基于MLR的高速公路隧道機電系統狀況評價

摘 要：本文基于多元線性回歸（MLR）方法，設計了一種評價高速公路隧道機電系統技術狀況的模型。采用逐級遞進的方法對隧道機電系統技術狀況進行綜合評價，并結合工程實例進行應用分析。研究結果表明，該隧道機電系統處于良好的運行狀態，綜合技術狀況基本達標，計算結果與實測數據基本相近，該評價模型可以有效反映隧道機電系統綜合技術狀況。

關鍵詞：MLR；高速公路隧道；機電系統

中圖分類號： U 45" 文獻標志碼：A

高速公路隧道機電系統是保障隧道安全運行的重要組成部分。隨著技術的不斷進步，隧道機電設備的功能也越來越復雜，對系統的技術狀況進行評價成為必要的工作[1]。然而，目前缺乏一種全面、客觀的評價方法。因此，本文基于MLR方法，設計了一種評價模型，旨在提供一種系統性、科學性的評價方式，為改進和優化隧道機電系統提供參考。

1 高速公路隧道機電系統技術狀況評價指標構建

1.1 構建原則

在創建評價體系前，先要考慮清楚評價體系的設計理念和推行方式。在創建隧道機電系統指標體系環節中，需要遵循以下原則。①系統化標準：評價體系應當具備全方位、系統的特性，包括隧道機電系統的各領域，保證評估結果的全方位性和準確性。②科學性原則：評價指標體系應當根據科學合理理論與實際工作經驗，體現出隧道機電系統的真實情況。選用科學方法和數據智能分析，保證評估結果的科學性和穩定性。③可執行性標準：評價指標體系應當具備可執行性，即通過數據采集與分析進行計算和評估。評價指標體系計算方法應當簡潔明了，便于執行。④定量研究標準：評價指標體系應該進行定量研究，即通過指標取值和趨勢分析來體現隧道機電系統的技術狀態，便于工作人員進行評價和分析判斷。

針對隧道機電系統設備可靠性、子系統有效度和整體有效度這3個評價指標體系，采取多元回歸法進行建模。根據收集和分析大量實際數據，形成隧道機電系統評價指標體系，用以評價體系的技術狀態。

須采用逐步遞進的方式評價隧道機電系統技術狀況。首先，對每個分系統進行評價，其次，將子系統的評估結果加在一起，獲得全面的評估結果，最后，對系統的技術狀態進行全方位評估。

1.2 評價體系

系統層針對所有系統的整體有效度進行評價，子系統主要針對通風系統、照明系統、消防系統、交通控制與誘導系統以及閉路電視監視系統進行有效度評價。在系統層評價中，綜合考慮各子系統的運行狀況和性能指標以及它們對整體系統的貢獻程度，以此來評估整個系統的有效度。

2 基于MLR的高速公路隧道機電系統綜合評價模型

2.1 設備可靠性評價模型

設備可靠性評價模型是基于多元線性回歸（Multiple Linear Regression， MLR）的一種方法，用于評估高速公路隧道機電系統的可靠性[2]。在設備可靠性評價模型中，選擇一系列與機電系統可靠性相關的因素作為自變量，例如設備年限、維護次數、維護質量等[3]。對這些因素進行數據收集和統計分析，建立多元線性回歸模型，從而預測機電系統的可靠性指標。通過建立高速公路隧道機電設備評價指標模型，分別對以下幾個方面進行可靠性評價，如圖1所示。

機電設備完好率評價：完好率是指設備在一定時間內正常運行的比例。當評價機電設備完好率時，建立一個評價指標模型，考慮因素如設備故障次數、修復時間、維護質量等。通過收集這些數據，采用適當的統計方法，建立多元線性回歸模型，從而預測機電設備的完好率。計算檢測項目完好率如公式（1）所示。

W1=Q111·W11+Q112·W12+...+Q11n·W1n （1）

計算機電設備完好率如公式（2）所示。

W=Q11·W1+Q12·W2+...+Q1n·Wn （2）

機電設備成新率評價：成新率就是指設備運行時長與其工作壽命比例。影響機械設備成新率的影響因素比較多，包括機器設備期限、維護保養頻次、維護保養質量等。建立一個評價指標體系實體模型，通過收集因素的信息和多元回歸方式，預測分析機械設備的成新率。計算機械設備成新率如公式（3）所示。

