高速公路機電設施運營期養護質量評價方法研究

周曉旭，王玉強，白 磊

（1.山西省交通科技研發有限公司，山西 太原 030032；2.運城南高速公路分公司，山西 運城 044031；3.山西省交通建設工程質量檢測中心（有限公司），山西 太原 030032）

0 引言

我國公路建設發展迅速，公路里程持續增長，截至2018年底，全國高速公路里程達到14 萬km，公路路網布局日趨合理，公路技術等級和路面等級進一步提高，公路機電設施進一步完善，與此同時，機電設施在高速公路通車后運營管理過程中的作用也日益顯著[1-2]。

目前，交通運輸部對于建設期高速公路機電工程交竣工質量的檢驗評定已經頒布了《公路工程質量檢驗評定標準（第二冊 機電工程）》（JTG F80/2—2004）；對于運營期的機電設施，2005年和2009年頒布了《公路機電設施維護技術指南》和《公路養護技術規范》（JTG H10—2009），為公路機電設施良好的運營狀況提供了技術指導，而這些標準規范更多側重于設備完好情況和設備養護的具體要求[2]，但對于運營期設備是否穩定運行、設備壽命、養護工作情況是否落實等方面沒有具體說明和規定。

另外，運營和管理單位對于機電設施運營期養護要求更多體現在宏觀層面，常規意義上的故障更多的是指系統功能的喪失[2-4]，對于營運過程中各類設備必然會出現的性能指標衰減和可靠性下降的情況，則較少評價，但機電設施在性能、可靠性等方面的技術狀況在實際工作中對于高速公路運營管理又發揮著非常重要的作用[5-6]。

因此，隨著社會公眾對于高速公路服務要求的提高，行業監管單位和管養單位需要全面掌握機電設施的技術狀況、健康狀態、養護管理和使用壽命等情況，用最優性價比維護費用投入來保障高速公路機電設施的健康、可靠運行。因此，研究一套科學的高速公路機電設施運營期養護質量評價方法來輔助管養決策就顯得更加緊迫和重要。

1 目標分析

本文根據高速公路機電設施的運營特點和管理實際需求，結合運營管理過程中存在的問題，通過獲取高速公路機電設施各子系統使用性能的表征參數、壽命、故障、日常養護等信息，開展適用于高速公路機電設施運營期的運行狀態檢測和評價方法的研究工作，利用數學、計算機、統計等科學方法，確定機電設施運營期相關設備使用性能和管理等方面的評價指標，以及各個指標評價分項閾值，提出高效、可行的便于運管單位實際操作的機電設施運營期養護質量評價方法，并應用于高速公路機電設施的日常管理和養護，進一步為機電設施運營期養護質量評價體系的科學創建提供重要的技術參考。

2 研究路線

高速公路機電設施涉及的系統結構復雜，種類繁多，設備眾多，各系統間都有一定的聯系和交織，而研究內容又涉及運營管理、養護、檢測、工程等方面內容，屬于多對象多參數的研究問題。圖1為本文高速公路機電設施運營期養護質量評價方法的研究路線。

圖1 機電設施運營期養護質量評價方法研究路線

2.1 調查研究

通過文獻檢索、現場調研、理論分析等手段，對高速公路機電設施所涉及的標準、規范、論文、著作、歷史數據、管理制度、養護資料、技術文件等相關資料進行調查研究，獲取國內外高速公路機電設施養護相關技術資料，為高速公路機電設施運營期養護質量評價方法的科學研究提供數據和技術支撐。

2.2 質量評價指標選取

根據現行交通機電標準規范、高速公路機電設施運營和養護實際管理情況、設備關鍵技術參數、歷史數據，以及日常維護、定期維護、定期檢查等內容，獲取能夠表征高速公路機電設施運營期使用性能特征參數，進一步提取和篩選能夠表征高速公路機電設施運營期使用性能的養護指標和技術評定指標，為評價方法提供基礎指標層。

2.3 評價體系架構設計和評價方法

參照現行使用的標準規范的體系架構，對質量評價指標層進行分類梳理，以指標測試方法、效率、養護成本等為約束條件，確定評價分項分類，并按指標層、分項工程、分部工程、單位工程由小到大的層次結構，構建高速公路機電設施評價的結構體系，進一步研究高速公路運營期機電設施養護質量評價方法。

2.4 評價指標和方法驗證及優化

將評價方法應用于運營高速公路進行實體工程項目的試驗驗證，在保障樣本數量基礎上，設置高速公路機電設施養護管理實際可接受水平、各養護質量評價指標和權重最優值，進一步修訂或優化評價方法體系。

3 評價方法研究

高速公路機電設施運營期養護質量評價方法研究的基本思路是：以指標數值量化為核心，評價結果以數值直觀呈現。

具體實施：根據高速公路運營期運維管理需求和設備技術指標狀況，按養護管理、外觀質量、技術指標、壽命評價、故障統計5 個評價分項，綜合運用分類、歸納、分析、歸一、數量統計等手段，確定運營期養護質量評價方法的分項指標、指標權重、計算方法等，其中，指標權重以標準規范、專家咨詢、論證會、調查問卷等方式進行確定。

