公路机电工程质量控制关键要素研究

2022-07-12张彩红

探索科学(学术版) 2022年1期

徐稳张彩红

广西计算中心有限责任公司广西南宁 530028

引言

公路建设中,机电工程仅仅为附属设施,并未得到管理部门的关注。据统计,机电工程投资在整个公路项目投资中的比重仅1%～2%。然而,机电工程系统涉及多个不同专业和类别,其质量控制效率相对偏低,很难对工程施工的各个环节进行管理。后期,还可能降低工程的运营效果。机电工程涵盖了预埋、收费土建等多个不同的子工程,除管道工程外,剩余子工程在开工时间上相对来说较晚。同时,项目工期长,以3～5个月为主。因此,机电工程想要加强施工质量控制,其难度十分大。在施工阶段,除了配合机电子工程外,还应当主动和消防、路面还有电气等多个工程保持协同,以确保公路的如期竣工。

1 高速公路机电工程特点

就公路机电工程而言,其施工呈现较高的专业性和技术性等特征,工期短,作为公路建设的最末工程,土建项目竣工后,才会轮到机电工程。不论何种机电工程均有自身的某些特点,高速公路机电工程也不例外。概括而言,有如下三点。

(1)技术集成度高。在高速公路上,除自动化控制、电子技术外,机电工程还需要使用电路、通信、计算机及机械工程技术。唯有集成各种技术,才能保证系统的健康运行。

(2)机电工程波及面广。在高速公路的很多沿线上,收费站、地段或是隧道桥梁均会分布机电工程,以实时地接收和传递路况信息。另外,机电工程除了涉及到运输部门外,同时也和电信、环卫、电力、消防还有防雷等诸多部门相关。唯有多部门协同合作,系统才能处于长效、安全的运行状态。

(3)机电设备易出故障、更新快。在高速公路上,全线各个地方都会设置和安装机电设备。受开放环境的限制,设备也可能会陷入故障,再加上技术含量和灵敏度相对偏高,在恶劣环境下可能会无法正常工作。

2 公路机电工程的组成

2.1 收费系统

公路机电工程中,收费系统涵盖了4个独立的模块:电视监控系统、紧急报警辅助、有线实时对讲以及计算机技术管理模块。基于多元管理的角度,机电改造项目在定价软件系统上也有3个不同的等级:一是收费中心、二是收费标准站、三是双向收费车道。这3个系统级别,在建设方面也有较大的出入,对按次数计费或是管理级别均有一定的影响。所以,公共收费系统中里面的等级划分有助于提高公路收费标准的总体效率,发挥出机电工程最大的功能和效果。

2.2 监控系统

监控系统涵盖了3个不同的功能模块:采集系统、后续处理以及发布功能模块。本系统中,天气检测、视频监控设备(其中涵盖车辆检测设备)均被划入到采集模块,是一种硬件技术。而后续处理模块涉及到多个不同的硬件部分,如通信网络、电视监控设备。发布功能模块指的是内容数据显示板、信息导航系统。唯有上述3个系统模块做到强强联合,才能提高公路交通总体上的管理水平。

2.3 通信系统

通信系统是机电工程施工质量控制的关键。对通信系统进行建设时,应当全面协调移动、数字以及光纤通信等多个板块,使公路运营中的路况信息得到实时传输。借助各子系统,通信系统也可以对信息进行共享和传递,为公路运营提供强大的技术支撑,提高运输信息的精准性。由此可见,机电施工质量控制中,应当将通信系统当作头等重要的任务,妥善处理收费、通信、监控系统三者的关系。在不影响机电施工质量的前提下,健全公路技术管理体系,提升道路的通行水平和效率。

