浅析高速公路机电设施的运行与维护

柳 力

引言

对于交通工程而言，高速公路机电系统属于基础的管理设施，高速公路机电系统不仅能够有效促进高速公路运输业的稳定发展，同时，还能保障高速公路的运输安全等。本文探讨高速公路机电设施的定义、分类、现状、运行、维护、运行管理与故障诊断，以及安全管理与应急措施。希望为高速公路机电设施的运行与维护提供一定的参考和指导。

一、高速公路机电设施的概述

（一）高速公路机电设施的定义

高速公路机电设施是指在高速公路上所涉及的各种机械和电气设备，用于保证道路运行安全和顺畅的关键要素。包括收费站设备、路灯照明设施、交通监控设备、隧道排烟设备、千斤顶设备、电子收费系统、供电系统和通信设备、高速公路标志和识别系统（交通指示标志、电子显示屏、导航系统）、环境监测和治理设施（噪声监测器、环境污染控制设备）等。

（二）高速公路机电系统的分类

高速公路机电系统由监控系统、通信系统、收费系统、低压配电设施、照明设施、隧道机电设施组成，如图1所示。监控系统设施包括监控摄像头和相关监控设备，用于实时监测交通状况、安全事件以及交通违法行为。通信系统设施用于实现高速公路与相关机构和用户之间的信息传递和通信。收费系统设施用于实现高速公路的收费和交通流量统计。低压配电设施用于供给高速公路机电设施的电力需求。照明设施包括路灯和隧道照明系统，用于提供夜间行车的照明和隧道内的照明。隧道机电设施由通风系统、排烟系统、泵站、消防设备等组成，用于保证隧道内的空气质量、安全以及紧急情况下的灭火等措施。[1]

二、高速公路机电设施的现状

机电工程属于高速公路建设中的附属设施，在高速公路施工管理中经常不被重视，据调查，不同高速公路机电工程投资仅占总投资的1%～3%。高速公路机电市场的变化与政策息息相关，近年来，受取消省界收费站、视频云联网等政策驱动，高速公路机电市场迎来新的增长点。高速公路建设逐渐发展，对各项机电系统的引进越来越普遍。当前已经形成以计算机网络系统、通信系统、多媒体系统、电子系统、消防系统以及供配电系统等共同构建的机电体系。交通信号灯的布局和设计逐渐优化，采用智能化控制系统，能根据交通流量自动调整信号灯的时序，提高交通效率和减少拥堵。高速公路上安装了大量的监控摄像头和传感器，用于实时监测交通状况、车辆流量和道路安全。逐渐推广使用电子收费技术，取代传统的人工收费方式。提高了收费效率，减少了交通堵塞，提升了用户体验。高速公路上的照明设施采用LED技术，提供良好的照明效果，提高夜间行车的安全性。高速公路上的通信设备包括无线网络、应急通信系统等，用于实现车辆之间和车辆与交通管理中心之间的实时通信，提高交通管理效率和应急响应能力。高速公路机电设施的现状不断得到改善和升级，通过智能化技术的应用，提高了交通效率和安全性。

三、高速公路机电设施的运行

（一）设备运行监测与数据分析

设备运行监测和数据分析，是高速公路机电设施运行非常重要的环节。通过监测设备运行状态，以及对数据进行分析，可以及时发现设备在运行中出现的异常现象和故障，以此保障设施的正常运行。其中，设备运行监测与数据分析的做法有设备的监测、数据采集与分析、故障诊断和维修、预防维护和优化等。利用监测系统设施，可以对设备进行实时监测。与此同时，可利用摄像头来监测设备的运行状态和环境情况，通过传感器监测电压、电流、温度等参数，对设备的运行状况进行实时监控。监测设施会不断通过传感器、仪表或监控系统采集设备的运行状态、使用时间、能耗等信息。对采集到的设备运行数据进行分析，可以发现设备的健康状况和潜在问题。使用数据挖掘和机器学习技术，对设备运行数据进行模式识别和异常检测，预测设备故障和维护需求。基于数据分析的结果，可以对设备进行故障诊断，并及时采取相应的维护措施。通过分析设备的数据，发现设备的能耗异常增加，可能提示设备存在故障或运行不正常，需要进行检修或更换设备。对设备运行数据进行分析，根据设备运行数据的分析结果，可以制定合理的维护计划，预防设备故障和损坏。

