高速公路機電工程系統集成設計與施工分析

姜原慶

（重慶巫鎮高速公路有限公司，重慶 巫溪 405899）

0 引言

高速公路作為我國基礎建設的重要組成部分，承擔著方便居民出行、縮短地區之間距離、促進地區之間經濟發展交流的重要任務。高速公路機電工程系統能夠大幅度提升高速公路管理人員的工作效率與工作質量，為高速公路的車輛通行效率與安全提供更好的服務。目前，機電工程系統在高速公路環境下的應用狀況仍存在進步空間，在集成設計與施工管理方面可謀求新的突破。

1 高速公路機電工程系統集成設計

高速公路機電工程系統的集成設計，主要包含以下四個方面：第一，用戶界面集成。用戶界面集成是將軟件中的所有可用功能入口進行再次編輯，使其能夠通過同一頁面進行轉跳，改變原有用戶頁面分散凌亂的情況，卻不改變原有的操作方式，便于用戶使用。第二，信息數據集成。要求高速公路機電工程系統中的多個子系統所采集到的數據，以統一格式及儲存方式進行收錄與處理，使不同子系統所采集的數據能夠進行綜合管理，在分系統數據存在的前提下可實現數據共享。第三，業務流程集成。業務流程集成是將具有一定相似性的業務進行整合集成，使其統一設計管理，在保證數據獨立存在的前提下進行數據共享。第四，函數集成。函數集成要求高速公路機電工程系統中的各個分系統功能數據全部集成優化，使整個運營管理系統實現集成統一，提升管理效率[1]。

2 高速公路機電工程系統施工

現階段高速公路機電工程系統通常包含四個主要子系統，分別為監控系統、供配電照明系統、通信系統與收費系統，另外還存在部分用于輔助日常工作運行的其他系統，具體組成情況如圖1所示。

圖1 高速公路機電系統組成

2.1 監控系統

監控系統是高速公路機電工程系統的關鍵組成部分，承擔著監控環境、監控車輛、指揮調度的重要任務。監控系統應用于高速公路，首先可保障當前路段所行駛車輛的行駛效率與行駛安全，其次會對天氣及路況進行關注，一旦出現特殊情況或惡劣天氣，可通過信息發布系統及時指揮調度附近車輛，確保其能夠應對特殊情況或惡劣天氣，保障高速公路路段行駛車輛安全，降低事故發生率，保障通行質量。

高速公路機電工程系統的監控系統主要由外場設備與監控中心兩部分組成。其中，外場設備包含通道監控、主線監控與入口匝道監控等多個部分的外部攝像網絡以及可變限速板、氣象檢測器、車輛檢測器等多種設備。監控中心則包含閉路電視監控系統、計算機等。外場設備所采集到的圖像與信息都將統一集中到監控中心進行分析處理，并由監控中心根據外場反饋信息進行設備調整與指揮調度[2]。

2.2 供配電照明系統

供配電系統的主要作用是保障高速公路機電工程系統的24小時平穩運行，是整體高速公路機電工程系統工作的基礎保障。供配電系統通常由低壓配電系統、供電系統、照明系統等組成。

在供配電照明系統的設計與施工過程中，由于隧道路段具有一定特殊性，應對隧道照明燈具的設計進行重點關注，充分考慮天氣、氣候、車流量等多種因素，在燈具選擇與調光控制、照明強度、光源位置等多個方面進行調試與優化，并進行車輛行駛模擬測試，根據測試結果進行進一步調試，以保障車輛行駛安全。此外，需在隧道路段配備應急電源，一旦發生照明故障可及時啟動，以避免事故發生。

根據現階段環境保護與資源節約要求，高速公路機電工程系統應盡量進行節能設計，在保障實際使用功能與施工要求的基礎上，需優先選擇能耗較小、功率較小的照明設備。

2.3 通信系統

通信系統是高速公路機電工程系統的“中樞神經”，是維持高速公路管理、收費、車輛行駛的必要保障，能夠幫助高速公路工作人員快速且及時地進行信息溝通、了解行車情況，保障高速公路通行率。高速公路機電工程系統中的通信系統通常由緊急電話、通信電源、光纖數字傳輸、程控用戶交換等多部分組成，能夠實現數據傳送、即時通話、圖像傳輸、廣播等多種功能。隨著通信技術的不斷進步，現階段應用于高速公路的通信設備已更新至千兆以太網與SDH光同步數字傳輸系統，可以實現語音、視頻、數據三合一傳輸。

