趙暄

（石家莊市交投津石高速公路建設(shè)管理有限公司深正分公司，石家莊 050000）

1 引言

在高速公路中，機(jī)電系統(tǒng)是確保其安全高效健康運(yùn)行的關(guān)鍵所在。為確保機(jī)電系統(tǒng)的使用壽命及性能，需要高質(zhì)量做好養(yǎng)護(hù)維修工作。為使高速公路機(jī)電系統(tǒng)使用壽命得以延長(zhǎng)，并使系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性可以有效維持，需確保機(jī)電系統(tǒng)設(shè)施的養(yǎng)護(hù)工作質(zhì)量。為更加具有針對(duì)性和高效性地開展高速公路機(jī)電系統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)工作，需做好機(jī)電系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)情況的檢測(cè)和評(píng)估工作，為后續(xù)養(yǎng)護(hù)工作提供指導(dǎo)，為改造維修機(jī)電設(shè)施提供決策支持。當(dāng)前，已經(jīng)有較多系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法[1]，本文針對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的特點(diǎn)，通過(guò)結(jié)合了數(shù)據(jù)和模型的現(xiàn)代綜合評(píng)價(jià)方法開展研究。

2 系統(tǒng)總體需求

高速公路機(jī)電設(shè)施養(yǎng)護(hù)檢測(cè)管理評(píng)價(jià)系統(tǒng)主要針對(duì)養(yǎng)護(hù)檢測(cè)指標(biāo)體系、具體內(nèi)容、技術(shù)方法和檢測(cè)數(shù)據(jù)開展科學(xué)化和信息化的管理，并通過(guò)深加工的方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以對(duì)機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行狀況做出綜合評(píng)價(jià)。高速公路機(jī)電系統(tǒng)的組成如圖1所示[2]。

圖1 高速公路機(jī)電系統(tǒng)設(shè)施組成結(jié)構(gòu)

針對(duì)結(jié)構(gòu)劃分情況，通過(guò)層次分析法以模糊評(píng)價(jià)算法從下到上開展評(píng)價(jià)。在評(píng)價(jià)各結(jié)構(gòu)時(shí)，所選取的指標(biāo)體系是關(guān)鍵所在。評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇原則為科學(xué)、操作性強(qiáng)、定性和定量相結(jié)合[3]。指標(biāo)的確定及權(quán)重系數(shù)賦值方法為實(shí)地調(diào)研、專家咨詢以及問卷調(diào)查等。

3 系統(tǒng)總體規(guī)劃與體系結(jié)構(gòu)

高速公路機(jī)電設(shè)施養(yǎng)護(hù)檢測(cè)管理評(píng)價(jià)系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)如圖2所示，其設(shè)計(jì)研究目的在于通過(guò)信息化管理和綜合評(píng)價(jià)的方式處理機(jī)電系統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)檢測(cè)工作，按照所得結(jié)果獲取對(duì)應(yīng)的預(yù)警等級(jí)，以針對(duì)性采取措施。

圖2 養(yǎng)護(hù)檢測(cè)管理評(píng)價(jià)系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)

1）各路段養(yǎng)護(hù)管理處的職責(zé)主要在于：一是開展周期性的日常養(yǎng)護(hù)管理，并在評(píng)價(jià)系統(tǒng)中輸入相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)；二是在系統(tǒng)中輸入相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)之后對(duì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)施運(yùn)行情況開展評(píng)價(jià)，并按照結(jié)果預(yù)警情況做出相應(yīng)措施，確保機(jī)電系統(tǒng)穩(wěn)定健康運(yùn)營(yíng)；三是通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)將相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至上一級(jí)。

2）分中心職責(zé)主要在于：一是確定養(yǎng)護(hù)檢測(cè)指標(biāo)體系、各項(xiàng)權(quán)重、內(nèi)容管理及檢測(cè)周期；二是定期開展養(yǎng)護(hù)檢測(cè)數(shù)據(jù)的綜合評(píng)價(jià)，結(jié)合所得結(jié)果的預(yù)警內(nèi)容判斷是否更換或改造相關(guān)機(jī)電設(shè)施；三是總結(jié)養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)，分析故障原因，形成有關(guān)養(yǎng)護(hù)方案和規(guī)范，并輸出各類分析報(bào)表。