2.4 照明系统

根据《公路隧道通风照明设计规范》(JTJ 026.1-1999)的相关要求,长度在100米以上的隧道均需设置照明设施。结合视觉适应的相关要求,隧道照明分成两种不同的工况,一是白天照明(洞外),二是夜晚照明(洞内)。洞内照明涵盖了入口段、过渡段、出口段以及应急照明;而洞外照明涵盖了引道、接近段减光照明。考虑到隧道建筑物原本就比较特殊,白天照明相比夜晚要繁琐得多。设计时,应考虑行车速度、交通量等诸多不同的因素。针对现场工况依次计算分段照度及其亮度,利用洞口外、洞内照度仪可以采集相关数据,由照明控制计算机(PLC)智能地调节。在满足照明需求的基础上,促进节能。

3 公路机电质量管控的要素分析

3.1 人员

人是工程直接的建设者,也是推动性因素。但是,因为施工队伍不完整,未做足前期准备,未能提前对进场前已有的问题、阻碍进行评估。私下进场,必定会影响工程后期的质量。加之人员水平不高,现场管理不到位,未能对隐蔽工程或是预埋等分部工程进行严格检测,也没做好工序验收。鉴于人的主观能动性极强,故应有一套系统完善、科学有效的规章制度来规范人员的行为,通过标准来量化工作内容,提高工作效率,增加管理的有效性。

3.2 技术、方法

伴随公路信息化项目的持续增加,公路沿线也陆续新增LED屏、摄像机、流量监测设施还有气象监测仪等。除机电设备外,收费广场还应当增设称重、分离光栅、ETC路测单元RSU、自动发卡、车型识别以及牌照识别设备等。由此说明,机电工程实质上是多款机电设备的叠加堆砌,并未统一规划,缺乏规范、可行性较高的施工工艺,其质量控制也就沦为空谈。

3.3 设备选型

设备、原材料是工程质量的基础,技术、方法是工程质量的灵魂,两者缺一不可,足见设备、原材料的重要性。原材、设备是实体的构成部分,是基石。因此加强原材、设备的管控是非常必要的,必须满足设计文件,与检测指标必须相符,严格执行进场验收程序,不放过任何一个细小的环节。

3.3.1 设备选型不当一些流量高的收费站,单台栏杆机一年下来的使用频率或将高于200万次。换句话说,用1年就要立即更换。该情况下,缺陷责任期尚未完全终止,难以适应机电工程5-6年的寿命之需求。显然,这种设备在参数选择上还很死板。若将技术参数设定为1000万次,其设备必定为行业中的主流产品,其性价比相对较高。对机电工程设备进行选型时,对平均无故障、修复时间都有确切的说明。若不然,一旦关键设备真的出现故障,整个系统也会面临崩溃。

3.3.2 变更控制不严在机电工程中,设备费用的占比约为80%。若变更不及时,变更设备基本的技术参数也会低于设计标准,必将诱发严重的质量隐患。工程变更,受多主体和因素的限制。有些是设计方面,有些是甲方甚至业主自行提出。当然,还有些是承包方主动提出。为控制和减少工程的恶意变更,我们需要遵从如下原则:

a.以合同单价清单为参考。如果合同中存在适用或是类似的项目,则按综合单价进行科学地计量。

b.合同中未提到适用或相同的项目,则承包方应当给出变更价格,并提交给监理工程师进行审核,经建设方、承包方商讨一致后才能允许变更。

3.4 施工阶段的质量风险因素

3.4.1 技术风险

技术风险指的是在机电系统进场前,土建单位需要做好路面下的各项工程,如通信管道、人手孔(井)、基础设施。这些隐蔽工程,待工序移交后,其质量没有办法查看。若是前期为做好旁站监理或是工序验收等工作,埋下质量隐患,对系统后期的质量控制均会有极大的损失。

