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        運營公路隧道機電設備故障響應機制探析

        2014-07-06 01:58:20許家雄
        交通運輸研究 2014年2期
        關鍵詞:公路故障設備

        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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