在進行高速公路通信系統的安裝時，應在初步安裝完畢后對各個環節進行測試。待階段性調試完畢后，再進行整體性測試，最大限度地保證通信系統的流暢性與及時性。對于后續使用過程中可能出現的諸多問題，在前期設計與安裝環節應有針對性地加以優化，例如為避免通信設備出現問題，應在正式安裝前進行儀表測試；為提升通信信號質量，提前對線纜進行耐久性、防腐性、傳輸質量等方面的檢查與測試等，這些措施可有效降低通信系統故障率。

2.4 收費系統

收費系統也是高速公路機電工程系統的重要組成部分，其主要作用為收費以及數據收集與統計備份。收費系統會對車流量、所經過車輛的車牌號及型號、汽車類型等數據進行收集備份，以便后續進行數據分析及查找調取。

同時，收費系統還能在一定程度上對高速公路各路段的車輛運行情況進行監測，提升相關工作人員對通行情況及道路安全的把控。

高速公路收費系統主要依靠車牌識別器、ETC天線、車道檢測器、費用顯示器及報警系統等多種車道設備完成整個收費流程，現階段所有收費系統設備均已實現網絡連接，能夠通過互聯網快速傳輸數據，實現快捷收費。目前，我國大部分高速公路仍然采用半人工、半自動的收費模式，先通過車牌識別設備對車輛信息及車牌號的內容進行采集，再通過計算機對應收取的金額進行計算，最后由人工進行收費或由ETC系統直接扣費。ETC收費模式由于能夠使通行更加便捷、快速而逐漸受到用戶青睞，使用率呈穩步增長趨勢。

由于所有收費系統的組成部件都需要實現物聯網，將所有設備與服務器及以太交換機進行連接，在設計與安裝階段應充分考慮設備的安裝位置與信號接收等要素。在完成初步安裝后，需進行模擬測試，對收費系統的實際使用情況進行評估，一旦出現問題及時優化改進，保障后續收費系統的正常運行。

3 高速公路機電工程系統集成設計與施工流程分析

高速公路機電工程系統的集成設計與施工可以粗略分為三個階段。

首先，聯合設計階段，圖紙通常由具有交通工程甲級設計資質的單位完成，根據承包人的設計資質，可對圖紙或圖紙局部進行一定程度的變更優化。整體項目工程完整的設計應包含施工現場調查、系統方案、系統組成、系統運行、操作流程等硬件和軟件的具體設計規劃。在實際設計過程中，設計單位與業主單位、承包人、設備廠商應共同確定設計中的部分關鍵內容，避免在實際施工過程中，由于前期設計漏洞延誤工期或導致質量問題。為保障整體項目質量，在進行聯合設計的過程中，相關單位應對設計方案與所選擇的相關設備進行嚴格的質量把控，應在專業設計人員與廠家人員的建議支持下對設計圖紙及設計文件進行質量控制。項目部相關管理人員在聯合設計過程中還應自覺承擔起流程溝通及推進任務，以保障聯合設計的順利推進[3]。

其次，設備采購階段，高速公路機電工程系統使用的設備，在聯合設計階段已初步確定，為進一步保障所使用設備的整體質量，還需由相關工程師及項目負責團隊進行出廠檢測，對設備的使用材料、產品性能、實際使用狀況等多種因素進行測試。測試時間與測試內容應由相關工程師與承包人進行協商。在采購階段，還需要對設備生產廠商進行篩選，在滿足投標文件設備品牌與型號的基礎上，可優先選擇有過合作經驗的廠商，以節約溝通時間，保障設備質量。在整體設計施工時間較為緊張的情況下，可允許聯合設計與設備采購交叉進行。

最后，在實際施工階段，相關建設管理團隊應對施工過程進行嚴格的質量把控，包括工人技術交底、設備前期檢驗、實際施工與安裝，安裝后測試等多個流程與細節，均需實時監控與多次確認，既要保證一切施工都嚴格按照前期設計執行，又要保障所有流程都符合相關施工要求。