3.4.2 财务风险

对机电施工项目来说,财务风险是因为项目在投标、施工或是交付阶段,由于企业自身或不可控外因的影响,降低项目的财务收益,最终令施工项目无法按期进行交付,甚至失败。

3.4.3 制度风险

和管理规章挂钩的风险,如施工界面模糊不清、变更管理不到位,制度设计、执行以及修改不当引起。如制度签订不科学,没有很高的时效性和可行性,有些机制无力支撑。

3.5 缺陷责任期阶段质量控制风险因素

缺陷责任期,即承包人根据合同规定和相关要求,自觉履行缺陷修复的职责和义务。同时,发包人还应该针对质量保证金留出一定的期限,以竣工日期为起点开始计算。实践中,不少高速公路机电工程,其缺陷责任期以24个月为主。缺陷修复义务,指的是在缺陷责任期内,有工程质量违反强制性标准或是合同约定的情况。在责任期内,因承包人所致的缺陷,其维修责任应该是由承包人来承担,包括期间的鉴定还有维修费用。假设承包人不愿意维修更不想支付这部分费用,那么发包人完全有权限按照合同约定和相关说明,扣除承包人的保留金,由其来承担相应的违约责任。另外,承包人负责维修同时支付各项费用后,其对工程项目的一般损失仍旧要承担起法定的赔偿责任。所以,进入缺陷责任期后,机电工程很少会有恶性的质量事故。一旦有个别存在质量缺陷,仅需立即进行处置,即可当场解决,对工程后评估几乎没有影响。发现质量缺陷后,若合同条款中已有具体的说明,仅需监督施工单位按合同要求来承担修复的责任即可。通常,不易埋下质量隐患,更不令质量控制完全失败。

3.6 气候条件

3.6.1 对通信、控制电缆的影响

强大的紫外线,很多时候也会损害通信、控制电缆。当光纤敷设距离长,很少能够一次性完成敷设。该情况下,需要使用帆布覆盖路面上的线盘和裸露部分,防止阳光暴晒。敷设时,还要分析光缆承受的拉力,避免暴晒削弱机械强度等相关指标。

3.6.2 对设备的影响

风沙天路面有很多的灰尘,公路沿线安装的设备大多处于尘埃中。在风沙天,空气中掺杂大量的灰尘。高压试验时,可能引起空气击穿。除此之外,电气试验设备是一种精密设备,落入沙尘后势必会降低设备精度。严重时,还可能损坏整个实验设备。因此,风沙天不建议进行室外试验。

3.6.3 风沙、低温对人员的影响

同时,风沙也会影响人员作业。对人的影响体现在:呼吸急促、能见度低、情绪低落等。所以,建议作业人员自己备齐必要的防风劳保用品,每天都要勤于洗澡(衣物),准备必要的降温和防暑药。确保身体健康的措施:补充营养、改善居住环境,控制饮食、饮水卫生,勤于保健(视力保护、鼻腔和咽部卫生、做好日晒、避免中暑)。

3.6.4 对施工机械的影响

对机械的影响,涵盖了如下几点:影响行车视线、侧翻、滑动,机车部件中填满大量的积沙、轮胎损耗大、故障频发、寿命缩短等。所以,施工机械也要反复地修理,增加相应的费用,此外还有频繁地更换润滑油品牌,增加擦拭次数、台班油耗大等。

4 公路机电工程施工技术要点

4.1 施工准备

对就公路机电工程进行施工前,相关人员应当做足前期的准备。特别是施工单位,要仔细对施工图纸进行会审,编制科学的施工组织方案。结合施工中潜在的重难点部位,对各部门和相关人员做好技术交底。施工单位应当认真勘察电路线缆平面位置及其线路走向,并在施工图纸中进行清晰地标注。提前准备好施工材料、机械设备,确保设备性能可靠,材料规格和质量都要满足行业的施工规范。

