高速公路隧道機(jī)電設(shè)施技術(shù)狀況評(píng)價(jià)方法研究

龍新明LONG Xin-ming

（云南省交通科學(xué)研究院有限公司，昆明 650032）

0 引言

高速公路隧道機(jī)電設(shè)施不僅更新迅速，而且品類眾多，負(fù)責(zé)信息的傳遞、數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移和確保安全。所以評(píng)價(jià)高速公路隧道機(jī)電設(shè)施技術(shù)狀況能夠在第一時(shí)間找出問(wèn)題并確認(rèn)其運(yùn)行的穩(wěn)健程度。這種方法在某種程度上能夠有效地避免隧道事故的出現(xiàn)，并且也能夠作為機(jī)電設(shè)施升級(jí)的理論支持。所以，通過(guò)研究高速公路隧道機(jī)電設(shè)施技術(shù)狀況及其評(píng)價(jià)，能夠更好地幫助隧道維修部門識(shí)別出可能出現(xiàn)的安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也能夠從更深的角度去探討這些問(wèn)題的根源。

1 高速公路隧道機(jī)電設(shè)施技術(shù)狀況評(píng)價(jià)體系建立

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的篩選

通常高速公路隧道機(jī)電設(shè)施由五個(gè)部分構(gòu)成：供電和配電設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備、照明設(shè)備、消防設(shè)備以及隧道監(jiān)控設(shè)備，具有多樣性、重要性、規(guī)模、聯(lián)系程度、問(wèn)題引發(fā)的影響程度等特性。在構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系之前，科學(xué)地挑選評(píng)價(jià)指標(biāo)是必要的[1]。

首先，重要性。重要性主要表示能夠保存關(guān)鍵的指標(biāo)信息。通常可以采用專家評(píng)價(jià)方式來(lái)進(jìn)行這個(gè)系統(tǒng)的初步評(píng)價(jià)。如果在這個(gè)體系中的某個(gè)部分有M 個(gè)指標(biāo)，向p 個(gè)專家咨詢，才能對(duì)三個(gè)評(píng)估建議做出數(shù)據(jù)分析。

集中程度。用Ei表示，公式為：

在式中：Ei表示第i 個(gè)指標(biāo)專家意見(jiàn)的集中度；Ej表示第i 個(gè)指標(biāo)第j 級(jí)重要性的重要程度；nij表示對(duì)第i 個(gè)指標(biāo)被評(píng)價(jià)為第j 級(jí)的重要程度的專家人員數(shù)量。

協(xié)調(diào)程度。用變異系數(shù)Vi和協(xié)調(diào)系數(shù)k 表示，公式為：

在式中，Vi表示專家針對(duì)第i 個(gè)指標(biāo)作出的評(píng)價(jià)工作的協(xié)調(diào)情況，公式為：

在式中，k 表示評(píng)價(jià)專家針對(duì)其中一層指標(biāo)整體狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)工作的協(xié)調(diào)情況；Ei表示全部指標(biāo)集中程度的均值。

其次，必要性。必要性是在組成指標(biāo)體系的所有元素里，是否包含了對(duì)全局影響的重要環(huán)節(jié)，以及是否存在多余的元素[2]。具體而言：第一，通過(guò)計(jì)算得出相關(guān)指標(biāo)的系數(shù)rij；第二，按照實(shí)際情況進(jìn)行確定對(duì)相關(guān)系數(shù)的臨界數(shù)據(jù)M，如果rij≥M，則剔除權(quán)數(shù)小的指標(biāo)χi或χj；如果rij

最后，完整性。完整性意味著評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系是否足夠準(zhǔn)確地展示了這個(gè)評(píng)價(jià)成果的目標(biāo)與職責(zé)。其中，機(jī)電設(shè)施的主要內(nèi)容是空氣流動(dòng)、光線照射、監(jiān)測(cè)、電力分發(fā)、火災(zāi)預(yù)警裝置等，依據(jù)這些評(píng)價(jià)指數(shù)的關(guān)鍵性、必需性及全面性的需求，會(huì)對(duì)其進(jìn)行挑選。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)選取影響因素

