高速公路机电设施技术状况评定方法探究

志京峰

（中咨公路养护检测技术有限公司，北京 100000）

1 研究背景

高速公路在促进经济社会发展， 提高国民经济收入以及推进城市化建设进程等方面扮演着十分重要的角色， 高速公路是全国各个城市地区经济与文化交流重要的陆路通道。 随着近些年国内高速公路的跨越式发展， 庞大的高速公路路网逐渐形成，高速公路早已与汽车绑定，成为人们交通出行的必需品，而高速公路在极大地满足人们出行便利的同时，也带来了诸多的问题和挑战。

全天候不间断运行是高速公路主要的运营特点， 一般情况下不得出现随意关停的现象。 这就对高速公路机电设施的安全运行提出了巨大的挑战， 要求机电设施必须始终保持在良好的工作状态下。 尽管如此， 随着高速公路使用年限的增加，机电设施也随之出现了老化、磨损等问题，自身的性能出现了明显的下降趋势， 给司乘人员的人身安全埋下了巨大的隐患。 因此，如何做到对高速公路机电设施的维护与保养工作显得至关重要。 鉴于目前国家未出台相应的高速公路机电设施技术状况评定标准， 本文在研究广东省交通集团有限公司颁布的企业标准Q/JTJT 003—2017 《高速公路机电设施养护及技术状况评定标准》[1]的基础上，增加了对设备使用寿命和管养单位管养水平的考虑，提出了一种更加科学、严谨的设备技术状况算法模型，这种算法模型在客观、真实地反映机电设备运行状况的同时， 可预测出在未来一段时间内设备的可靠性，为管养单位提高设备管理水平、实施合理的科学决策、取得较好的经济效益，提供重要依据。

2 机电系统技术状况评定思路

本评定方法结合现场实际检测数据， 结合管养单位的日常养护情况， 采用德尔菲法和决策树来评价高速公路机电设备的技术状况，进而评估机电系统各级分项工程、分部工程的技术状况，最终得到机电系统的整体技术状况。

要分析机电系统的技术状况， 其主要是由各分项工程设备的功能检测完好率、成新率和养护状况决定。 因此，评价方法的整体研究思路如下：

（1）依据现有的标准、规范做支撑，确定设备完好率的计算公式；（2）设计设备成新率的有效计算公式；（3）设计设备技术状况的有效计算公式；（4）通过设备的完好率、成新率、养护状况与设备技术状况之间的关系，建立对应的权值关系表，计算设备的技术状况；（5）确定机电系统整体评价算法，评价机电系统的整体状况，完成机电系统运营状况的综合评价[2]。

3 设备技术状况评定模型

按照系统工程理论，评定高速公路机电设施技术状况，需要充分了解设备在给定的运行条件下和规定的时间内充分执行其预期功能的概率。 对于高速公路机电设施来说，可通过对其技术参数的检测判断机电设施的运行状态， 进而反映其运行状态的可靠性。 设备技术状况评定模型如图1 所示。

图1 设备技术状况评定模型

1）影响机电设施技术状况的主要因素：完好率、成新率和养护情况。

2）设备完好率：设备完好率指的是设施在运行状态中结构和功能未发生故障的项次数量占总数量之比，根据设备完好率可准确判断设备当前所处的完好程度，其主要是设备在已使用期间可正常使用的概率，计算依据实地检测得到的检测数据。

3）设备成新率：设备成新率指的是设备的使用年数与设备使用年限的比值，表征设备整体所处的状态，可以影响设施在未来时期内运行的可靠性。

4）设备养护状况：通过现场检查设备的外观质量，了解管养单位的日常养护水平，评定设备的养护情况，能够更加准确地对设备进行评价。

5）通过成新率、完好率、养护状况与设备技术状况之间的关系，得到设备的技术状况。

4 设备技术状况评定模型的设计和说明

4.1 设备完好率

设备完好率按照标准中规定的检测项目结果进行评定，符合要求为合格，否则为不合格，按式（1）计算出设备完好率：

4.2 设备成新率

设备的使用寿命是指设备从开始使用到出现了不可修复的故障或不可接受的故障率时所用的时间，所以一般机电的设备寿命都以设备的故障情况而决定。人们经常用到的浴盆曲线，就是根据损耗期故障率曲线的上升点来确定其使用寿命的。