（3）

影響機電設備完好率的檢測項目評價：當評價機電設備完好率時，考慮到不同的檢驗項目對可利用率的影響程度不同。因此，根據每個檢驗項目建立一個評價指標體系實體模型，參考標準如檢驗工作頻率、檢驗精確性等，并通過適度的統計分析方法，預測分析每個檢驗項目對機電設備完好率產生的影響。計算機械設備穩定性如公式（4）所示。

K=Q1·W+Q2·C （4）

影響機電設備成新率的年限比值評價：年限比值是指機器設備具體使用期限與其工作壽命比例。當評價機械設備成新率時，建立一個評價指標體系實體模型，參考標準如設備期限、維護保養頻次、維護保養質量等，并通過多元回歸方式，預測分析期限比率對機械設備成新率產生的影響。

影響檢測項目的檢測子項評價：當評價影響檢驗項目的影響因素時，進一步細化為檢驗子項目。建立一個評價指標體系實體模型，參考標準如檢驗項目的重要性、檢驗精確性等，并通過適度的統計分析方法，預測分析每個檢驗子項目對檢驗項目產生的影響。

2.2 子系統有效度評價模型

子系統有效度評價模型從以下3個方面進行考慮。①評價因素包括子系統本身的使用功能狀況以及與之對應的機電設備的運行狀態。通過考察子系統的工作效率、工作穩定性、故障率等指標來評估子系統的使用功能狀況，同時也要考慮機電設備的可靠性，包括設備的完好率、成新率等指標。對這些因素進行綜合評價，確定子系統的有效度[4]。②子系統使用功能狀況的檢測項目和相關機電設備的可靠性：評價因素包括用于檢測子系統使用功能狀況的檢測項目以及相關機電設備的可靠性。檢測項目包括對子系統各功能模塊進行檢測，例如對傳感器、執行器、控制器等進行檢測。同時，還要考慮相關機電設備的可靠性，包括設備的完好率、成新率等指標。對這些檢測項目和機電設備可靠性進行綜合評價，確定子系統的有效度。③評價因素包括子系統功能使用狀況檢測項目的檢測子項。這些檢測子項包括對子系統各功能模塊進行具體檢測，例如對傳感器的靈敏度、執行器的響應速度、控制器的穩定性等進行檢測。通過綜合評價這些檢測子項，更準確地評估子系統的有效度。公路機電系統子系統有效度模型，如圖2所示。

機電設備的可靠性如公式（5）所示。

（5）

功能檢測結果完好率如公式（6）所示。

（6）

檢測項目i的完好率如公式（7）所示。

（7）

式中：Mi為與機電系統功能狀況相關的設備i的可靠性；L1i為相關機電設備i的權值；L為功能檢測結果完好率；Li為檢測項目i的完好率；Lij為檢測項目i的第j個檢測子項的完好率。

計算最終高速公路隧道機電系統子系統有效度如公式（8）所示。

Y=M×L1+N×L2 （8）

式中：Y為隧道機電系統子系統年限；L1為相關設備對應權值；L2為功能檢測項目對應權值。

2.3 整體有效度評價模型

根據規范要求，隧道機電系統的子系統權值相加應等于1。每個子系統在隧道機電系統整體有效度中所占的比例應該相加等于1[5]。具體來說，L1表示第一個子系統相對于整體有效度的權值，L2表示第二個子系統相對于整體有效度的權值，以此類推，Lm表示第m個子系統相對于整體有效度的權值。通過將所有子系統的權值相加，得到整體有效度等于1的結果。這樣的設計能保證各子系統在隧道機電系統中的重要性和貢獻度平衡，從而保證整個系統能正常運行和維護。系統有效度的計算過程如公式（9）所示。

