基于MLR的高速公路隧道机电系统状况评价

摘 要：本文基于多元线性回归（MLR）方法，设计了一种评价高速公路隧道机电系统技术状况的模型。采用逐级递进的方法对隧道机电系统技术状况进行综合评价，并结合工程实例进行应用分析。研究结果表明，该隧道机电系统处于良好的运行状态，综合技术状况基本达标，计算结果与实测数据基本相近，该评价模型可以有效反映隧道机电系统综合技术状况。

关键词：MLR；高速公路隧道；机电系统

中图分类号： U 45" 文献标志码：A

高速公路隧道机电系统是保障隧道安全运行的重要组成部分。随着技术的不断进步，隧道机电设备的功能也越来越复杂，对系统的技术状况进行评价成为必要的工作[1]。然而，目前缺乏一种全面、客观的评价方法。因此，本文基于MLR方法，设计了一种评价模型，旨在提供一种系统性、科学性的评价方式，为改进和优化隧道机电系统提供参考。

1 高速公路隧道机电系统技术状况评价指标构建

1.1 构建原则

在创建评价体系前，先要考虑清楚评价体系的设计理念和推行方式。在创建隧道机电系统指标体系环节中，需要遵循以下原则。①系统化标准：评价体系应当具备全方位、系统的特性，包括隧道机电系统的各领域，保证评估结果的全方位性和准确性。②科学性原则：评价指标体系应当根据科学合理理论与实际工作经验，体现出隧道机电系统的真实情况。选用科学方法和数据智能分析，保证评估结果的科学性和稳定性。③可执行性标准：评价指标体系应当具备可执行性，即通过数据采集与分析进行计算和评估。评价指标体系计算方法应当简洁明了，便于执行。④定量研究标准：评价指标体系应该进行定量研究，即通过指标取值和趋势分析来体现隧道机电系统的技术状态，便于工作人员进行评价和分析判断。

针对隧道机电系统设备可靠性、子系统有效度和整体有效度这3个评价指标体系，采取多元回归法进行建模。根据收集和分析大量实际数据，形成隧道机电系统评价指标体系，用以评价体系的技术状态。

须采用逐步递进的方式评价隧道机电系统技术状况。首先，对每个分系统进行评价，其次，将子系统的评估结果加在一起，获得全面的评估结果，最后，对系统的技术状态进行全方位评估。

1.2 评价体系

系统层针对所有系统的整体有效度进行评价，子系统主要针对通风系统、照明系统、消防系统、交通控制与诱导系统以及闭路电视监视系统进行有效度评价。在系统层评价中，综合考虑各子系统的运行状况和性能指标以及它们对整体系统的贡献程度，以此来评估整个系统的有效度。

2 基于MLR的高速公路隧道机电系统综合评价模型

2.1 设备可靠性评价模型

设备可靠性评价模型是基于多元线性回归（Multiple Linear Regression， MLR）的一种方法，用于评估高速公路隧道机电系统的可靠性[2]。在设备可靠性评价模型中，选择一系列与机电系统可靠性相关的因素作为自变量，例如设备年限、维护次数、维护质量等[3]。对这些因素进行数据收集和统计分析，建立多元线性回归模型，从而预测机电系统的可靠性指标。通过建立高速公路隧道机电设备评价指标模型，分别对以下几个方面进行可靠性评价，如图1所示。

机电设备完好率评价：完好率是指设备在一定时间内正常运行的比例。当评价机电设备完好率时，建立一个评价指标模型，考虑因素如设备故障次数、修复时间、维护质量等。通过收集这些数据，采用适当的统计方法，建立多元线性回归模型，从而预测机电设备的完好率。计算检测项目完好率如公式（1）所示。

W1=Q111·W11+Q112·W12+...+Q11n·W1n （1）

计算机电设备完好率如公式（2）所示。

W=Q11·W1+Q12·W2+...+Q1n·Wn （2）

机电设备成新率评价：成新率就是指设备运行时长与其工作寿命比例。影响机械设备成新率的影响因素比较多，包括机器设备期限、维护保养频次、维护保养质量等。建立一个评价指标体系实体模型，通过收集因素的信息和多元回归方式，预测分析机械设备的成新率。计算机械设备成新率如公式（3）所示。

