淺析高速公路機電設施的運行與維護

柳 力

引言

對于交通工程而言，高速公路機電系統屬于基礎的管理設施，高速公路機電系統不僅能夠有效促進高速公路運輸業的穩定發展，同時，還能保障高速公路的運輸安全等。本文探討高速公路機電設施的定義、分類、現狀、運行、維護、運行管理與故障診斷，以及安全管理與應急措施。希望為高速公路機電設施的運行與維護提供一定的參考和指導。

一、高速公路機電設施的概述

（一）高速公路機電設施的定義

高速公路機電設施是指在高速公路上所涉及的各種機械和電氣設備，用于保證道路運行安全和順暢的關鍵要素。包括收費站設備、路燈照明設施、交通監控設備、隧道排煙設備、千斤頂設備、電子收費系統、供電系統和通信設備、高速公路標志和識別系統（交通指示標志、電子顯示屏、導航系統）、環境監測和治理設施（噪聲監測器、環境污染控制設備）等。

（二）高速公路機電系統的分類

高速公路機電系統由監控系統、通信系統、收費系統、低壓配電設施、照明設施、隧道機電設施組成，如圖1所示。監控系統設施包括監控攝像頭和相關監控設備，用于實時監測交通狀況、安全事件以及交通違法行為。通信系統設施用于實現高速公路與相關機構和用戶之間的信息傳遞和通信。收費系統設施用于實現高速公路的收費和交通流量統計。低壓配電設施用于供給高速公路機電設施的電力需求。照明設施包括路燈和隧道照明系統，用于提供夜間行車的照明和隧道內的照明。隧道機電設施由通風系統、排煙系統、泵站、消防設備等組成，用于保證隧道內的空氣質量、安全以及緊急情況下的滅火等措施。[1]

二、高速公路機電設施的現狀

機電工程屬于高速公路建設中的附屬設施，在高速公路施工管理中經常不被重視，據調查，不同高速公路機電工程投資僅占總投資的1%～3%。高速公路機電市場的變化與政策息息相關，近年來，受取消省界收費站、視頻云聯網等政策驅動，高速公路機電市場迎來新的增長點。高速公路建設逐漸發展，對各項機電系統的引進越來越普遍。當前已經形成以計算機網絡系統、通信系統、多媒體系統、電子系統、消防系統以及供配電系統等共同構建的機電體系。交通信號燈的布局和設計逐漸優化，采用智能化控制系統，能根據交通流量自動調整信號燈的時序，提高交通效率和減少擁堵。高速公路上安裝了大量的監控攝像頭和傳感器，用于實時監測交通狀況、車輛流量和道路安全。逐漸推廣使用電子收費技術，取代傳統的人工收費方式。提高了收費效率，減少了交通堵塞，提升了用戶體驗。高速公路上的照明設施采用LED技術，提供良好的照明效果，提高夜間行車的安全性。高速公路上的通信設備包括無線網絡、應急通信系統等，用于實現車輛之間和車輛與交通管理中心之間的實時通信，提高交通管理效率和應急響應能力。高速公路機電設施的現狀不斷得到改善和升級，通過智能化技術的應用，提高了交通效率和安全性。

三、高速公路機電設施的運行

（一）設備運行監測與數據分析

設備運行監測和數據分析，是高速公路機電設施運行非常重要的環節。通過監測設備運行狀態，以及對數據進行分析，可以及時發現設備在運行中出現的異常現象和故障，以此保障設施的正常運行。其中，設備運行監測與數據分析的做法有設備的監測、數據采集與分析、故障診斷和維修、預防維護和優化等。利用監測系統設施，可以對設備進行實時監測。與此同時，可利用攝像頭來監測設備的運行狀態和環境情況，通過傳感器監測電壓、電流、溫度等參數，對設備的運行狀況進行實時監控。監測設施會不斷通過傳感器、儀表或監控系統采集設備的運行狀態、使用時間、能耗等信息。對采集到的設備運行數據進行分析，可以發現設備的健康狀況和潛在問題。使用數據挖掘和機器學習技術，對設備運行數據進行模式識別和異常檢測，預測設備故障和維護需求。基于數據分析的結果，可以對設備進行故障診斷，并及時采取相應的維護措施。通過分析設備的數據，發現設備的能耗異常增加，可能提示設備存在故障或運行不正常，需要進行檢修或更換設備。對設備運行數據進行分析，根據設備運行數據的分析結果，可以制定合理的維護計劃，預防設備故障和損壞。

