易 明， 許家雄， 彭 明

（1.江西省高投集團公司宜春管理中心，江西 宜春 336000；2.江西省交通運輸技術創(chuàng)新中心，江西 南昌 330038）

0 引言

根據交通運輸部發(fā)布的 《2012年公路水路交通運輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報》，截止2012年底，全國公路隧道共10 022處、805.27萬m，比上年末增加1 500處、179.93萬m。其中，特長隧道441處、198.48萬m，長隧道1 944處、330.44萬m，其中65%的隧道已經進入了養(yǎng)護維修期。由于受高速公路特定的地理位置、系統(tǒng)技術現狀以及傳統(tǒng)的管理體制等因素的影響，多數高速公路以分散型的設備維護管理體制為主。實踐證明，這種分散式運作模式，在高速公路企業(yè)的營運初期，對于整體維護工作的展開是有幫助的，可是隨著高速公路管養(yǎng)任務的不斷擴大、機電工程缺陷責任期的結束、系統(tǒng)設備運行年限的延長，整個運營維護體系需要龐大的人力資源來支撐，從而帶來了維護成本增加、人員浪費、整體運行效率下降、區(qū)域維護力量不平衡等一系列問題。針對目前國內運營公路隧道的機電設備故障響應中存在的問題，從法律法規(guī)、管理者及使用者的角度進行故障響應分析，對機電設備故障響應的機理進行探析。

1 公路隧道機電系統(tǒng)構成

公路隧道機電設備主要指為隧道營運提供服務的相關設備，按照功能劃分為供配電子系統(tǒng)、照明子系統(tǒng)、通風子系統(tǒng)、監(jiān)控子系統(tǒng)和消防及救援子系統(tǒng)五大組成部分，其中，監(jiān)控系統(tǒng)又是由隧道通風照明控制系統(tǒng)、火災控制系統(tǒng)、交通與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、隧道廣播及緊急電話系統(tǒng)、交通控制系統(tǒng)、閉路電視控制系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)七個功能子系統(tǒng)構成。表1為公路隧道機電子系統(tǒng)包含的機電設備。

表1 公路隧道機電子系統(tǒng)包含的機電設備

2 國內外故障響應研究現狀及存在的問題

2.1 國內外研究現狀

2.1.1 法律及規(guī)范

法國[1－2]通過協(xié)議機構必須配備到常規(guī)周期性控制機構的電氣設備： 《勞工法》第四章和14－11－88號法令；單獨防護設備：19－03－93法規(guī)；滅火器：《勞動法》 第8232.12.21條和04－11－93法規(guī)； 獨立的安全照明區(qū)： 《公共建筑規(guī)章》第1冊第8章EC20條；火災探測系統(tǒng)： 《勞工法》第8232.12.18條以及04－11－93法規(guī)。 美國[3]在2004年出版了《公路和鐵路交通隧道檢查手冊》。我國于2003年發(fā)布了第一個有關隧道故障響應的技術規(guī)范——《公路隧道養(yǎng)護技術規(guī)范》[4]。

2.1.2 管理者

日本[5]隧道的養(yǎng)護管理采用5S方法，即整理（Seiri）、 整 頓 （Seiton）、 清 掃 （Seiso）、 規(guī) 范（Seiketsu） 和素養(yǎng) （Shitsuke）。 各S的要義分別為：分開處理、定量定位、清潔檢查、立規(guī)立法和守紀守法，目的是改善現場、降低消耗、提高效率和提高質量。黃章樹[6]采用先進的客戶／服務器模式，并支持遠程操作，可使各管養(yǎng)單位及時地把隧道養(yǎng)護信息傳送到省局公路隧道養(yǎng)護管理信息系統(tǒng)。2003年10月同濟大學等研制出隧道管理系統(tǒng)[7]。2005年[8]河南某公司等對高速公路機電設備養(yǎng)護管理信息系統(tǒng)開發(fā)做了研究。高速公路隧道機電設備的養(yǎng)護管理開發(fā)了應用軟件，運用設備管理相關理論，建立了科學的養(yǎng)護維修管理體系，使機電設備的養(yǎng)護管理規(guī)范化、高效化。該體系具有機構管理、機電設備基礎信息管理、設備配置管理、設備養(yǎng)護管理、設備維修管理、設備信息查詢以及數據維護等功能，系統(tǒng)地解決了機電設備養(yǎng)護信息的管理問題。北京某公司開發(fā)了基于巡檢的隧道養(yǎng)護管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用數字隧道技術，應用最優(yōu)化的檢驗過程，可為管理單位提供可靠的數據、及時的維護計劃和精確的維護工程量。