（9）

式中：Li相關設備對應權值。

3 系統應用分析

3.1 案例介紹

本文以某一中長隧道為例，對其高速公路隧道機電系統整體有效度進行驗證分析。該隧道全長為7654.8m，車道設計為單向行車，最高車速限制為80km/h。

針對每個子系統功能，使用設備可靠性評價模型進行監測。首先，該模型對設備的故障率、維修時間和故障對系統功能的影響等因素進行評估，以確定每個子系統的可靠性水平。其次，使用子系統有效度模型對每個子系統的有效度進行評估。該模型對子系統的性能指標、功能要求和使用效果等因素進行評價，以確定每個子系統相對于整體系統的貢獻度和重要性。再次，結合監測數據和專家法，確定每個子系統的權值。監測數據提供子系統的運行狀態和性能表現，而專家法根據專家的經驗和知識，對各子系統的重要性進行定量評估。最后，使用整體有效度模型，將每個子系統的有效度與權值相乘，并將結果相加，得到高速公路隧道機電系統的整體有效度。該模型綜合考慮了每個子系統的貢獻度和重要性，以評估和衡量整個系統的技術狀況和性能水平。

3.2 結果分析

表1中包括了3個級別的專家分類，分別是Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類。Ⅰ類專家包括隧道機電設備專家、隧道設備負責人、機電設計負責人和隧道安全負責人，權重為0.5，表示他們的意見和評估在整體決策中具有較高的重要性，Ⅰ類專家共有20人。Ⅱ類專家包括高級職稱機電科研人員、高級職稱機電技術人員和高級職稱機電設計人員，權重為0.3，表示他們的意見和評估在整體決策中具有中等的重要性，Ⅱ類專家共有15人。Ⅲ類專家包括中級職稱機電科研人員、中級職稱機電技術人員和中級職稱機電設計人員，權重為0.2，表示他們的意見和評估在整體決策中具有較低的重要性，Ⅲ類專家共有10人。采用專家法確定子系統權值（專家分類及權重見表1）。

對隧道機電系統綜合技術狀況進行綜合評價，得到該隧道機電系統整體有效度，見表2。該隧道機電系統綜合技術狀況良好，子系統有效度大多超過0.6，表明該隧道機電設備比較完善且機電系統運行狀態比較好。通風功能、照明功能、消防功能、交通控制與誘導功能、閉路電視監控功能和接地防雷功能的有效度均超過0.6，表示這些子系統在維持隧道安全和順暢運行方面具有良好的性能。然而，通信功能和緊急電話及廣播功能的有效度相對較低，未達到0.6，說明該隧道機電系統在獲取和傳遞信息方面存在一些缺陷。這會對應急情況處理和隧道內部的信息交流造成一定的影響，需要進一步改進和優化這些子系統的功能。綜合來看，隧道機電系統整體有效度為72.6%。該隧道機電系統在各子系統功能上的表現和貢獻度較高，整體運行狀態良好。但后續仍然需要優化通信功能和緊急電話及廣播功能，以進一步提高整個系統的綜合性能。

該隧道機電系統處于良好的運行狀態，綜合技術狀況基本達標。通過進一步改進和優化通信功能和緊急電話及廣播功能，可以進一步提高隧道機電系統的整體效能和保障安全性。

4 結語

本文設計了一種基于MLR的高速公路隧道機電系統技術狀況評價模型，對系統各項指標數據進行回歸分析，計算各子系統功能的有效度，并得出整體有效度。通過該模型，可以客觀地評估隧道機電系統的技術狀況，為改進和優化系統提供依據。然而，本文提出的模型仍有局限性，須進一步研究和改進指標權值確定和模型適用性等。期望本研究能為后續隧道機電系統的評價和改進提供一定參考和指導。

參考文獻

[1] 林憶諦.高速公路隧道機電系統的管養研究[J].運輸經理世界，2022（10）：143-145.

[2] 楊明.高速公路隧道機電系統養護管理與技術的創新研究[J].中國科技期刊數據庫 工業A，2023（8）：183-186.

[3] 聶鑫山.高速公路隧道機電消防系統工程建設[J].水上安全，2023（6）：88-90.

[4] 上官燕洪.高速公路隧道機電安裝施工技術措施研究分析[J].中國設備工程，2022（19）：222-224.

[5] 石雷.高速公路隧道機電系統安裝施工技術[J].中文科技期刊數據庫（全文版）工程技術，2022（7）：124-126.