（二）維護管理與策略

通過制定全面、科學的維護計劃，定期對高速公路機電設施進行巡檢，以發現潛在的故障和問題。巡檢包括設備運行狀態檢查、連接與固定環境檢查、磨損與老化情況檢查、清潔狀態檢查、警示標志和標示檢查等預防性維護，可以根據設備的使用壽命、設計壽命和制造商的要求進行，并減少設施的損壞和維修成本，及時處理設施的故障和問題，減少對交通的影響和風險。建立緊急響應機制和故障維修團隊，能夠快速響應和解決設施故障，采集設施運行數據，并進行數據分析，發現設施的潛在問題和改進機會。基于數據分析的結果，制定優化措施，提高設施的運行效率。持續對維護人員進行培訓，使其具備維護設備的專業知識和技能。同時建立知識管理系統，通過記錄和分享經驗教訓，提高維護人員的綜合素質和工作能力。與設備供應商、維修服務供應商等建立良好的合作關系，確保設施的正常供應和維修保養。制定合理的合同管理機制，監督和評估服務供應商的績效。高速公路機電設施的運行維護管理需要有系統的規劃和科學的方法，以保證設施的安全運行、延長設施的壽命。

四、高速公路機電設施的維護

（一）日常維護措施

定期對機電設施進行除塵、除污、腐蝕防護，檢查設備的運行狀態、連接是否正常、磨損和老化情況等，確保設備保持良好狀態，定期對機電設施的移動部件進行潤滑維護，根據設備的要求，定期給設備加油、加潤滑劑等保養工作來延長設備的使用壽命。定期檢查設備的電氣連接，確保電氣連接良好，防止因不良接觸導致電氣故障或火災事故。對設備進行巡檢，查看設備運行狀況和環境情況。檢查設備的機械部件是否運轉正常，是否有異常聲音和振動等，根據設備的使用壽命和制造商的要求，定期對設備進行檢修和更換。對磨損嚴重的部件進行維修或更換，對照明設施進行定期檢查和維護，檢查是否有燈泡燒壞、燈桿傾斜等情況，并及時更換損壞的燈泡和修復傾斜的燈桿。及時處理設備的故障和緊急情況，盡快恢復設備的正常運行。建立緊急維修團隊和應急響應機制，快速響應和解決設備故障，減少對交通的影響。建立維護記錄，記錄設備的維護情況、維修和更換記錄。維護過程中需嚴格遵守安全操作規程，避免對設施和人員造成損害。

（二）定期維護計劃

機電設施需根據其使用特點，需要加強日常維護，提升使用性能和綜合作用，確定每個設備的維護頻率，根據設備的類型、特性和制造商的建議進行衡量。明確每次維護所需進行的具體工作內容，維護內容應根據設備的要求和使用情況進行安排，制定詳細的維護操作指南，維護操作指南應明確維護人員的工作要求，建立維護記錄和報告系統，記錄每次維護的具體情況和結果。對維護人員進行培訓，使其掌握維護操作的技能和知識。培訓內容可以包括設備的結構和原理、維護操作指南、安全操作規程等，定期評估維護計劃的執行效果，并根據評估結果進行優化。

五、高速公路機電設施運行管理與故障診斷

（一）設備運行監測與數據分析

高速公路機電設施的設備運行監測與數據分析是指通過使用監測裝置和數據采集系統，實時采集和記錄設備的運行數據，通過數據分析，評估設備的狀態和性能，提前發現故障，避免設備故障對交通安全和通行效率造成不利影響。確定需要監測的設備運行參數，根據設備的特性選擇合適的監測參數。并建立設備運行數據采集和存儲系統，保證實時采集設備運行參數的數據，并對數據進行合理存儲和管理。數據采集設備可以通過有線、無線或互聯網等方式將數據傳輸到數據分析系統。當進行設備運行數據處理和分析時，可以利用專業的數據分析軟件或算法來輔助工作。[2]使用Excel、Python、R等數據處理軟件或者使用SPSS、SAS、STATA等統計分析軟件進行統計分析、回歸分析、變量關系探索。通過對數據的統計、比較和分析，發現設備的異常情況和潛在故障。