（二）维护管理与策略

通过制定全面、科学的维护计划，定期对高速公路机电设施进行巡检，以发现潜在的故障和问题。巡检包括设备运行状态检查、连接与固定环境检查、磨损与老化情况检查、清洁状态检查、警示标志和标示检查等预防性维护，可以根据设备的使用寿命、设计寿命和制造商的要求进行，并减少设施的损坏和维修成本，及时处理设施的故障和问题，减少对交通的影响和风险。建立紧急响应机制和故障维修团队，能够快速响应和解决设施故障，采集设施运行数据，并进行数据分析，发现设施的潜在问题和改进机会。基于数据分析的结果，制定优化措施，提高设施的运行效率。持续对维护人员进行培训，使其具备维护设备的专业知识和技能。同时建立知识管理系统，通过记录和分享经验教训，提高维护人员的综合素质和工作能力。与设备供应商、维修服务供应商等建立良好的合作关系，确保设施的正常供应和维修保养。制定合理的合同管理机制，监督和评估服务供应商的绩效。高速公路机电设施的运行维护管理需要有系统的规划和科学的方法，以保证设施的安全运行、延长设施的寿命。

四、高速公路机电设施的维护

（一）日常维护措施

定期对机电设施进行除尘、除污、腐蚀防护，检查设备的运行状态、连接是否正常、磨损和老化情况等，确保设备保持良好状态，定期对机电设施的移动部件进行润滑维护，根据设备的要求，定期给设备加油、加润滑剂等保养工作来延长设备的使用寿命。定期检查设备的电气连接，确保电气连接良好，防止因不良接触导致电气故障或火灾事故。对设备进行巡检，查看设备运行状况和环境情况。检查设备的机械部件是否运转正常，是否有异常声音和振动等，根据设备的使用寿命和制造商的要求，定期对设备进行检修和更换。对磨损严重的部件进行维修或更换，对照明设施进行定期检查和维护，检查是否有灯泡烧坏、灯杆倾斜等情况，并及时更换损坏的灯泡和修复倾斜的灯杆。及时处理设备的故障和紧急情况，尽快恢复设备的正常运行。建立紧急维修团队和应急响应机制，快速响应和解决设备故障，减少对交通的影响。建立维护记录，记录设备的维护情况、维修和更换记录。维护过程中需严格遵守安全操作规程，避免对设施和人员造成损害。

（二）定期维护计划

机电设施需根据其使用特点，需要加强日常维护，提升使用性能和综合作用，确定每个设备的维护频率，根据设备的类型、特性和制造商的建议进行衡量。明确每次维护所需进行的具体工作内容，维护内容应根据设备的要求和使用情况进行安排，制定详细的维护操作指南，维护操作指南应明确维护人员的工作要求，建立维护记录和报告系统，记录每次维护的具体情况和结果。对维护人员进行培训，使其掌握维护操作的技能和知识。培训内容可以包括设备的结构和原理、维护操作指南、安全操作规程等，定期评估维护计划的执行效果，并根据评估结果进行优化。

五、高速公路机电设施运行管理与故障诊断

（一）设备运行监测与数据分析

高速公路机电设施的设备运行监测与数据分析是指通过使用监测装置和数据采集系统，实时采集和记录设备的运行数据，通过数据分析，评估设备的状态和性能，提前发现故障，避免设备故障对交通安全和通行效率造成不利影响。确定需要监测的设备运行参数，根据设备的特性选择合适的监测参数。并建立设备运行数据采集和存储系统，保证实时采集设备运行参数的数据，并对数据进行合理存储和管理。数据采集设备可以通过有线、无线或互联网等方式将数据传输到数据分析系统。当进行设备运行数据处理和分析时，可以利用专业的数据分析软件或算法来辅助工作。[2]使用Excel、Python、R等数据处理软件或者使用SPSS、SAS、STATA等统计分析软件进行统计分析、回归分析、变量关系探索。通过对数据的统计、比较和分析，发现设备的异常情况和潜在故障。