3）省中心的職責(zé)在于掌握和監(jiān)督機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行和養(yǎng)護(hù)情況，并進(jìn)行指示。

結(jié)合機(jī)電系統(tǒng)特點(diǎn)和養(yǎng)護(hù)檢測(cè)工作的評(píng)價(jià)需要，決定采用C/S結(jié)構(gòu)模式進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以使客戶端PC處理性能得到充分發(fā)揮[4-5]?？蛻舳擞休^快的響應(yīng)速度，有利于錄入和調(diào)出大量的養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)[6]。

4 系統(tǒng)主要模塊功能

4.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)與檢測(cè)項(xiàng)目管理

該模塊有單位工程、分部工程和分項(xiàng)工程的指標(biāo)管理以及檢測(cè)項(xiàng)目管理。單位工程指標(biāo)管理、分部工程指標(biāo)管理和分項(xiàng)工程指標(biāo)管理的功能分別在于分部工程、分項(xiàng)工程和關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)的添加、查詢和權(quán)重確定等，檢測(cè)項(xiàng)目管理主要包括日常養(yǎng)護(hù)和專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)兩種類型，主要功能在于管理和維護(hù)關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)的檢測(cè)內(nèi)容和設(shè)備等。

4.2 養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)管理

該模塊功能在于養(yǎng)護(hù)檢測(cè)數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)的管理，包含錄入、編輯和查詢數(shù)據(jù)等。所輸入的數(shù)據(jù)類型主要有日常養(yǎng)護(hù)、專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)和故障數(shù)據(jù)。各指標(biāo)的評(píng)價(jià)等級(jí)如表1所示。

表1 指標(biāo)層評(píng)定分級(jí)和評(píng)分

4.3 機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行狀況評(píng)價(jià)與預(yù)警

在整個(gè)系統(tǒng)中，評(píng)價(jià)模塊是核心所在。針對(duì)高速公路機(jī)電系統(tǒng)組成特點(diǎn)，結(jié)合層次分析法和模糊數(shù)學(xué)理論按從下到上的方式逐層開展綜合分析評(píng)價(jià)[7]，也可按養(yǎng)護(hù)管理要求，針對(duì)結(jié)構(gòu)各級(jí)開展評(píng)價(jià)。結(jié)合評(píng)價(jià)結(jié)果給出評(píng)測(cè)信息，具體見表2。

表2 評(píng)測(cè)結(jié)論信息

4.4 數(shù)據(jù)查詢與報(bào)表

數(shù)據(jù)查詢面向評(píng)價(jià)指標(biāo)、檢測(cè)數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)以及評(píng)價(jià)結(jié)果，具體可通過(guò)養(yǎng)護(hù)檢測(cè)時(shí)間段和設(shè)施類型進(jìn)行查詢。報(bào)表的生成以及打印可以通過(guò)報(bào)表組件進(jìn)行開發(fā)，可針對(duì)性輸出和打印各類數(shù)據(jù)的報(bào)表。

5 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

5.1 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

一般情況下，路段養(yǎng)護(hù)管理處主要儲(chǔ)存、管理和評(píng)價(jià)所轄路段的養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)、評(píng)價(jià)結(jié)果和預(yù)警數(shù)據(jù)；不同路段所得到的數(shù)據(jù)需輸送到各自所對(duì)應(yīng)的分中心，各分中心再針對(duì)所輸入的數(shù)據(jù)開展管理分析和評(píng)價(jià)，并將相應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞≈行?。針?duì)該類運(yùn)行模式，通過(guò)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)建立起物理分散而邏輯集中的數(shù)據(jù)庫(kù)。該種情況下各路段終端都有各自數(shù)據(jù)庫(kù)和用戶，可以有效運(yùn)行獨(dú)立事務(wù)及局部項(xiàng)目，獨(dú)立自治性較高，且可以相互協(xié)調(diào)各分支節(jié)點(diǎn)使之成為整體。