4.2 明线和暗线布置以及防雷接地

对工程底板、结构进行施工时,机电人员应当主动和土建施工人员进行交流,确保各个孔洞预埋处均是合理的。如剪力墙或是线槽,管线预埋还应当以专业管线图为依据进行布置。如今,国内不少建筑电力管线均是敷设于墙壁内,楼板绑扎完钢筋网后才能开始。当线盒尺寸及其位置固定下来后,禁止擅自再做修改。因此,墙壁砌体时,对终端线盒进行精准定位是关键,要满足行业的设计规范和要求。明线线槽或是桥架安全钳,应当科学地制作放线支架。一般情况下,仅需在墙体上装载一个线管支架即可。而线槽则应当借助角架支架进行安装。不论母线还是桥架都要选择专门的支架,桥架安装要保持绝对的横平竖直。同时,弯头位置要尽量地平缓,分层安装时建议选择组合架桥。另外,电气管线也要集中、综合分布,管卡固定点需分配到均衡的位点上,并将线管弯曲半径控制于合适的范围。保护管口,最好选择喇叭形状。施工中,管口边缘必须是光滑的。将电缆穿越至线管后,应当选择合适的防火材料对管口进行完全密封。各等级的导线在回路上也会有不同的电压,敷设时切勿盲目套用同样类型和规格的线管。

4.3 配电箱施工技术

对公路机电工程而言,配电箱的功能和作用十分突出,其安装施工也很关键。安装前,相关人员应当了解配电箱的基本参数,如标高、箱盒坐标。安装操作中,使用钢筋套圈来对箱盒进行焊接,使其固定在某个预定处。为了防止箱盒在焊接时随意地移动,箱内需要放置适度重量的支撑物。为避免管线内外壁发生锈蚀,影响配电箱的运行安全,我们在安装时还应当选择合适的防腐蚀措施,对于生锈进行规范地处理。对配电箱进行安装后,应当仔细查看箱体线路,保证线路的顺畅连接,避免各种不良现象,如断路或是短路。电线管弯曲半径,应当要比管子外径更高,弯曲位置最好选择电线管弯曲机进行处理。另外,弯曲位置应当保持相对的平滑,避免留下凹痕。

4.4 安装弱电功能系统

公路机电工程中,弱电功能系统也是比较关键的组成要素。因此,施工中也要灵活地使用施工技术。弱电功能系统涵盖了内部通信、监控系统在内,对弱电功能系统进行安装时,应考虑本系统的实际情况,选择合适的施工技术。在安装前,应仔细查看全部的机械和设备,确保连接的可靠性。连接完毕后,应当对整个弱点功能系统进行调试,使其安装步骤完全满足行业的规范和相关要求。

4.5 其他施工技术

就公路机电工程而言,施工前需要结合高压、供电系统做好前期的准备,确保工程材料、机械设备还有图纸的贯彻到位,以便对底板结构进行预处理。在本部分,预处理工作涵盖了诸多不同的板块和环节,如剪力墙,孔洞处理。为防止机电安装中损坏浅表,在预埋完毕的线管楼板位置需要做出醒目的标记。

5 提高公路机电工程质量控制水平的措施

5.1 高度重视联合设计

某公路机电工程中,其总体目标在于使用行业领先、技术含量高的设备产品,为公路管理部门提供功能齐全、可靠性较高的机电系统,为出行者提供安全、舒适的行车环境,确保安全、工期和质量目标的如期达成。所以,高速公路参建单位和技术人员,也要做好前期的各项准备工作,如会审图纸、施工调研和设备选型。根据招投标形式,以图纸文件、技术特性和项目实况为导向,对机电工程进行规范地施工。这其中,包括收费、监控、照明以及隧道供电等诸多不同的环节。在联合设计时,应当控制下列3个基本要点:

(1)安排精干技术人员入场,做好联合设计;施工监理合同签署完毕后,建管处应当立即督促各单位分配专门的人员进行进场,从事基础性工作。进场早,意味着联合设计也会有充足的时间。同时,技术、管理人员也可以加强彼此的配合,提高联合设计的水平和质量,防止耽误工程的进度。