（二）故障診斷與維修策略

利用PLC技術可以監測各種傳感器和設備的狀態，通過編程邏輯進行故障診斷。一旦系統出現故障，PLC可以記錄相關的故障代碼和報警信息，指示出具體的故障位置和類型。支持遠程監控和控制功能，通過網絡連接和遠程訪問，實時監視設備狀態、修改參數和執行診斷操作。簡化維修過程，快速定位故障，減少維修時間。記錄設備故障和維修記錄，故障代碼、維修時間和維修方式等，并對這些數據進行統計分析，評估設備的可靠性、維修效率和維修成本。根據設備的特點和故障現象，選擇合適的故障診斷方法，通過設備的外觀檢查、傳感器的數據監測和分析、設備經驗和專家系統的運用等手段，確定故障的類型和原因。使用預防性維修、修復性維修、備件更換和升級改造等措施，預防故障的發生。

六、高速公路機電設施安全管理與應急措施

（一）高速公路智能巡檢管理系統

高速公路智能巡檢管理系統是一種結合傳感器技術、物聯網、大數據分析等技術手段，對高速公路的狀態進行實時監測和評估的系統。該系統通過實時監控和及時響應，可以有效預防和處理突發事故、故障和安全隱患，提高高速公路的通行安全和效率。為了實現高速公路機電設備的智能化，需要先建立一個完善的高速公路智能巡檢管理系統來指導和規范管理行為，從而提高管理效率，確保智能化機電設備的正常運行。高速公路智能巡檢管理系統可分為移動端巡檢系統和桌面端管理系統，如圖2所示。移動端巡檢系統可進行事件上報，巡查點打卡等操作，而桌面端管理系統可以進行人員信息查看，軌跡回放，數據管理等操作。結合巡檢人員的實地巡查，對高速公路設施進行智能化管理和監控。高速公路智能巡檢管理系統的應用能大幅提升巡檢的效率和精度，加強對高速公路設施狀態的監測和管理，提高安全性和運行效率。同時，通過數據分析和智能化的管理，能夠及時發現問題和異常，快速處理并提供數據支持，提升整個運維管理的水平。[3]

圖2 高速公路智能巡檢管理系統

（二）高速公路機電設備智能故障檢修系統

高速公路機電設備智能故障檢修系統是一種利用先進信息技術和智能化技術，對高速公路機電設備的故障進行智能化檢修和管理的系統，如圖3所示。機電設備智能檢測系統綜合管理模塊主要承擔整個檢測系統的管理任務，借助資源管理實現對系統中高速公路機電設備信息的管理。首先，系統通過應用人工智能技術和數據分析算法，對機電設備的故障進行診斷，同時收集和分析設備的傳感器數據，檢測異常和故障，確定可能的故障原因；其次，系統通過數據分析和機器學習等技術，對收集到的數據進行分析和比對，利用故障診斷算法和模型，準確地識別設備故障的類型、特征和位置，并提供準確的診斷結果；最后，系統根據故障診斷結果，為維修人員提供修復策略和指導，并對設備故障、修復歷史和維修記錄進行管理和追蹤，減少人為錯誤和延誤。[4]

結語

高速公路機電設施的運行與維護是保障高速公路安全暢通的重要環節。本文通過對高速公路機電設施的概述，現狀分析和運行管理等方面進行深入探討，可以發現其對高速公路運行和維護具有重要意義。呼吁相關部門和管理機構重視高速公路機電設施運行與維護，加大投入和管理力度，建立完善的設施運維體系，確保設施的持續運行和安全性。同時鼓勵學術界和業界加強合作，共同研究和解決機電設施運行與維護中的技術難題和問題，推動高速公路交通運行的發展和提升。