3.1 管理維護分項

管理維護分項是用來表征高速公路機電設施運管單位管理和養護效率的評價指標，可直接反映運管單位機電設施運營期的管理水平。該指標以日常維護、定期維護和定期檢測的日常記錄為依據，通過對設備管理維護的記錄進行指標化和評價數值量化處理，并根據重要程度分配各個評價指標的量化權重，通過評價值計算方法分別得到單個設備和分項工程的評價得分。

單個設備管理維護評價值計算方法如式（1）所示；總體管理維護分項評價值是在單個設備評分基礎上，采用累加平均值作為總體評價結果，計算方法如式（2）所示。

式中：PMEi為單個設備管理維護評價值得分；PDMi為單個設備日常維護指標得分；VDMi為單個設備日常維護指標權重值；PRMi為單個設備定期維護指標得分；VRMi為單個設備定期維護指標權重值；PRTi為單個設備定期檢測指標得分；VRTi為單個設備定期檢測指標權重值；N 為設備數量；PME為總體管理維護分項評價值。

3.2 外觀質量分項

外觀質量分項是用來表征高速公路機電設施運營期防腐和老化等外在質量狀況的評價指標。該指標通過觀察和必要的量測對設備外觀整齊度、設備穩定性、牢固程度、劃傷、刻痕、剝落、銹蝕等情況進行指標化和量化處理，確定合格判定閾值，并將設備外觀指標化的最低值作為合格判斷的最終得分。

單個設備的外觀質量評價值計算方法如式（3）所示，總體外觀質量分項評價值在單個設備評分基礎上，采用累加平均值作為總體評價結果，計算方法如式（4）所示。

式中：PAPi為單個設備外觀質量評價值得分；PINi為單個設備牢固程度指標得分；PRUi為單個設備銹蝕程度指標得分；PSCi為單個設備外觀劃傷程度指標得分；PCPi為單個設備防腐指標得分；N 為設備數量；PAP為總體外觀質量分項評價值。

3.3 技術指標分項

技術指標分項是用來表征高速公路機電設施運營期實際性能狀況的評價指標，該指標以機電設施可用儀器設備實測的具體指標參數為評價基礎，通過對實測指標進行數值量化，根據重要程度分配各個評價指標的量化權重，但對于可決定機電設備功能的關鍵性指標可直接判定設備功能喪失與否。

單個設備技術指標評價值計算方法如式（5）所示，總體技術指標分項評價值在單個設備評分基礎上，采用累加平均值作為總體評價結果，計算方法如式（6）所示。

式中：PTEi為單個設備技術指標評價值得分；PKTi為單個設備關鍵指標判定，取值0 和1；PGTi為單個設備技術指標得分；VGTi為單個設備技術實測得分；NGTi為單個設備技術實測權重值；N 為設備數量；PTE為總體技術指標分項評價值。

3.4 壽命評價分項

壽命評價分項是用來表征高速公路運營期機電設施服役壽命狀況的評價指標。該指標通過將不同機電設備的使用壽命或使用次數等反映壽命狀況的指標進行歸一化處理，得到統一評價標準來對壽命狀況進行評價，本指標評價確定的難點是需要獲取各類機電設施一般使用壽命或使用次數等。

單個設備壽命評價值計算方法如式（7）所示，總體壽命評價分項評價值在單個設備評分基礎上，采用累加平均值作為總體評價結果，計算方法如式（8）所示。

其中：PLEi為單個設備壽命評價值得分；LCLi為單個設備使用壽命（時間、次數等）；LTHi為單個設備壽命參考閾值；N 為設備數量；PLE為總體壽命評價分項評價值。

3.5 故障統計分項

故障統計分項是用來表征高速公路在用機電設施實際使用狀況的評價指標，通過機電設施的故障情況反映故障發生頻率較高的設備和品牌，為高速公路機電設備運營期養護和更新報廢提供決策依據。進一步，可制訂機電設備廠家的黑白名單，提高機電設備準入門檻，促進高速公路機電設施整體質量水平的提升。本指標的判定閾值以年為單位的一般設備故障發生的頻次為基準。

單個設備故障統計分項評價值計算方法如式（9）所示，總體故障統計分項評價值在單個設備評分基礎上，采用累加平均值作為總體評價結果，計算方法如式（10）所示。

式中：PFSi為單個設備故障統計評價值得分；NFi為單個設備一定時間間隔范圍內的故障數量；TY為時間間隔，以年為單位；NTNi為單個設備一般故障發生頻次參考閾值；N 為設備數量；PFS為總體故障統計分項評價值。

4 結論

本文從高速公路機電設施運營期養護需求出發，面對機電系統結構復雜、設備種類繁多、運營維護需求多元等實際狀況，綜合運用分類、歸納、分析、歸一、數量統計等手段開展多參數多對象的探索性研究工作，并提出了一種面向高速公路機電設施運營期養護質量的數值量化評價方法，通過將管理、運營、外觀、技術等方面的內容指標化、數值化，以評分的方式將機電設施運營期質量情況直觀地呈現給管理和養護人員，指導其機電設備日常管理和養護。另外，本文評價方法已在運城南高速公路分公司進行了一定試驗性的應用和實施，取得了一定的研究結果。隨著研究的不斷深入和應用實施，評價方法還需進一步調整、完善和優化。