高速公路机电工程智慧运维管理系统.pdf

总663期2023年第33期（11月 下）0 引言随着交通运输行业的快速发展，我国的高速公路建设愈加完善，为确保交通通行安全，提高高速公路运营能力和服务水平，大量照明、通信、监控、收费等机电设备在高速公路建设中得到了科学应用，有效促进了高速公路的高效稳定发展。行业主管部委、交通运输部印发多项政策，营造良好的创新发展环境，交通运输领域新型基础设施建设方案数字交通“十四五”发展规划交通创新发展规划（20212035年）等要求积极推动交通运输高质量发展，提升交通运输智慧发展水平。现阶段，我国的高速公路机电工程运维管理系统还不够完善，普遍存在管理难度大、效率低等问题，影响机电设备相关功能的有效发挥。为此，本文针对高速公路机电智慧运维管理系统进行综合分析，旨在提高高速公路机电设备运维效率，保证交通运输安全。1 公路项目机电运维系统常见问题1）无法实施全生命周期监管：机电设施运行环境复杂、种类繁多，单凭传统运维管理方式，无法找到关键所在，造成大量道路信息被忽略，信息反馈偏差大，使用效果不理想；2）无法及时发现故障设备：机电设施产生故障后，通常不能及时发现，仅仅依靠定期维修检查或信息反馈发现故障，导致设备维修不及时；3）无法快速排查问题：传统运维管理主要依靠人工完成，管理人员对设备故障情况了解不充分，需通过现场逐一排查，耗费时间较长，故障排查难度较大；4）运维评估体系不健全：运维评估对象不全，评价指标大多采用机电设施正常运行状态下的单一指标，存在较大局限性，评估结果存在片面性。2 机电智慧运维系统搭建思路根据现阶段机电运维系统存在缺陷，搭建智能高效的机电智慧运维系统，能有效提高机电设备维护管理质量与效率，保证机电设施的安全稳定运行，对实现公路资产的安全管理具有重要意义。1）机电智慧运维主要作用是全方位了解机电设备工作状态，为机电设备管理养护部门提供准确有效的养护信息，确保机电管养部门及时进行维护管理，从而保证机电系统平稳运行。机电工程智能运维体系构建过程中，需注意如下几点：全面掌握设备工作状况及工作参数。设备运行期间，对其性能实时监测，以准确掌握机电设施实际工作状况及工作参数，有效评估设备工作状态；及时发现设备运行存在问题。机电智慧运维系统搭建应充分考虑机电设备运营安全，及时发现设备运行中存在的安全问题，提高设备检修、维护效率；实现对公路的全面监控，确保交通运输安全。2）根据机电运维基本现状，并充分考虑公路项目机电设施运维系统实际需求，提出机电智慧运维系统搭建思路，具体如图1所示。图1 机电智慧运维系统框架3）机电智慧运维系统是一项全方位的管控体系，收稿日期：2023-03-17作者简介：范硕凯（1987），男，山西晋中人，从事高速公路服务区管理工作。高速公路机电工程智慧运维管理系统范硕凯（山西平榆高速公路有限责任公司，山西 晋中 031800）摘要：为确保高速公路安全稳定运营，对高速公路机电工程智慧运维管理系统进行研究，分析了高速公路机电运维系统常见问题，阐述了机电智慧运维系统的搭建思路，并提出了与BIM+GIS、数字孪生、边缘计算、AR等关键技术融合发展的构想，为高速公路机电工程智慧运维管理系统的高效运行提供技术保障。关键词：高速公路；机电工程；智慧化运维管理中图分类号：U495文献标识码：B158交通世界TRANSPOWORLD能够准确、高效地为管养部门提供监控、预警、运维评估、远程管理等各项服务，保证机电设施全程智慧化运维，实现科学化评价，提升机电设施维护效率，降低维护成本，提高设备运行的综合效益。机电智慧运维系统功能架构如图2所示。