高速公路早已與汽車綁定，成為人們交通出行的必需品，而高速公路在極大地滿足人們出行便利的同時(shí)，也帶來了諸多的問題和挑戰(zhàn)。

全天候不間斷運(yùn)行是高速公路主要的運(yùn)營特點(diǎn)， 一般情況下不得出現(xiàn)隨意關(guān)停的現(xiàn)象。 這就對(duì)高速公路機(jī)電設(shè)施的安全運(yùn)行提出了巨大的挑戰(zhàn)， 要求機(jī)電設(shè)施必須始終保持在良好的工作狀態(tài)下。 盡管如此， 隨著高速公路使用年限的增加，機(jī)電設(shè)施也隨之出現(xiàn)了老化、磨損等問題，自身的性能出現(xiàn)了明顯的下降趨勢， 給司乘人員的人身安全埋下了巨大的隱患。 因此，如何做到對(duì)高速公路機(jī)電設(shè)施的維護(hù)與保養(yǎng)工作顯得至關(guān)重要。 鑒于目前國家未出臺(tái)相應(yīng)的高速公路機(jī)電設(shè)施技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)， 本文在研究廣東省交通集團(tuán)有限公司頒布的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/JTJT 003—2017 《高速公路機(jī)電設(shè)施養(yǎng)護(hù)及技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》[1]的基礎(chǔ)上，增加了對(duì)設(shè)備使用壽命和管養(yǎng)單位管養(yǎng)水平的考慮，提出了一種更加科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)備技術(shù)狀況算法模型，這種算法模型在客觀、真實(shí)地反映機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀況的同時(shí)， 可預(yù)測出在未來一段時(shí)間內(nèi)設(shè)備的可靠性，為管養(yǎng)單位提高設(shè)備管理水平、實(shí)施合理的科學(xué)決策、取得較好的經(jīng)濟(jì)效益，提供重要依據(jù)。

2 機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)狀況評(píng)定思路

本評(píng)定方法結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際檢測數(shù)據(jù)， 結(jié)合管養(yǎng)單位的日常養(yǎng)護(hù)情況， 采用德爾菲法和決策樹來評(píng)價(jià)高速公路機(jī)電設(shè)備的技術(shù)狀況，進(jìn)而評(píng)估機(jī)電系統(tǒng)各級(jí)分項(xiàng)工程、分部工程的技術(shù)狀況，最終得到機(jī)電系統(tǒng)的整體技術(shù)狀況。

要分析機(jī)電系統(tǒng)的技術(shù)狀況， 其主要是由各分項(xiàng)工程設(shè)備的功能檢測完好率、成新率和養(yǎng)護(hù)狀況決定。 因此，評(píng)價(jià)方法的整體研究思路如下：

（1）依據(jù)現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范做支撐，確定設(shè)備完好率的計(jì)算公式；（2）設(shè)計(jì)設(shè)備成新率的有效計(jì)算公式；（3）設(shè)計(jì)設(shè)備技術(shù)狀況的有效計(jì)算公式；（4）通過設(shè)備的完好率、成新率、養(yǎng)護(hù)狀況與設(shè)備技術(shù)狀況之間的關(guān)系，建立對(duì)應(yīng)的權(quán)值關(guān)系表，計(jì)算設(shè)備的技術(shù)狀況；（5）確定機(jī)電系統(tǒng)整體評(píng)價(jià)算法，評(píng)價(jià)機(jī)電系統(tǒng)的整體狀況，完成機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)營狀況的綜合評(píng)價(jià)[2]。

3 設(shè)備技術(shù)狀況評(píng)定模型

按照系統(tǒng)工程理論，評(píng)定高速公路機(jī)電設(shè)施技術(shù)狀況，需要充分了解設(shè)備在給定的運(yùn)行條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)充分執(zhí)行其預(yù)期功能的概率。 對(duì)于高速公路機(jī)電設(shè)施來說，可通過對(duì)其技術(shù)參數(shù)的檢測判斷機(jī)電設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)， 進(jìn)而反映其運(yùn)行狀態(tài)的可靠性。 設(shè)備技術(shù)狀況評(píng)定模型如圖1 所示。