2.1.3 使用者

美國的 《公路和鐵路交通隧道檢查手冊》介紹了隧道的檢測方法和程序，該手冊將一些隧道缺陷分為 “輕度”、 “中度”和 “嚴重”三個等級，并給出了其定量或定性的判定標準。2006年底通車的秦嶺終南山隧道首次提出了以RCM分析為基礎，結合FEMA.RCA分析，并在分析過程中引入預先維修概念的故障分析方法，該故障分析方法根據系統(tǒng)或設備的功能、故障模式和影響，通過故障模式和影響分析、邏輯決斷過程對故障后果進行分類評估，按照故障后果的嚴重程度，確定預防工作的內容及執(zhí)行頻率，反饋到日常的檢修、預防性維護中，從而不斷優(yōu)化任務體系的工作內容[9]。

2.2 存在的問題

2.2.1 法律及國家規(guī)范層面

我國 《公路隧道養(yǎng)護技術規(guī)范》對隧道的養(yǎng)護管理工作提出了具體要求，規(guī)定了檢查和維護工作的種類、內容和頻率等，但沒有系統(tǒng)地提到對機電設備故障應該如何去響應的內容，針對性不強。同時，也缺少與公路隧道機電設備相關的法律，法國的做法值得我國借鑒。

2.2.2 管理者角度

我國的研究主要集中在公路隧道養(yǎng)護管理及系統(tǒng)開發(fā)，研究的內容主要涉及到隧道整體的養(yǎng)護管理，并沒有對公路隧道機電設備故障進行專門的研究，集中性不足。文獻[8]雖然對機電設備的維護進行了專門的研究，但其對設備故障響應的檢測、診斷及維護一體的研究并沒有系統(tǒng)地體現出來。

2.2.3 使用者方面

美國雖然為機電設備的檢測提供了一本手冊，但是對檢測后的診斷及維護沒有做更深入的研究。秦嶺終南山隧道首次提出以RCM為基礎，分析過程引入預先維修概念的故障分析方法，但對于如何細化、如何去實現并沒有詳細的說明。

3 故障等級劃分

故障是指設備喪失其規(guī)定功能的現象[10]。由于公路隧道機電系統(tǒng)機電設備種類繁多，外界干擾因素多，設備系統(tǒng)復雜，而且還分了不同的子系統(tǒng)，需要考慮的因素很多，且因素之間還存在著不同的層次。在這種情況下，需要將評判因素即機電系統(tǒng)分為五大子系統(tǒng)，先對每一子系統(tǒng)進行綜合評判，然后再對各子系統(tǒng)評判結果進行高層次綜合評判。對公路隧道機電設備故障等級的劃分應采用多層次模糊綜合評判。

3.1 多層次模糊綜合評判模型的建立

（1）對評判因素集合U，按某個屬性，將其劃分成m個子集，使它們滿足：

這樣，就得到了第二級評判因素集合：

在式 （2） 中， Ui＝｛Uik｝（i＝1， 2， …， m； k＝1，2，…，nk）表示子集Ui中含有nk個評判因素。

（2）對于每一個子集Ui中的nk個評判因素，按單層次模糊綜合評判模型進行評判，如果Ui中的諸因素的權數分配為Ai，其評判決策矩陣為Ri，則得到第i個子集Ui的綜合評判結果：