图2 机电智慧运维系统功能架构4）运行监测：机电设施的正常运行是高速公路安全稳定运营的重要保障，出现问题及时处理。运行监测系统主要是对各种设备的运行情况实施全面监测，将所有设备存在的运行问题及健康状况全面呈现出来，确保设备管养部门及时发现并解决设备存在故障；5）设备管理：该系统作为资产管理体系的重要组成部分，能有效完成对体系内部各种设施的集中管控，完善设备库存管理程序，使库存信息处理更加标准化、高效化。设备管理系统包含设备管理、库存管理、机构管理三部分。设备全寿命周期管理如图3所示。图3 设备全生命周期管理6）运维管理：运维管理系统主要针对机电设施的维护实施制定、审核、执行等程序及人员的管理。具体包含机电设施故障处理，检查、维修、保养等；7）统计管理：利用统计报表、运行分析、评价、建议等组成统计管理系统；通过运行分析，向管理者提供设备健康状况、故障原因及基本性能等状况；通过运行评价，完成用户评价、设备管理、运维服务等；8）知识库管理：知识库主要是根据运维实践经验及设备日常维护、保养知识等不断优化建立的综合性知识库系统，结合运维助手，完成知识检索、维护、发布及管理等工作，借助工单信息处理功能完成各项数据的及时传输，从而实现信息处理的智慧化；9）系统管理：该模块主要是对各系统实施综合管理的关键模块，可为各系统提供管理机构及职能管理功能；10）移动端：运维移动端主要利用计算机技术完成运维管理，为运维管理人员提供科学高效的服务。运维管理人员通过移动端实现对工单的收发、整理等，并结合实际需求确定管理服务信息，具体包含设备检索、工作状态、事务提醒等。3 机电智慧运维系统与关键技术的融合当前，科技突飞猛进，BIM、数字孪生、边缘计算、AR等一系列先进科技手段在公路运输行业得到了大规模应用，给公路工程机电运维管理系统的更新带来新的发展机遇，促进机电运维管理系统进步与发展。3.1 与BIM+GIS的融合BIM主要是通过构建虚拟化数字模型，将基础设施的基本性质及功能呈现出来；GIS 则是通过计算机系统，对地球表面的地理分布信息实施采集、整合与分析，是一项综合性技术系统。BIM主要对象为项目本身，而GIS则主要针对项目外部环境数据，BIM+GIS的有效融合实现了项目建设内外系统的整合。3.2 与数字孪生的融合数字孪生是一项综合性技术手段，主要通过物理模型、传感更新等各方面信息，在仿真模型中对相关数据实施处理，从而将机电设备全寿命周期的运行状况反映出来。通过与数字孪生技术的融合，机电工程智慧运维管理系统能全面收集既有系统信息，帮助建立运检、调度体系，完成对运检体系的优化和调整，形成“传统信息-设施模拟-分析采集-体系构建-资源优化”的资产管控体系，促进机电设施运行状态全景化，信息处理智能化。3.3 与边缘计算的融合通过边缘计算技术，将前端收集的相关信息，如运行基本信息、经边缘计算处理后的相关信息等，整体反馈至控制中心，根据设备运行状态智能化信息采集系统，并利用自动识别设施接口功能，实现对各种设施运行数据的智能化采集。对采集到的基础数据实施科学分析与处理，准确判定设备运行状态，从而及时作出有效处理，以有效提升设备运维效率，减轻中心系统工作压力。159总663期2023年第33期（11月 下）3.4 与AR的融合AR技术利用语音视频、动态标记等各项功能完成远程管控，以有效提升设备运维效率，同时能够利用实时标准功能完成相关意见的真实展示，将信息清晰呈现在人们面前，有效增强远程协作语音视频通讯功能。利用AR技术，机电工程运维管理人员可借助AR眼镜或相关先进设备对机电设施实施全方位维护管理，实时监测机电设备运行状况，及时了解运行状态，发现设备故障第一时间进行处理，若故障处理难度较大，可在线求助业务专家，由专家进行远程指挥，及时处理运维难题，最大限度保证机电设备运维管理效率。