高速公路隧道機電設施技術狀況評價方法研究

龍新明LONG Xin-ming

（云南省交通科學研究院有限公司，昆明 650032）

0 引言

高速公路隧道機電設施不僅更新迅速，而且品類眾多，負責信息的傳遞、數據的轉移和確保安全。所以評價高速公路隧道機電設施技術狀況能夠在第一時間找出問題并確認其運行的穩健程度。這種方法在某種程度上能夠有效地避免隧道事故的出現，并且也能夠作為機電設施升級的理論支持。所以，通過研究高速公路隧道機電設施技術狀況及其評價，能夠更好地幫助隧道維修部門識別出可能出現的安全風險，同時也能夠從更深的角度去探討這些問題的根源。

1 高速公路隧道機電設施技術狀況評價體系建立

1.1 評價指標的篩選

通常高速公路隧道機電設施由五個部分構成：供電和配電設備、通風設備、照明設備、消防設備以及隧道監控設備，具有多樣性、重要性、規模、聯系程度、問題引發的影響程度等特性。在構建評價指標體系之前，科學地挑選評價指標是必要的[1]。

首先，重要性。重要性主要表示能夠保存關鍵的指標信息。通常可以采用專家評價方式來進行這個系統的初步評價。如果在這個體系中的某個部分有M 個指標，向p 個專家咨詢，才能對三個評估建議做出數據分析。

集中程度。用Ei表示，公式為：

在式中：Ei表示第i 個指標專家意見的集中度；Ej表示第i 個指標第j 級重要性的重要程度；nij表示對第i 個指標被評價為第j 級的重要程度的專家人員數量。

協調程度。用變異系數Vi和協調系數k 表示，公式為：

在式中，Vi表示專家針對第i 個指標作出的評價工作的協調情況，公式為：

在式中，k 表示評價專家針對其中一層指標整體狀況進行評價工作的協調情況；Ei表示全部指標集中程度的均值。

其次，必要性。必要性是在組成指標體系的所有元素里，是否包含了對全局影響的重要環節，以及是否存在多余的元素[2]。具體而言：第一，通過計算得出相關指標的系數rij；第二，按照實際情況進行確定對相關系數的臨界數據M，如果rij≥M，則剔除權數小的指標χi或χj；如果rij

最后，完整性。完整性意味著評價標準體系是否足夠準確地展示了這個評價成果的目標與職責。其中，機電設施的主要內容是空氣流動、光線照射、監測、電力分發、火災預警裝置等，依據這些評價指數的關鍵性、必需性及全面性的需求，會對其進行挑選。

1.2 評價指標選取影響因素

由于隧道機械和電子設備的技術狀態的復雜性，在制定評價規則的流程中，采用總結與組織的策略，對交通領域的專家、隧道經營者、隧道監控橋梁站點等做出了全面且詳盡的考察，制定完善的評價規則，并構筑分級明確且合適的評價體系[3]。

①首先，高速公路綜合發展的協調性。隧道的設計僅為一個小型的結構，被高速公路串聯在一起，構建出網絡式的覆蓋。因此在確定評價標準時，必須考慮到其與高速公路的發展方向相一致，并且與高速公路的整體運行相匹配。

②其次，司乘人員的出行安全性。科技化和經濟化的隧道機械設備對確保駕駛者和乘客的安全出行起著關鍵的作用，這種方法可以降低隧道中的數值安全風險，同時也可以優化由此引發的數值安全風險，比如光照強度。

③最后，運營公司的管理效率。鑒于隧道的環境狀況極為惡劣，同時其內部的機械和電子設備種類繁多，這無疑會增加這些設備的故障率，縮短其使用壽命。因此，通過合理地選擇評價標準，能夠為這些設備的保養和修復工作提供科學的理論依據，從而降低運行成本，并提升其效益。

1.3 評價指標體系的建立

1.3.1 指標體系建立目標

通過全面評價方法來研究高速公路隧道機電設施備的技術情況，該目標旨在創建一個科學的評價指數系統，并運用科學的評價方法，從公正的角度對隧道的機電設備技術進行深入分析和全方位評估，從而為隧道的日常運營和常態維護提供強大的管理思想和戰略；對于隧道機電設備的缺陷進行辨認，清楚地了解其運行過程中的潛在風險，然后提供適當的防護方案以及糾正建議[4]。

1.3.2 指標體系建立結果

當對隧道機械系統進行全方位評估時，依照評價參數的影響元素以及挑選出的評估參數來做出決策。本研究呈現出與隧道機械設備技術狀況全方位評價有關的基礎參數框架。

第一層，評價目標，主要目標在于對隧道內的機電設備的技術性能進行評價，分為五個層次。

第二層，準則層，按照對隧道內機電設備的概述，主要由五個組成部分構成，將五個部分定義在B1 至B5 的范圍內。

第三層，標準層，其中包含了特定指標。關于五類機電設施在隧道中的附加和基本設備的主題。根據評價標準的篩選，供配電設施的標準層主要包括9 個，并用C11 至C19 來區分；照明設施的標準層則有2 個，并用C21 至C22 來區分；通風設施的標準層則有1 個，用C31 來區分；而消防設施的標準層則有8 個，并用C41 至C48 來區分；至于監控設施的標準層則有13 個。C51 到C513 的區域都被單獨標記出來。如圖1 所示。