（3） 對U中的m個評判因素子集Ui（i＝1， 2， …，m）進行綜合評判，其評判決策矩陣為：

如果U中的各因素子集的權數分配為A，則可得綜合評判結果：

在式 （5）中，既是U的綜合評判結果，也是U中的所有評判因素的綜合評判結果。多層次的模糊綜合評判模型，不僅可以反映機電系統(tǒng)、子系統(tǒng)的不同層次，而且避免了由于因素過多而難以分配權重的弊病。指標的權重運用AHP法進行確定，指標隸屬度的取值采用升半梯形分布來量化，即典型的隸屬度函數的偏大型。指標隸屬度A（x）公式如下：

3.2 故障評判

公路隧道機電設備故障等級劃分為以下五類[12]：無故障、輕微故障、中度故障、嚴重故障及極重故障。由式 （5）得出的故障度系數，本文給出了故障等級判別分級表 （見表2）。

表2 公路隧道機電設備故障評判分級表

機電設備故障響應不僅要從設備本身考慮，還要從隧道運營的環(huán)境、經濟、安全及節(jié)能等角度來考慮。因此,對于故障等級的劃分標準，可由政府部門結合當地的實際情況酌情調整。

4 故障響應機制

針對目前國內關于隧道機電設備故障響應研究較少的現狀，有必要建立一套故障的檢測、診斷及維護一體的響應機制，以達到機電設備故障快速響應的目的。筆者從法律、國家規(guī)范、管理者和使用者的角度對其進行了探索研究，認為響應機制應從以下兩個層面來綜合考慮。

4.1 故障響應流程

4.1.1 故障檢測

機電設備的日常清潔、巡查巡檢、標定等工作，對檢測機電設備時的天氣、隧道內通過車流量、交通量的組成、具體的時間均需要有相應的記錄，建立健全隧道機電設施檢測記錄檔案。對于上述巡檢人員無法完成的內容，如車流量的大小、交通量的組成等需要借助高清攝像頭、地面?zhèn)鞲衅鞯仍O備，還應對檢測檔案進行補充完善，達到系統(tǒng)性檢測的目的。

4.1.2 分析診斷

根據機電設備出廠日期、壽命、環(huán)境、能耗等系統(tǒng)功能的原始記錄，設備由出廠到現在的所有出故障的詳細信息記錄及分析報告，結合現在的檢測記錄，對設備的功能情況做出診斷評估。

4.1.3 系統(tǒng)維護

根據診斷的結果，結合多級模糊綜合評判法確定的設備故障等級，及時安排所需的人員、設備、技術、維修范圍及時間，以消除維修不及時對經濟、安全造成的影響，達到高效維護的目的。

4.2 故障響應一體化機制

針對龐大的公路隧道機電系統(tǒng)，其所涉及的設備，無論是數量還是種類都是相當巨大的，運用傳統(tǒng)的響應方法已不能滿足當今的社會需求。本文采用互聯網技術來解決這一問題，即將故障檢測、分析診斷和系統(tǒng)維護綜合到一個操作系統(tǒng)中，首先是檢測信息的采集模塊，包含有人工檢測信息的錄入和監(jiān)控信息反饋；機電信息查詢管理模塊，包含有機電設備基本信息查詢，以往故障信息查詢及維護分析結果查詢，數據備份、統(tǒng)計、打印等功能；參數和模型的設置，可直接把多級模糊綜合評價導入到系統(tǒng)后，生成故障等級信息；分析診斷模塊，包含有診斷基本信息查詢、處理信息查詢及分析結果查詢；維護模塊，包含有維護的一、二、三、四、五級維護界面，正好對應了故障等級的五級響應；此外，本一體化系統(tǒng)中還包含有隧道信息修改及新增隧道的拓展模塊，以信息系統(tǒng)平臺的方式實現設備故障響應一體化機制。

5 結語

公路隧道機電設備數量、種類龐大，其涉及到的故障等級影響因素眾多，是一個比較復雜的系統(tǒng)，各種評價指標的選取和指標權重的確定直接影響最終的響應等級。故障等級劃分評價指標體系的建立及完善值得更多的專家、學者進行深入的研究。本文通過建立一個互聯網的信息平臺來實現響應一體化機制，平臺的信息交互 （PC版、手機版）值得進一步研究和開發(fā)。

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