但是对高速公路机电设备而言，由于其种类繁多，很多设备没有占支配地位的损耗型故障模式， 即没有明显的损耗故障期，因此，不能单凭故障率来确定其使用寿命。 所以将设备的寿命划分为物理寿命、经济寿命和技术寿命，从3 个不同的角度综合考虑设备的寿命。

物理寿命是指设备以全新的状态投入使用开始， 经过有形磨损， 直至技术性能上丧失原有用途不能继续使用为止所经历的时间； 经济寿命是指设备从投入使用到因经济不合理而退出使用所历经的时间。 如由于设备老化，需花费高额的维修费用来维持设备继续使用而造成的经济不合理。 技术寿命是指设备从投入使用到因技术进步而使其丧失使用价值所经历的时间。 据研究计算，高速公路机电设备的最优使用寿命为7.6 年[2]，则可按式（2）计算出设备成新率：

当设备使用年限大于或等于7.6 年时，设备成新率为0。

4.3 养护状况

设备养护状况，依据规范要求，对设备基础、支撑立柱、机箱外观、机箱内部检修与清扫等方面进行检查，发现外观缺陷进行相应的减分。

4.4 设备技术状况评定

利用德尔菲法，对设备技术状况评定中，设备完好率、设备成新率、设备养护状况所占比值进行预测。 将预测的目的、要求匿名交给各相关专家，征得专家们的意见之后，进行整理、归纳、统计。 然后将整理结果再次匿名反馈给各专家，再次征求意见，再集中，再反馈，如此反复，直至得到一致的意见。 根据最终的预测结果，建立设备完好率、成新率、养护状况与设备技术状况之间的对应权值关系。完好率∶成新率∶养护状况=0.85∶0.10∶0.05，则设备完好率、成新率得分可由式（3）、式（4）表示：

根据对应的权值关系，养护状况得分最高为5.0 分，发现外观缺陷进行相应的减分，则设备养护状况可用式（5）表式：

综上，按式（6）计算出单个设备的技术状况得分：

5 设备技术状况计算过程示例

甘肃省某高速公路2020 年开始通车运营，下面结合《高速公路机电设施养护及技术状况评定标准》，以监控设施闭路电视监视系统某一设备为例展示设备技术状况的计算方法。

设备完好率计算如表1 所示。

表1 设备检测项目结果统计表

设备完好率计算：

设备成新率计算：

据研究计算，高速公路机电设备的最优使用寿命为7.6年，本项目高速公路已通车使用了2 年，则它的成新率计算为：

根据式（3）、式（4），分别计算该设备完好率、设备成新率得分：

设备养护状况得分计算：

依据标准规定，对外观质量进行检测，可得到管养单位对该设备的养护状况。

外观质量鉴定： 检查设备存在机箱内部有尘土、 标识不清、设备未绑扎固定现象，每处扣0.4 分，可根据式（5）得到该设备养护状况得分：

该设备技术状况得分计算：

根据式（6），计算该设备的技术状况得分：

则该设备技术状况得分为96.17。

6 机电系统技术状况评定

根据现场检测计算出的每个设备的技术状况得分， 根据式（7）～式（9），可以得到机电系统各分项工程、分部工程及机电系统得分。

机电系统技术状况等级划分为优、良、中、差4 个等级，按表2 规定的标准确定[3]。

表2 机电系统技术状况评定标准划分表

7 结语

本文结合广东省交通集团有限公司颁布的企业标准Q/JTJT 003—2017， 在未来一段时间内将机电系统的可靠性、管养单位的管养水平等影响因素， 加入机电系统定期检测评定中，引入了设备成新率、设备养护状况的概念，进而提出了一种更科学、更精确的高速公路机电系统技术状况评定方法，可作为高速公路运营管养、定期检测工作的参考。