（3）

影响机电设备完好率的检测项目评价：当评价机电设备完好率时，考虑到不同的检验项目对可利用率的影响程度不同。因此，根据每个检验项目建立一个评价指标体系实体模型，参考标准如检验工作频率、检验精确性等，并通过适度的统计分析方法，预测分析每个检验项目对机电设备完好率产生的影响。计算机械设备稳定性如公式（4）所示。

K=Q1·W+Q2·C （4）

影响机电设备成新率的年限比值评价：年限比值是指机器设备具体使用期限与其工作寿命比例。当评价机械设备成新率时，建立一个评价指标体系实体模型，参考标准如设备期限、维护保养频次、维护保养质量等，并通过多元回归方式，预测分析期限比率对机械设备成新率产生的影响。

影响检测项目的检测子项评价：当评价影响检验项目的影响因素时，进一步细化为检验子项目。建立一个评价指标体系实体模型，参考标准如检验项目的重要性、检验精确性等，并通过适度的统计分析方法，预测分析每个检验子项目对检验项目产生的影响。

2.2 子系统有效度评价模型

子系统有效度评价模型从以下3个方面进行考虑。①评价因素包括子系统本身的使用功能状况以及与之对应的机电设备的运行状态。通过考察子系统的工作效率、工作稳定性、故障率等指标来评估子系统的使用功能状况，同时也要考虑机电设备的可靠性，包括设备的完好率、成新率等指标。对这些因素进行综合评价，确定子系统的有效度[4]。②子系统使用功能状况的检测项目和相关机电设备的可靠性：评价因素包括用于检测子系统使用功能状况的检测项目以及相关机电设备的可靠性。检测项目包括对子系统各功能模块进行检测，例如对传感器、执行器、控制器等进行检测。同时，还要考虑相关机电设备的可靠性，包括设备的完好率、成新率等指标。对这些检测项目和机电设备可靠性进行综合评价，确定子系统的有效度。③评价因素包括子系统功能使用状况检测项目的检测子项。这些检测子项包括对子系统各功能模块进行具体检测，例如对传感器的灵敏度、执行器的响应速度、控制器的稳定性等进行检测。通过综合评价这些检测子项，更准确地评估子系统的有效度。公路机电系统子系统有效度模型，如图2所示。

机电设备的可靠性如公式（5）所示。

（5）

功能检测结果完好率如公式（6）所示。

（6）

检测项目i的完好率如公式（7）所示。

（7）

式中：Mi为与机电系统功能状况相关的设备i的可靠性；L1i为相关机电设备i的权值；L为功能检测结果完好率；Li为检测项目i的完好率；Lij为检测项目i的第j个检测子项的完好率。

计算最终高速公路隧道机电系统子系统有效度如公式（8）所示。

Y=M×L1+N×L2 （8）

式中：Y为隧道机电系统子系统年限；L1为相关设备对应权值；L2为功能检测项目对应权值。

2.3 整体有效度评价模型

根据规范要求，隧道机电系统的子系统权值相加应等于1。每个子系统在隧道机电系统整体有效度中所占的比例应该相加等于1[5]。具体来说，L1表示第一个子系统相对于整体有效度的权值，L2表示第二个子系统相对于整体有效度的权值，以此类推，Lm表示第m个子系统相对于整体有效度的权值。通过将所有子系统的权值相加，得到整体有效度等于1的结果。这样的设计能保证各子系统在隧道机电系统中的重要性和贡献度平衡，从而保证整个系统能正常运行和维护。系统有效度的计算过程如公式（9）所示。