(2)编制科学、详尽的计划,按照各时间节点下达的任务和目标,进行阶段性验收、考核。各阶段应当完成的任务:

一是准备阶段。认真对图纸进行会审,设计单位要组织技术交流,做好现场答疑,同时对施工现场进行调研,对设备和设施进行自检。

二是方案优化阶段。主动与监理或是承包业主等参建主体进行交流和沟通,商议出一套合适的优化方案,完善图纸,同时对施工中的关键设备进行考察。

三是专家评审论证。对于现场的关键设备,需要组织评审论证会,由专家负责对联合设计做出专门的评审。

(3)正确看待设备选型。实际上,联合设计被认为是对招标文件做出的有效补充、完善或是修改。设备选型和变更,很大程度上会影响工程进度,改变项目质量。为此,主管部门应当分配技术能力高、经验丰富的工程师来加入联合设计,要求各单位认真对待,从源头上减少变更次数。

5.2 重视前期工作,加强施工图设计

质量控制,即为满足质量标准和规范运用的作业技术和实施的系列活动。从概念上讲,机电工程质量控制的要点在于监测施工过程,但笔者看来,质量形成并未对专业工作界面产生过高的依赖性,缺乏优化的工程设计。等到各专业界面尘埃落定,才想到处理问题和消除隐患。因此,工程质量并未控制到位。高速公路本身的周期较长,机电工程对于桥梁、路基还有隧道这系列主体工程均有很高的依赖性。实质上,机电工程在上述分部工程留出的界面上完成作业。从进场时间上看,机电工程要比土建还有房建晚很多。由于不清楚业主提出的新需求,未注重基础条件的改变,不熟悉机电施工标准、办法,也不懂对工程界面进行划分,施工作业也将难以正常开展,质量管理沦为表面。以某高速公路机电工程为例,在升级改造后,公路部门在系统中新增自动识别车牌照的基本功能,避免换卡逃费。投入使用后,系统白天可以正常工作。但是夜间,拍摄的照片十分模糊,很难识别路上的车牌照。这是由于,之前的收费大棚照明早就老化,其照度标准已很难满足摄像机在晚间的拍照需求。机电系统设计单位对施工图进行编制时,也未渗入现场了解大棚照明的情况。相反,单纯按地方过去的经验数据进行设计。为了缓解上述质量缺陷,建设单位有必要发起变更,在收费站岛面新增专门的补光灯,促进牌照的精准识别。该种设计不仅扩大了工程建设成本,同时也很难为公众出行提供优质的服务,显然是失败的例子。这就说明,机电工程施工前需做好前期准备,规范项目设计。特别是对施工图进行设计时,业主应当组织专业联合设计,合理区分各专业各自的交叉界面,明确责任,切勿走过场、搞形式。

5.3 加强机电设备过程检测工作

对公路机电工程来说,质量控制的对象在于机电设备和总体的安装质量。质量检测涵盖了3个方面,一是外观鉴定,二是基本要求,三是实测项目。机电质量检测,应当贯穿整个施工阶段和过程。除外观、成果检查外,还应当验证系统的性能,确保各项参数指标符合行业的设计标准。根据机电工程在近些年统计出来的质量缺陷和潜在隐患,对关键项目、设备的性能测试均流于表面,这就给工程企业带来沉重的损失。过程检测中,风险点在于:强电端子绝缘电阻相比标准值更低,使设备机壳带电,现场人员意外触电。对外场监控设施而言,其安全接地电阻值相对偏高,在雷雨天气可能会损坏设备。工作接地电阻值设置过高,阻碍系统的安全运行。在闭路监视系统中,上述情形十分普遍。光电缆线路衰减快,传输性能不合规,误码率高、经常性出现传输时延等。若这些问题不立即处理,机电质量控制工作也将功亏一篑。