由于隧道機(jī)械和電子設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)的復(fù)雜性，在制定評(píng)價(jià)規(guī)則的流程中，采用總結(jié)與組織的策略，對(duì)交通領(lǐng)域的專家、隧道經(jīng)營(yíng)者、隧道監(jiān)控橋梁站點(diǎn)等做出了全面且詳盡的考察，制定完善的評(píng)價(jià)規(guī)則，并構(gòu)筑分級(jí)明確且合適的評(píng)價(jià)體系[3]。

①首先，高速公路綜合發(fā)展的協(xié)調(diào)性。隧道的設(shè)計(jì)僅為一個(gè)小型的結(jié)構(gòu)，被高速公路串聯(lián)在一起，構(gòu)建出網(wǎng)絡(luò)式的覆蓋。因此在確定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，必須考慮到其與高速公路的發(fā)展方向相一致，并且與高速公路的整體運(yùn)行相匹配。

②其次，司乘人員的出行安全性?？萍蓟徒?jīng)濟(jì)化的隧道機(jī)械設(shè)備對(duì)確保駕駛者和乘客的安全出行起著關(guān)鍵的作用，這種方法可以降低隧道中的數(shù)值安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也可以優(yōu)化由此引發(fā)的數(shù)值安全風(fēng)險(xiǎn)，比如光照強(qiáng)度。

③最后，運(yùn)營(yíng)公司的管理效率。鑒于隧道的環(huán)境狀況極為惡劣，同時(shí)其內(nèi)部的機(jī)械和電子設(shè)備種類繁多，這無(wú)疑會(huì)增加這些設(shè)備的故障率，縮短其使用壽命。因此，通過(guò)合理地選擇評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，能夠?yàn)檫@些設(shè)備的保養(yǎng)和修復(fù)工作提供科學(xué)的理論依據(jù)，從而降低運(yùn)行成本，并提升其效益。

1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

1.3.1 指標(biāo)體系建立目標(biāo)

通過(guò)全面評(píng)價(jià)方法來(lái)研究高速公路隧道機(jī)電設(shè)施備的技術(shù)情況，該目標(biāo)旨在創(chuàng)建一個(gè)科學(xué)的評(píng)價(jià)指數(shù)系統(tǒng)，并運(yùn)用科學(xué)的評(píng)價(jià)方法，從公正的角度對(duì)隧道的機(jī)電設(shè)備技術(shù)進(jìn)行深入分析和全方位評(píng)估，從而為隧道的日常運(yùn)營(yíng)和常態(tài)維護(hù)提供強(qiáng)大的管理思想和戰(zhàn)略；對(duì)于隧道機(jī)電設(shè)備的缺陷進(jìn)行辨認(rèn)，清楚地了解其運(yùn)行過(guò)程中的潛在風(fēng)險(xiǎn)，然后提供適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)方案以及糾正建議[4]。

1.3.2 指標(biāo)體系建立結(jié)果

當(dāng)對(duì)隧道機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行全方位評(píng)估時(shí)，依照評(píng)價(jià)參數(shù)的影響元素以及挑選出的評(píng)估參數(shù)來(lái)做出決策。本研究呈現(xiàn)出與隧道機(jī)械設(shè)備技術(shù)狀況全方位評(píng)價(jià)有關(guān)的基礎(chǔ)參數(shù)框架。

第一層，評(píng)價(jià)目標(biāo)，主要目標(biāo)在于對(duì)隧道內(nèi)的機(jī)電設(shè)備的技術(shù)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，分為五個(gè)層次。

第二層，準(zhǔn)則層，按照對(duì)隧道內(nèi)機(jī)電設(shè)備的概述，主要由五個(gè)組成部分構(gòu)成，將五個(gè)部分定義在B1 至B5 的范圍內(nèi)。