本級(jí)和上一級(jí)交換和傳輸數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)方式主要為數(shù)據(jù)庫(kù)的同步更新技術(shù)，通過(guò)事務(wù)復(fù)制的方式同步數(shù)據(jù)[8]。在執(zhí)行事務(wù)復(fù)制時(shí)需要快照、日志閱讀和分發(fā)3個(gè)代理。發(fā)布者和分發(fā)者為各路段終端數(shù)據(jù)庫(kù)，所對(duì)應(yīng)上一級(jí)的數(shù)據(jù)庫(kù)則為訂購(gòu)者。首先建立起各路段終端節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的快照代理，并將同步狀態(tài)信息記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中。各終端節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行事務(wù)復(fù)制后均有獨(dú)立的日志閱讀代理，日記閱讀代理具體可通過(guò)搜索發(fā)布者事務(wù)日志的方式獲取有復(fù)制標(biāo)志的事務(wù)，并在分發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)中插入該類事務(wù)，在分發(fā)者中運(yùn)行并與發(fā)布者進(jìn)行連接。分發(fā)代理在分發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)的事務(wù)中插入日志閱讀代理，并相應(yīng)分發(fā)給訂購(gòu)者，以實(shí)現(xiàn)上級(jí)節(jié)點(diǎn)和各分支節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)的同步更新。

以訪問數(shù)據(jù)速度較快、結(jié)構(gòu)便于修改和數(shù)據(jù)完整性容易實(shí)現(xiàn)為目的設(shè)計(jì)各分支節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)表作為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的載體，在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表時(shí)應(yīng)遵守降低冗余、便于查閱等原則，以使更新和查詢效率得到提高。具體方法為：一是按照需求進(jìn)行主要存儲(chǔ)實(shí)體的提取，并進(jìn)行實(shí)體關(guān)系圖的構(gòu)造；二是基于實(shí)體關(guān)系圖建立表結(jié)構(gòu)，即建立專屬于各實(shí)體類型的數(shù)據(jù)表并進(jìn)行主鍵的設(shè)置，采用增加外鍵的方式構(gòu)建各表的關(guān)系。

5.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

通過(guò)Microsoft系統(tǒng)中的.NET平臺(tái)開發(fā)高速公路養(yǎng)護(hù)檢測(cè)管理評(píng)價(jià)系統(tǒng)，通過(guò)Microsoft SQL Serve 2019，ADO數(shù)據(jù)訪問技術(shù)設(shè)計(jì)分支節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)MFC開發(fā)客戶端應(yīng)用程序。

5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

采用以上述研究成果對(duì)4條高速公路開展日常養(yǎng)護(hù)和專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)檢測(cè)，并通過(guò)該系統(tǒng)分析和管理所得到的養(yǎng)護(hù)檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)各機(jī)電設(shè)施運(yùn)行狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，所得結(jié)果如表3所示。

表3 4條高速公路機(jī)電設(shè)施運(yùn)行狀況評(píng)價(jià)結(jié)果

從結(jié)果上看，高速公路一機(jī)電系統(tǒng)整體存在較差的運(yùn)行情況，其中的監(jiān)控設(shè)施處于很差的運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)警程度達(dá)到三級(jí)，該種情況和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研檢查情況基本一致，此外，通信、收費(fèi)等設(shè)施也處于較差的運(yùn)行狀態(tài)，需開展修復(fù)或改造；高速公路二機(jī)電系統(tǒng)整體存在一般的運(yùn)行情況，預(yù)警程度達(dá)到二級(jí)，尚且可用，但各系統(tǒng)實(shí)施時(shí)的關(guān)鍵指標(biāo)又存在較為嚴(yán)重的參數(shù)衰耗，有一定的缺陷和隱患存在；高速公路三和高速公路四的機(jī)電系統(tǒng)整體存在較好的運(yùn)行情況，僅有個(gè)別工程出現(xiàn)不足，在一定程度上指標(biāo)有所衰減，需開展針對(duì)性養(yǎng)護(hù)。通過(guò)對(duì)上述4條高速公路養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)的處理，對(duì)該系統(tǒng)的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。

此外，上述結(jié)果還顯示，高速公路機(jī)電設(shè)施一般情況下有5年的健康運(yùn)行時(shí)間，當(dāng)運(yùn)營(yíng)時(shí)間超過(guò)5年時(shí)設(shè)備就會(huì)出現(xiàn)較高的故障率，有較大的老化以及損壞程度，需開展大修或改造。特別是外場(chǎng)監(jiān)控設(shè)施因?yàn)殚L(zhǎng)期在惡劣的環(huán)境下運(yùn)行，因此，有嚴(yán)重的老化損壞程度，多數(shù)設(shè)施在，2～3年的運(yùn)營(yíng)后就不可使用。