①监理工程师应当对入场设备进行质量把关,一切设备均需检验出厂合格证,加电测试达标后才能投入现场。

②对设备安装质量进行仔细查验。针对线缆接头等对使用有影响的环节,需要加强查验,尤其设备防雷或是工作接地这系列隐蔽工程,在检测不达标的情况下,禁止进入下道工序。

③重点对关键项目、设备性能进行仔细检测,提高系统性能。安装时,应当做好过程检测,确保性能指标达标后才能开始接下来的工作。

1)外场监控设备:防雷接地阻值≤10Ω,安全接地阻值≤4Ω,计算机网络接地阻值≤1Ω。安装期间,需要借助接地电阻测量仪来完成现场测量,保证达标。

2)强电端子绝缘电阻≥50MΩ,应当选择500V兆欧表进行测量,保证数值达标。

3)就闭路监视系统而言,针对电源干扰、幅频特性等指标,均需借助专门的视频测试仪来完成检测。

4)光纤接头损耗≤0.2dB,低速误码率≤10-8,使用光时域反射仪或是数据传输测试仪等专门的仪器来辅助检测。

5.4 加强机电工程质量管理

高速公路建设中,机电工程是处于最末的环节。所以,其他项目和多种因素都可能会对其进度产生干扰和影响。一是变电所、收费站、隧道还有服务区主体,包括土建施工进度,如通信、机房和电源,包括线缆提供时间等,多因素均可能会对机电施工产生影响。所以,项目管理人员应当主动配合机电、土建单位完成各项工作,就现场实况随时与建管处负责人进行交流,让机电施工人员提前入驻工程现场。二是机电工程中有不少设备均为进口,如自动栏杆、分离器还有防雷器件。它们的采购期限长,报关手续复杂,这就可能耽误进度。所以,开工前应当督促采购部门对设备进行提前、统一采购,尤其部分周期长的设备,更要早作准备,防止耽误后期的工程进展。

5.5 完善后评价机制,严格工程交工验收程序

对反馈信息进行控制,达到预期的管理目标。实践中,反馈信息是控制的基础,构建一套后评价反馈机制,对机电工程有深远的意义。历经数年,公路机电工程管理已有初步的成绩。根据前文归结出来的问题,有必要对机电工程做好后评价,这是全生命周期管理的必然需求。上文提到,公路项目通常是由土建工程负责。在实施阶段,机电系统工程陷入尴尬的境地,如重视度不高。所以,需要严格验收程序。交工验收前,需要聘请资质较高的第三方来负责对工程质量进行评定。唯有质量符合《公路工程质量检验评定标准第二册机电工程》(JTG F80/2-2004)和各项质量要求,才能正式交工。针对检验评定中出现的质量缺陷,需要限期进行整改。同时,检验评定时也会碰到设计、施工环节考虑不全的情况;某些功能有待优化与完善;考虑到就行业发展或是管理需求,不得不新增其他功能模块等。上述反馈信息,能够帮助建设单位更好地从项目设计、施工等流程中做好规划,健全建设功能、确保安全运行,打造运行可靠的公路机电系统工程。

5.6 加强高速公路机电工程施工队伍建设

在高速公路工程中,施工队伍是施工活动最核心的主体。材料消耗、施工进度、安全以及质量,很大程度上决定了机电工程后期的效果。所以,打造优质的施工队伍成为机电工程质量控制的核心内容。为此,我们需要做好如下几点:一是管理人员应当注重自身能力和素养建设,掌握机电工程施工的技能和方法,形成大局观念,加强组织协调,编制科学的施工方案和工作技术,防止施工管理中遭遇严重漏洞或是安全隐患。二是组织技术人员参加专门的技能培训,引导他们掌握公路机电工程最新的施工要求与技术规范,夯实理论基础,提高个人的操作技能,对施工技术进行质量控制。三是注重人才培养,机电工程管理人员、组织者应注重培养优秀的机电技术人才,加强锻炼和培训,打造一直高要求、高素质的施工队伍。