4 结束语综上所述，高速公路机电工程智慧化运维已成为时代发展的必然趋势。未来公路项目机电工程运维管理系统必将实现与各种关键技术的融合发展，完成单一设备管理系统向综合管理系统的科学转变，并逐步由被动模式转变为自主模式，根据运维管理特点，借助科技手段，全面完成对机电工程设施的系统化管控。同时，利用对高速公路机电工程设施运行信息的收集、整合及挖掘，能充分发挥信息群集效用，为机电设备运维管理人员提供更加全面、准确的运行信息，方便管理人员及时发现并解决存在问题，提高设备故障排除效率，保证高速公路运行安全。因此，未来高速公路机电工程建设应紧跟时代发展潮流，科学融合先进技术，实现机电工程运维管理系统的智能化，有效提升运维管理质量与效率，保证高速公路安全稳定运营。参考文献：1 贾冶.传统集成商在智慧城市大潮中发展转型的思考及做法论智慧交通（物联网）在传统高速公路运维中的应用J.智能建筑与智慧城市，2016（5）：48-52.2 郭晓澎，杨莹，张佳鹏，等.基于互联网+的高速公路机电设备运维管理系统J.电子技术与软件工程，2017（14）：195-196.3 马亚栋.高速公路机电系统的智慧运维模式应用J.运输经理世界，2021（30）：155-157.4 余芳强，曹强，许璟琳.基于BIM的医疗建筑智慧建设运维管理系统研究J.上海建设科技，2018（1）：30-34.5 王洋.高速公路机电系统运维养护新趋势C/第十三届中国智能交通年会大会论文集.北京：电子工业出版社，2018：844-850.6 丁楚吟，谢竞成，徐甲，等.基于检测器数据质量诊断的SCATS系统精细化运维C/第十三届中国智能交通年会大会优秀论文集.天津：2018第十三届中国智能交通年会学术委员会，2018：317-323.土摩擦力达到最大值，占总荷载的59.93%，而桩底和根键承受的荷载比例分别为12.06%和28.01%。如果继续增加荷载，桩土摩擦力比例会减小，而桩底和根键承受的荷载比例会增大，将导致更大的桩顶沉降量。根键在加载过程中承受了较大的阻力，占总阻力的 28%36.37%。荷载增加时，这一比例也随之上升。这说明根键有效地分散了上部结构承受的荷载，降低了桩顶的沉降量，提高了根式桩基的承载能力。4 结论本文采用承载力自平衡现场试验数据与数值模型拟合相结合，验证了桩基础承载数值模拟的可靠性，研究发现：1）根键段对于降低单桩竖向抗压极限承载力有着重要作用。另外，由于根式桩基础的上半部没有根键段，其轴力变化与荷载大小无关，只与土层性质和入土深度有关。2）当桩顶竖向沉降超过40 mm后，曲线斜率变得平缓，根键提高承载力效率趋于稳定，在较大的沉降范围内，根键发挥了充分的作用。3）根键在加载过程中承受了较大的阻力，占总阻力的 28%36.37%。荷载增加时，这一比例也随之上升。这说明根键有效地分散了上部结构承受的荷载，降低了桩顶的沉降量，根式桩基的承载性能得到提高。参考文献：1 黄天艺.循环荷载作用下桩-土相互作用数值模拟研究J.新型工业化，2020，10（3）：154-157.2 刘阳，李书兆，孙国栋，等.吸力桩基础承载性能模型试验及数值模拟研究J.中国海上油气，2022，34（2）：194-202.3 潘正中，周洋，李国维，等.基于单桩承载力现场试验的负摩阻力数值研究J.公路交通科技，2022，39（11）：36-42.4 徐小文.水闸复合桩基础优化及承载力特性研究J.陕西水利，2023（1）：27-29.（上接第139页）160