圖1 設(shè)備技術(shù)狀況評(píng)定模型

1）影響機(jī)電設(shè)施技術(shù)狀況的主要因素：完好率、成新率和養(yǎng)護(hù)情況。

2）設(shè)備完好率：設(shè)備完好率指的是設(shè)施在運(yùn)行狀態(tài)中結(jié)構(gòu)和功能未發(fā)生故障的項(xiàng)次數(shù)量占總數(shù)量之比，根據(jù)設(shè)備完好率可準(zhǔn)確判斷設(shè)備當(dāng)前所處的完好程度，其主要是設(shè)備在已使用期間可正常使用的概率，計(jì)算依據(jù)實(shí)地檢測得到的檢測數(shù)據(jù)。

3）設(shè)備成新率：設(shè)備成新率指的是設(shè)備的使用年數(shù)與設(shè)備使用年限的比值，表征設(shè)備整體所處的狀態(tài)，可以影響設(shè)施在未來時(shí)期內(nèi)運(yùn)行的可靠性。

4）設(shè)備養(yǎng)護(hù)狀況：通過現(xiàn)場檢查設(shè)備的外觀質(zhì)量，了解管養(yǎng)單位的日常養(yǎng)護(hù)水平，評(píng)定設(shè)備的養(yǎng)護(hù)情況，能夠更加準(zhǔn)確地對(duì)設(shè)備進(jìn)行評(píng)價(jià)。

5）通過成新率、完好率、養(yǎng)護(hù)狀況與設(shè)備技術(shù)狀況之間的關(guān)系，得到設(shè)備的技術(shù)狀況。

4 設(shè)備技術(shù)狀況評(píng)定模型的設(shè)計(jì)和說明

4.1 設(shè)備完好率

設(shè)備完好率按照標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的檢測項(xiàng)目結(jié)果進(jìn)行評(píng)定，符合要求為合格，否則為不合格，按式（1）計(jì)算出設(shè)備完好率：

4.2 設(shè)備成新率

設(shè)備的使用壽命是指設(shè)備從開始使用到出現(xiàn)了不可修復(fù)的故障或不可接受的故障率時(shí)所用的時(shí)間，所以一般機(jī)電的設(shè)備壽命都以設(shè)備的故障情況而決定。人們經(jīng)常用到的浴盆曲線，就是根據(jù)損耗期故障率曲線的上升點(diǎn)來確定其使用壽命的。

但是對(duì)高速公路機(jī)電設(shè)備而言，由于其種類繁多，很多設(shè)備沒有占支配地位的損耗型故障模式， 即沒有明顯的損耗故障期，因此，不能單憑故障率來確定其使用壽命。 所以將設(shè)備的壽命劃分為物理壽命、經(jīng)濟(jì)壽命和技術(shù)壽命，從3 個(gè)不同的角度綜合考慮設(shè)備的壽命。

物理壽命是指設(shè)備以全新的狀態(tài)投入使用開始， 經(jīng)過有形磨損， 直至技術(shù)性能上喪失原有用途不能繼續(xù)使用為止所經(jīng)歷的時(shí)間； 經(jīng)濟(jì)壽命是指設(shè)備從投入使用到因經(jīng)濟(jì)不合理而退出使用所歷經(jīng)的時(shí)間。 如由于設(shè)備老化，需花費(fèi)高額的維修費(fèi)用來維持設(shè)備繼續(xù)使用而造成的經(jīng)濟(jì)不合理。 技術(shù)壽命是指設(shè)備從投入使用到因技術(shù)進(jìn)步而使其喪失使用價(jià)值所經(jīng)歷的時(shí)間。 據(jù)研究計(jì)算，高速公路機(jī)電設(shè)備的最優(yōu)使用壽命為7.6 年[2]，則可按式（2）計(jì)算出設(shè)備成新率：

當(dāng)設(shè)備使用年限大于或等于7.6 年時(shí)，設(shè)備成新率為0。

4.3 養(yǎng)護(hù)狀況

設(shè)備養(yǎng)護(hù)狀況，依據(jù)規(guī)范要求，對(duì)設(shè)備基礎(chǔ)、支撐立柱、機(jī)箱外觀、機(jī)箱內(nèi)部檢修與清掃等方面進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)外觀缺陷進(jìn)行相應(yīng)的減分。