（9）

式中：Li相关设备对应权值。

3 系统应用分析

3.1 案例介绍

本文以某一中长隧道为例，对其高速公路隧道机电系统整体有效度进行验证分析。该隧道全长为7654.8m，车道设计为单向行车，最高车速限制为80km/h。

针对每个子系统功能，使用设备可靠性评价模型进行监测。首先，该模型对设备的故障率、维修时间和故障对系统功能的影响等因素进行评估，以确定每个子系统的可靠性水平。其次，使用子系统有效度模型对每个子系统的有效度进行评估。该模型对子系统的性能指标、功能要求和使用效果等因素进行评价，以确定每个子系统相对于整体系统的贡献度和重要性。再次，结合监测数据和专家法，确定每个子系统的权值。监测数据提供子系统的运行状态和性能表现，而专家法根据专家的经验和知识，对各子系统的重要性进行定量评估。最后，使用整体有效度模型，将每个子系统的有效度与权值相乘，并将结果相加，得到高速公路隧道机电系统的整体有效度。该模型综合考虑了每个子系统的贡献度和重要性，以评估和衡量整个系统的技术状况和性能水平。

3.2 结果分析

表1中包括了3个级别的专家分类，分别是Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。Ⅰ类专家包括隧道机电设备专家、隧道设备负责人、机电设计负责人和隧道安全负责人，权重为0.5，表示他们的意见和评估在整体决策中具有较高的重要性，Ⅰ类专家共有20人。Ⅱ类专家包括高级职称机电科研人员、高级职称机电技术人员和高级职称机电设计人员，权重为0.3，表示他们的意见和评估在整体决策中具有中等的重要性，Ⅱ类专家共有15人。Ⅲ类专家包括中级职称机电科研人员、中级职称机电技术人员和中级职称机电设计人员，权重为0.2，表示他们的意见和评估在整体决策中具有较低的重要性，Ⅲ类专家共有10人。采用专家法确定子系统权值（专家分类及权重见表1）。

对隧道机电系统综合技术状况进行综合评价，得到该隧道机电系统整体有效度，见表2。该隧道机电系统综合技术状况良好，子系统有效度大多超过0.6，表明该隧道机电设备比较完善且机电系统运行状态比较好。通风功能、照明功能、消防功能、交通控制与诱导功能、闭路电视监控功能和接地防雷功能的有效度均超过0.6，表示这些子系统在维持隧道安全和顺畅运行方面具有良好的性能。然而，通信功能和紧急电话及广播功能的有效度相对较低，未达到0.6，说明该隧道机电系统在获取和传递信息方面存在一些缺陷。这会对应急情况处理和隧道内部的信息交流造成一定的影响，需要进一步改进和优化这些子系统的功能。综合来看，隧道机电系统整体有效度为72.6%。该隧道机电系统在各子系统功能上的表现和贡献度较高，整体运行状态良好。但后续仍然需要优化通信功能和紧急电话及广播功能，以进一步提高整个系统的综合性能。

该隧道机电系统处于良好的运行状态，综合技术状况基本达标。通过进一步改进和优化通信功能和紧急电话及广播功能，可以进一步提高隧道机电系统的整体效能和保障安全性。

4 结语

本文设计了一种基于MLR的高速公路隧道机电系统技术状况评价模型，对系统各项指标数据进行回归分析，计算各子系统功能的有效度，并得出整体有效度。通过该模型，可以客观地评估隧道机电系统的技术状况，为改进和优化系统提供依据。然而，本文提出的模型仍有局限性，须进一步研究和改进指标权值确定和模型适用性等。期望本研究能为后续隧道机电系统的评价和改进提供一定参考和指导。

参考文献

[1] 林忆谛.高速公路隧道机电系统的管养研究[J].运输经理世界，2022（10）：143-145.

[2] 杨明.高速公路隧道机电系统养护管理与技术的创新研究[J].中国科技期刊数据库 工业A，2023（8）：183-186.

[3] 聂鑫山.高速公路隧道机电消防系统工程建设[J].水上安全，2023（6）：88-90.

[4] 上官燕洪.高速公路隧道机电安装施工技术措施研究分析[J].中国设备工程，2022（19）：222-224.

[5] 石雷.高速公路隧道机电系统安装施工技术[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术，2022（7）：124-126.