4 現階段高速公路機電工程系統常見問題

4.1 建設與運營相脫節

我國向來極為重視基礎設施建設，在交通運輸建設方面投入了大量人力物力，大力提升居民生活水平與交通運輸質量。高質量的高速公路可為居民日常出行提供基礎設施保障，進一步促進物流行業及其他依賴交通運輸行業的發展。目前，我國在高速公路建設、相關配套設施建設等方面均已具備較高水平，但在使用過程中，時常出現后續運營模式與前期建設相脫節現象。主要表現為高速公路機電工程系統的建設需求與實際運營需求不匹配，導致后續實際使用過程中容易出現各種不便現象，不利于高速公路機電工程系統管理，也容易造成工作上的不便。

4.2 機電系統設備管理不規范

相較于城市公路，高速公路路段的機電系統設備面臨的工作環境更加惡劣，因高速公路的特殊性，對高速公路路段機電系統設備工作質量的要求反而高于城市公路，需要高速公路路段相關管理人員具有較高水平的機電系統設備管理能力。就目前而言，高速公路機電工程系統管理普遍存在一些不規范現象，其原因主要有：首先，技術限制，一方面國內生產企業無法達到高速公路建設要求，高速公路路段所使用的機電系統設備部分零部件需依賴國外企業進口。另一方面在進行集成設計與安裝階段，需要依賴國外生產企業所提供的設備才能進行相關工作。其次，國外先進設施的引入也導致了管理難度的提升，雖然國外先進設備能夠提升我國高速公路機電工程系統運行質量，但由于這些設備缺乏相應的規范管理標準，管理部門很難實現高效高質管理。

4.3 缺乏專業管理人才

現階段，我國高速公路機電工程系統建設仍處于初始起步階段，機電工程系統控制管理缺乏經驗豐富和具備專業知識的優秀管理人才。現有的管理人員通常在專業技能或工作經驗方面有一定欠缺，需進行專業化培訓。專業管理人才的欠缺導致我國高速公路機電工程系統管理在短時間內難以實現更快速發展。此外，具有豐富工作經驗及管理經驗的管理人員，難以適應更新換代速度極快的各種新式設備，對新設備與新技術接受較快的年輕骨干卻缺乏豐富的工作經驗與管理經驗。

5 高速公路機電工程系統集成設計與施工優化策略

隨著時代發展與科技進步，越來越多的新型技術與設備面世，其中有一些設備在經過初步使用與實驗后被證實能夠進一步促進高速公路機電工程系統的應用質量與服務效率，因此，相關設計與施工人員應積極獲取和學習、掌握新型技術與設備，提升高速公路機電工程系統的先進性。目前，已經過初步認證并可投入使用的新型技術與設備主要有：其一，高速公路防霧燈。在雨霧天氣下，防霧燈能夠發揮其良好的引導作用，幫助車主獲得更好的行車視野，大幅度減少特殊天氣下因視線受阻而導致的交通事故。防霧燈在安裝時應明確安裝高度，精準計算駕駛人員視野范圍，并嚴格把控縱向燈具，提升防霧燈的實際作用效力，最大限度地滿足駕駛人員的視野需求，減少事故發生率。其二，大數據賦能高速公路智慧服務區的構建。大數據賦能高速公路智慧服務區能夠通過大數據、云計算等多種先進互聯網技術實現服務平臺構建，滿足居民日常出行所需，在一定程度上可以減少高速公路服務區工作人員的工作壓力，提升整體服務區的服務質量與服務效率。大數據賦能高速公路智慧服務區能夠為居民提供智慧停車、服務區狀態實時查詢、線上購物等多種服務。其三，高速公路機電工程系統維護管理的科學評估優化，即維護評估與維修評估，可有效匯總收集各種設備的維修記錄與維護信息，在幫助維修人員提升維修技術的同時，使高速公路機電工程系統管理人員對各種設備的損壞頻率、損耗速度、保養效果等信息有更深的了解，有效提升了后期在管理維護與設備更換等方面的施工質量[4]。

6 結語

高質量的高速公路機電工程系統能夠為道路安全行駛與高效益運營創造良好保障，進一步促進我國基礎設施建設發展。因此，相關工程施工人員應在集成設計、多個子系統設計施工、調試、后期管理、創新發展等多個方面進行優化與完善，以保障高速公路機電工程系統的應用質量與運行效率。