4.4 設(shè)備技術(shù)狀況評(píng)定

利用德爾菲法，對(duì)設(shè)備技術(shù)狀況評(píng)定中，設(shè)備完好率、設(shè)備成新率、設(shè)備養(yǎng)護(hù)狀況所占比值進(jìn)行預(yù)測。 將預(yù)測的目的、要求匿名交給各相關(guān)專家，征得專家們的意見之后，進(jìn)行整理、歸納、統(tǒng)計(jì)。 然后將整理結(jié)果再次匿名反饋給各專家，再次征求意見，再集中，再反饋，如此反復(fù)，直至得到一致的意見。 根據(jù)最終的預(yù)測結(jié)果，建立設(shè)備完好率、成新率、養(yǎng)護(hù)狀況與設(shè)備技術(shù)狀況之間的對(duì)應(yīng)權(quán)值關(guān)系。完好率∶成新率∶養(yǎng)護(hù)狀況=0.85∶0.10∶0.05，則設(shè)備完好率、成新率得分可由式（3）、式（4）表示：

根據(jù)對(duì)應(yīng)的權(quán)值關(guān)系，養(yǎng)護(hù)狀況得分最高為5.0 分，發(fā)現(xiàn)外觀缺陷進(jìn)行相應(yīng)的減分，則設(shè)備養(yǎng)護(hù)狀況可用式（5）表式：

綜上，按式（6）計(jì)算出單個(gè)設(shè)備的技術(shù)狀況得分：

5 設(shè)備技術(shù)狀況計(jì)算過程示例

甘肅省某高速公路2020 年開始通車運(yùn)營，下面結(jié)合《高速公路機(jī)電設(shè)施養(yǎng)護(hù)及技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》，以監(jiān)控設(shè)施閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)某一設(shè)備為例展示設(shè)備技術(shù)狀況的計(jì)算方法。

設(shè)備完好率計(jì)算如表1 所示。

表1 設(shè)備檢測項(xiàng)目結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

設(shè)備完好率計(jì)算：

設(shè)備成新率計(jì)算：

據(jù)研究計(jì)算，高速公路機(jī)電設(shè)備的最優(yōu)使用壽命為7.6年，本項(xiàng)目高速公路已通車使用了2 年，則它的成新率計(jì)算為：

根據(jù)式（3）、式（4），分別計(jì)算該設(shè)備完好率、設(shè)備成新率得分：

設(shè)備養(yǎng)護(hù)狀況得分計(jì)算：

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)外觀質(zhì)量進(jìn)行檢測，可得到管養(yǎng)單位對(duì)該設(shè)備的養(yǎng)護(hù)狀況。

外觀質(zhì)量鑒定： 檢查設(shè)備存在機(jī)箱內(nèi)部有塵土、 標(biāo)識(shí)不清、設(shè)備未綁扎固定現(xiàn)象，每處扣0.4 分，可根據(jù)式（5）得到該設(shè)備養(yǎng)護(hù)狀況得分：

該設(shè)備技術(shù)狀況得分計(jì)算：

根據(jù)式（6），計(jì)算該設(shè)備的技術(shù)狀況得分：

則該設(shè)備技術(shù)狀況得分為96.17。

6 機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)狀況評(píng)定

根據(jù)現(xiàn)場檢測計(jì)算出的每個(gè)設(shè)備的技術(shù)狀況得分， 根據(jù)式（7）～式（9），可以得到機(jī)電系統(tǒng)各分項(xiàng)工程、分部工程及機(jī)電系統(tǒng)得分。

機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)狀況等級(jí)劃分為優(yōu)、良、中、差4 個(gè)等級(jí)，按表2 規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)確定[3]。

表2 機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)劃分表

7 結(jié)語

本文結(jié)合廣東省交通集團(tuán)有限公司頒布的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/JTJT 003—2017， 在未來一段時(shí)間內(nèi)將機(jī)電系統(tǒng)的可靠性、管養(yǎng)單位的管養(yǎng)水平等影響因素， 加入機(jī)電系統(tǒng)定期檢測評(píng)定中，引入了設(shè)備成新率、設(shè)備養(yǎng)護(hù)狀況的概念，進(jìn)而提出了一種更科學(xué)、更精確的高速公路機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)狀況評(píng)定方法，可作為高速公路運(yùn)營管養(yǎng)、定期檢測工作的參考。