圖1 高速公路隧道機電設施技術狀況評價指標體系圖

2 工程概況

婁山關隧道坐落在G75 蘭海高速K1177+095 的交界點，起始于南溪村楊家灣的大沽山北坡，一直延伸至大婁山脈，而隧道的終點則設立在桐梓縣造紙廠的右側的國道旁。婁山關隧道對G75 蘭海高速崇遵段起著關鍵的聯絡作用。2005 年12 月，隧道竣工并開通使用。隧道所在的地區位于黔北大婁山地區，冬季溫度適宜，夏季溫度適宜，氣候特征顯著，氣溫隨著天氣變化和晝夜溫差較大。婁山關隧道的右側全長1925 米，而左側全長1970 米，其設計標準是四車道的雙向通行；隧道凈空7 米，而且路面的寬度是10 米。在隧道中，共有2 個供汽車通過的橫洞，3 個供行人通過的橫洞。此外，在左側和右側的隧道里，還各自配備了2 個應急停車區。隧道總共配備了1096 盞照明器材，8 臺射流風扇，26 條監測視線。同時還配備了自動或者人工的火災預警系統、適配的水源滅火系統，以及78 只消防箱。此外配備了緊急求救電話、語音通訊系統以及緊急疏散指示牌等。隧道的建造方法是使用了拱形的結構，常規部分的空間占地61.378 平方米，拱形的建造方法還使用了噴錨支撐[5]。

3 高速公路隧道機電設施技術狀況綜合評價

3.1 綜合評價流程

經過詳細闡述評估目的之后，開始對高速公路隧道機電設備的狀態進行評估，其對評價對象的影響并非等同。通過采用層次分析法，對指標體系進行了深入的分級研究，并設定了一套全面評價的計算過程。其實施步驟如圖2。

圖2 綜合評價值計算流程圖

3.2 確定指標權重

3.2.1 構造判斷矩陣

利用專家調查問卷，獲取了各個子部門和子項目的詳盡權重評分表，經過去除最高和最低的得分得到平均數，這樣就能夠得到與指標體系相匹配的權重。以子部門設備為例，如表1。

表1 專家評分表

3.2.2 應用模糊評價法進行綜合評價

婁山關隧道評價等級如表2 所示。

表2 婁山關隧道評價等級

3.2.3 評價結果分析及整改措施

如表2 所示，“良好”的評價在全體系統中占有重要地位。具體來說，供電、照明和消防設備的情況分別達到了0.4481、0.4122 和0.3317，都在“良好”的范圍內，這意味著婁山關隧道自啟動運營至今，三項設備的技術性能都非常優秀。根據實際操作中的年度機電保養花費、保養頻率以及機電特定項目緊急修復的頻率，消防設備占比較大，其次是照明設備，而最后的花費和緊急修復頻率則是供電設備，這與預期的計算結果一致。根據測量，通風、監控和通信三種設備的狀態均達到了0.6128 和0.3947，屬于“一般”的水平。盡管在日常操作過程中，通風設備的維護頻次不是很頻繁，然而其維護成本卻比其他設備要高。而監控和通信設備的每一次的機電設施保養成本雖然不是很大，但頻繁度卻很高。通過使用最大隸屬度的方式來對整體的評價結果進行全面的解讀，然后按照這個順序，依照不同種類的設備的真實運行狀態，將其總體評定為“一般”的程度，具體數值是0.3541。所以，婁山關隧道的評定等級是“一般”[6]。

在使用加權平均法的情況下， 選擇 V =（35，45，65，85，95），可以得出供電設備的狀態數據是72.439，照明設備的狀態數據是81.497，通風設備的數據是81.564，消防設備的數據是75.6335，而監控和通訊設備的數據是76.551，綜合評價是76.105，這表示該隧道的技術情況較好。

為了更有效地管理高速公路隧道的機電設施，同時也為高速公路的運營者帶來良好的經濟和社會收益，本文依據評價結果提出在以下幾個層面上對于隧道機電設施進行深度的管理和增強：

①在全面借鑒了我國各個省份以及海外的高速公路隧道機電設施保養與修復的技術與策略后，找到符合喀斯特地形、眾多的山脈與隧道的具體管理策略，能夠有效地整合各種信息，使之成為一個完整的、標準的高速公路隧道機電設施的保養與修復的全面管理體系。

②根據該隧道的具體狀況，需要增強對隧道運營團隊成員的專業知識和實踐技巧的教育，構建基于運營團隊的高速公路隧道的各種應急計劃，同時也需要根據隧道管理部門例如橋梁隧道站的各種緊急事件的處理計劃；遵循“安全優先、防范優先、綜合治理”的準則，需要加大安全檢查力度，逐漸優化并修改各種緊急救援機制和協同工作。

4 結論

本文對高速公路隧道的機電設施進行了全面的探討和分析，機電設施主要由五大部分組成，包括供電、通風、照明、消防、監控和通信。通過層次分析法研究婁山關隧道機電設施技術狀況，據此提出優化婁山關隧道機電設施管理優化策略。