第三層，標(biāo)準(zhǔn)層，其中包含了特定指標(biāo)。關(guān)于五類機(jī)電設(shè)施在隧道中的附加和基本設(shè)備的主題。根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的篩選，供配電設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)層主要包括9 個(gè)，并用C11 至C19 來(lái)區(qū)分；照明設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)層則有2 個(gè)，并用C21 至C22 來(lái)區(qū)分；通風(fēng)設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)層則有1 個(gè)，用C31 來(lái)區(qū)分；而消防設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)層則有8 個(gè)，并用C41 至C48 來(lái)區(qū)分；至于監(jiān)控設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)層則有13 個(gè)。C51 到C513 的區(qū)域都被單獨(dú)標(biāo)記出來(lái)。如圖1 所示。

圖1 高速公路隧道機(jī)電設(shè)施技術(shù)狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系圖

2 工程概況

婁山關(guān)隧道坐落在G75 蘭海高速K1177+095 的交界點(diǎn)，起始于南溪村楊家灣的大沽山北坡，一直延伸至大婁山脈，而隧道的終點(diǎn)則設(shè)立在桐梓縣造紙廠的右側(cè)的國(guó)道旁。婁山關(guān)隧道對(duì)G75 蘭海高速崇遵段起著關(guān)鍵的聯(lián)絡(luò)作用。2005 年12 月，隧道竣工并開(kāi)通使用。隧道所在的地區(qū)位于黔北大婁山地區(qū)，冬季溫度適宜，夏季溫度適宜，氣候特征顯著，氣溫隨著天氣變化和晝夜溫差較大。婁山關(guān)隧道的右側(cè)全長(zhǎng)1925 米，而左側(cè)全長(zhǎng)1970 米，其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是四車道的雙向通行；隧道凈空7 米，而且路面的寬度是10 米。在隧道中，共有2 個(gè)供汽車通過(guò)的橫洞，3 個(gè)供行人通過(guò)的橫洞。此外，在左側(cè)和右側(cè)的隧道里，還各自配備了2 個(gè)應(yīng)急停車區(qū)。隧道總共配備了1096 盞照明器材，8 臺(tái)射流風(fēng)扇，26 條監(jiān)測(cè)視線。同時(shí)還配備了自動(dòng)或者人工的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)、適配的水源滅火系統(tǒng)，以及78 只消防箱。此外配備了緊急求救電話、語(yǔ)音通訊系統(tǒng)以及緊急疏散指示牌等。隧道的建造方法是使用了拱形的結(jié)構(gòu)，常規(guī)部分的空間占地61.378 平方米，拱形的建造方法還使用了噴錨支撐[5]。

3 高速公路隧道機(jī)電設(shè)施技術(shù)狀況綜合評(píng)價(jià)

3.1 綜合評(píng)價(jià)流程

經(jīng)過(guò)詳細(xì)闡述評(píng)估目的之后，開(kāi)始對(duì)高速公路隧道機(jī)電設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，其對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的影響并非等同。通過(guò)采用層次分析法，對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行了深入的分級(jí)研究，并設(shè)定了一套全面評(píng)價(jià)的計(jì)算過(guò)程。其實(shí)施步驟如圖2。

圖2 綜合評(píng)價(jià)值計(jì)算流程圖

3.2 確定指標(biāo)權(quán)重

3.2.1 構(gòu)造判斷矩陣

利用專家調(diào)查問(wèn)卷，獲取了各個(gè)子部門和子項(xiàng)目的詳盡權(quán)重評(píng)分表，經(jīng)過(guò)去除最高和最低的得分得到平均數(shù)，這樣就能夠得到與指標(biāo)體系相匹配的權(quán)重。以子部門設(shè)備為例，如表1。

表1 專家評(píng)分表

3.2.2 應(yīng)用模糊評(píng)價(jià)法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)

婁山關(guān)隧道評(píng)價(jià)等級(jí)如表2 所示。

表2 婁山關(guān)隧道評(píng)價(jià)等級(jí)