（二）故障诊断与维修策略

利用PLC技术可以监测各种传感器和设备的状态，通过编程逻辑进行故障诊断。一旦系统出现故障，PLC可以记录相关的故障代码和报警信息，指示出具体的故障位置和类型。支持远程监控和控制功能，通过网络连接和远程访问，实时监视设备状态、修改参数和执行诊断操作。简化维修过程，快速定位故障，减少维修时间。记录设备故障和维修记录，故障代码、维修时间和维修方式等，并对这些数据进行统计分析，评估设备的可靠性、维修效率和维修成本。根据设备的特点和故障现象，选择合适的故障诊断方法，通过设备的外观检查、传感器的数据监测和分析、设备经验和专家系统的运用等手段，确定故障的类型和原因。使用预防性维修、修复性维修、备件更换和升级改造等措施，预防故障的发生。

六、高速公路机电设施安全管理与应急措施

（一）高速公路智能巡检管理系统

高速公路智能巡检管理系统是一种结合传感器技术、物联网、大数据分析等技术手段，对高速公路的状态进行实时监测和评估的系统。该系统通过实时监控和及时响应，可以有效预防和处理突发事故、故障和安全隐患，提高高速公路的通行安全和效率。为了实现高速公路机电设备的智能化，需要先建立一个完善的高速公路智能巡检管理系统来指导和规范管理行为，从而提高管理效率，确保智能化机电设备的正常运行。高速公路智能巡检管理系统可分为移动端巡检系统和桌面端管理系统，如图2所示。移动端巡检系统可进行事件上报，巡查点打卡等操作，而桌面端管理系统可以进行人员信息查看，轨迹回放，数据管理等操作。结合巡检人员的实地巡查，对高速公路设施进行智能化管理和监控。高速公路智能巡检管理系统的应用能大幅提升巡检的效率和精度，加强对高速公路设施状态的监测和管理，提高安全性和运行效率。同时，通过数据分析和智能化的管理，能够及时发现问题和异常，快速处理并提供数据支持，提升整个运维管理的水平。[3]

图2 高速公路智能巡检管理系统

（二）高速公路机电设备智能故障检修系统

高速公路机电设备智能故障检修系统是一种利用先进信息技术和智能化技术，对高速公路机电设备的故障进行智能化检修和管理的系统，如图3所示。机电设备智能检测系统综合管理模块主要承担整个检测系统的管理任务，借助资源管理实现对系统中高速公路机电设备信息的管理。首先，系统通过应用人工智能技术和数据分析算法，对机电设备的故障进行诊断，同时收集和分析设备的传感器数据，检测异常和故障，确定可能的故障原因；其次，系统通过数据分析和机器学习等技术，对收集到的数据进行分析和比对，利用故障诊断算法和模型，准确地识别设备故障的类型、特征和位置，并提供准确的诊断结果；最后，系统根据故障诊断结果，为维修人员提供修复策略和指导，并对设备故障、修复历史和维修记录进行管理和追踪，减少人为错误和延误。[4]

结语

高速公路机电设施的运行与维护是保障高速公路安全畅通的重要环节。本文通过对高速公路机电设施的概述，现状分析和运行管理等方面进行深入探讨，可以发现其对高速公路运行和维护具有重要意义。呼吁相关部门和管理机构重视高速公路机电设施运行与维护，加大投入和管理力度，建立完善的设施运维体系，确保设施的持续运行和安全性。同时鼓励学术界和业界加强合作，共同研究和解决机电设施运行与维护中的技术难题和问题，推动高速公路交通运行的发展和提升。