3.2.3 評(píng)價(jià)結(jié)果分析及整改措施

如表2 所示，“良好”的評(píng)價(jià)在全體系統(tǒng)中占有重要地位。具體來(lái)說(shuō)，供電、照明和消防設(shè)備的情況分別達(dá)到了0.4481、0.4122 和0.3317，都在“良好”的范圍內(nèi)，這意味著婁山關(guān)隧道自啟動(dòng)運(yùn)營(yíng)至今，三項(xiàng)設(shè)備的技術(shù)性能都非常優(yōu)秀。根據(jù)實(shí)際操作中的年度機(jī)電保養(yǎng)花費(fèi)、保養(yǎng)頻率以及機(jī)電特定項(xiàng)目緊急修復(fù)的頻率，消防設(shè)備占比較大，其次是照明設(shè)備，而最后的花費(fèi)和緊急修復(fù)頻率則是供電設(shè)備，這與預(yù)期的計(jì)算結(jié)果一致。根據(jù)測(cè)量，通風(fēng)、監(jiān)控和通信三種設(shè)備的狀態(tài)均達(dá)到了0.6128 和0.3947，屬于“一般”的水平。盡管在日常操作過(guò)程中，通風(fēng)設(shè)備的維護(hù)頻次不是很頻繁，然而其維護(hù)成本卻比其他設(shè)備要高。而監(jiān)控和通信設(shè)備的每一次的機(jī)電設(shè)施保養(yǎng)成本雖然不是很大，但頻繁度卻很高。通過(guò)使用最大隸屬度的方式來(lái)對(duì)整體的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行全面的解讀，然后按照這個(gè)順序，依照不同種類的設(shè)備的真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)，將其總體評(píng)定為“一般”的程度，具體數(shù)值是0.3541。所以，婁山關(guān)隧道的評(píng)定等級(jí)是“一般”[6]。

在使用加權(quán)平均法的情況下， 選擇 V =（35，45，65，85，95），可以得出供電設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)是72.439，照明設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)是81.497，通風(fēng)設(shè)備的數(shù)據(jù)是81.564，消防設(shè)備的數(shù)據(jù)是75.6335，而監(jiān)控和通訊設(shè)備的數(shù)據(jù)是76.551，綜合評(píng)價(jià)是76.105，這表示該隧道的技術(shù)情況較好。

為了更有效地管理高速公路隧道的機(jī)電設(shè)施，同時(shí)也為高速公路的運(yùn)營(yíng)者帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)收益，本文依據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果提出在以下幾個(gè)層面上對(duì)于隧道機(jī)電設(shè)施進(jìn)行深度的管理和增強(qiáng)：

①在全面借鑒了我國(guó)各個(gè)省份以及海外的高速公路隧道機(jī)電設(shè)施保養(yǎng)與修復(fù)的技術(shù)與策略后，找到符合喀斯特地形、眾多的山脈與隧道的具體管理策略，能夠有效地整合各種信息，使之成為一個(gè)完整的、標(biāo)準(zhǔn)的高速公路隧道機(jī)電設(shè)施的保養(yǎng)與修復(fù)的全面管理體系。

②根據(jù)該隧道的具體狀況，需要增強(qiáng)對(duì)隧道運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)成員的專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐技巧的教育，構(gòu)建基于運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)的高速公路隧道的各種應(yīng)急計(jì)劃，同時(shí)也需要根據(jù)隧道管理部門例如橋梁隧道站的各種緊急事件的處理計(jì)劃；遵循“安全優(yōu)先、防范優(yōu)先、綜合治理”的準(zhǔn)則，需要加大安全檢查力度，逐漸優(yōu)化并修改各種緊急救援機(jī)制和協(xié)同工作。

4 結(jié)論

本文對(duì)高速公路隧道的機(jī)電設(shè)施進(jìn)行了全面的探討和分析，機(jī)電設(shè)施主要由五大部分組成，包括供電、通風(fēng)、照明、消防、監(jiān)控和通信。通過(guò)層次分析法研究婁山關(guān)隧道機(jī)電設(shè)施技術(shù)狀況，據(jù)此提出優(yōu)化婁山關(guān)隧道機(jī)電設(shè)施管理優(yōu)化策略。