吉林大学学报(工学版) ›› 2026, Vol. 56 ›› Issue (1): 170-182.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20240711

• 交通运输工程·土木工程 • 上一篇    下一篇

高速公路机电设备动态运维评价及预测性维护

张毅1(),陈莎雯1(),陈艳1,范翔宇1,王思祺2,吴欢2,焦鹏飞3   

  1. 1.浙江高信技术股份有限公司，杭州 311199
    2.吉林大学 交通学院，长春 130022
    3.辽宁大通公路工程有限公司，沈阳 110000
  • 收稿日期:2024-06-26 出版日期:2026-01-01 发布日期:2026-02-03
  • 通讯作者: 陈莎雯 E-mail:zhangyi@zeiet.com;chenshawen@zeiet.com
  • 作者简介:张毅（1979-），男，教授级高级工程师，硕士.研究方向：交通运输规划. E-mail： zhangyi@zeiet.com
  • 基金资助:
    辽宁省交通科技项目(202302)

Dynamic operation and maintenance evaluation and predictive maintenance of mechanical and electrical equipment on highways

Yi ZHANG1(),Sha-wen CHEN1(),Yan CHEN1,Xiang-yu FAN1,Si-qi WANG2,Huan WU2,Peng-fei JIAO3   

  1. 1.Zhejiang High?speed Information Engineering Technology Co. ，Ltd. ，Hangzhou 311199，China
    2.College of Transportation，Jilin University，Changchun 130022，China
    3.Liaoning Datong Highway Engineering Corporation，Shenyang 110000，China
  • Received:2024-06-26 Online:2026-01-01 Published:2026-02-03
  • Contact: Sha-wen CHEN E-mail:zhangyi@zeiet.com;chenshawen@zeiet.com

RICH HTML

 0   

PDF (PC)

38

摘要：

针对高速公路机电设备在全寿命周期内运维成本高、策略缺乏科学依据的问题，提出了一种基于质量评价结果的经济性运维措施选择方法。首先，采用模糊综合评价法对设备的质量状况进行实时评价；其次，基于此，对设备使用总成本进行动态计算，通过成本对比选取最经济的维修时间点采取不同程度的运维养护措施；最后，运用浙江温州、丽水的隧道、主线、收费站等多场景数据，通过实例分析，验证了本文方法的可行性和有效性。

关键词: 交通运输规划与管理, 高速公路, 模糊综合评价, 全生命周期成本模型

Abstract:

Aiming at the problems of high operation and maintenance costs and the lack of scientific basis for strategies during the whole life cycle of freeway electromechanical equipment， an economic operation and maintenance measure selection method based on quality evaluation results is proposed. Firstly， the fuzzy comprehensive evaluation method is used to evaluate the quality status of the equipment in real-time. Secondly， based on this， the total cost of equipment usage is dynamically calculated， and then the most economical maintenance time point to implement different degrees of operation and maintenance measures is selected through cost comparison. Finally， the data from the Cihuling Tunnel in Wenzhou， Zhejiang Province was selected as an example to verify the feasibility and validity of this method.

Key words: transportation planning and management, freeways, fuzzy comprehensive evaluation, stands for life-cycle cost model

中图分类号: 

  • U49

图1

基于全寿命周期质量评估的设备动态经济评价流程"

表1

指标评分标准"

分类非常健康比较健康中等不太健康非常不健康
等级12345
评分值区间［90，100］［80，90）［60，80）［30，60）［0，30）

图2

层次分析法流程图"

表2

机电设备健康状态等级表"

等级健康等级评价赋值评价描述运维建议
1非常健康［90，100］评价指标得分等级为优秀，设备发生异常的可能性非常小定期巡检，进行正常养护
2比较健康［80，90）评价指标得分等级为良好，设备发生异常的可能性较小进行正常维护并对损坏设备及时小修
3中等［60，80）评价指标得分等级为中等，设备发生异常的概率在正常值范围实施专项工程中修，并于工程未实施前加强日常巡查，必要时采用交通管理措施
4不太健康［30，60）评价指标得分等级为中下，设备发生异常的可能性较大立刻大修，保证设备各系统的功能
5非常不健康［0，30）评价指标得分等级为差，设备发生异常的可能性非常大报废处理

表3

设备预估维修费用"

项目质量分数/分
90~10080~9060~8030~600~30

维修

建议

巡检养护小修中修大修报废
维修预估费用0设备原值×（2%~5%）设备原值×（8%~15%）设备原值×（30%~40%）重新购入设备花费

图3

模型交互作用示意图"

图4

UPS设备指标体系结构图"

表4

指标评分标准"

分类非常健康比较健康中等不太健康非常不健康
等级12345
评分值区间［90，100］［80，90）［60，80）［30，60）［0，30）

表5

输出电压评价标准"

评级等级输出电压实测值/V评分区间/分
1［217.8，222.2］［90，100］
2［213.4，217.8） or （222.2，226.6］［80，90）
3［209，213.4） or （226.6，231］［60，80）
4［198，209） or （231，242］［30，60）
5<198 or >242［0，30）

表6

输出电流评价标准"

评级等级输出电流实测值/A评分区间/分
1［10.89，11.11］［90，100］
2［10.67，10.89）or（11.11，11.33］［80，90）
3［10.45，10.67）or（11.33，11.55］［60，80）
4［9.9，10.45）or（11.55，12.1］［30，60）
5<9.9 or >12.1［0，30）

表7

输出频率评价标准"

评级等级输出频率实测值/Hz评分区间/分
1［49.8，50.2］［90，100］
2（50.2，50.5］ or ［49.5，49.8）［80，90）
3（50.5，50.8］ or ［49.2，49.5）［60，80）
4（50.8，51］ or ［49，49.2）［30，60）
5>51 or <49［0，30）

表8

蓄电池容量及充放电时间评价标准"

评级等级蓄电池容量及充放电时间实测值/h评分区间/分
1［2.5，3）［90，100］
2［2，2.5）［80，90）
3［1.5，2）［60，80）
4［1，1.5）［30，60）
5<1.5［0，30）

表9

运行温度评价标准"

评级等级运行温度实测值/℃评分区间/分
1≤26［90，100］
2（26，30］［80，90）
3（30，35］［60，80）
4（35，40］［30，60）
5>40［0，30）

表10

故障率评价标准"

评级等级故障率实测值评分区间/分
1［0，0.01）［90，100］
2［0.01，0.03）［80，90）
3［0.03，0.05）［60，80）
4［0.05，0.08）［30，60）
5>0.1［0，30）

表11

平均维修时间评价标准"

评级等级平均维修时间实测值/d评分区间/分
1［0，2）［90，100］
2［2，5）［80，90）
3［5，10）［60，80）
4［10，20）［30，60）
5>20［0，30）

表12

UPS设备指标巡检实测值"

指标巡检日期
2022年2月16日2022年7月1日
输出电压/V220220
输出电流/A1111
输出频率/Hz5050
蓄电池及充放电时间/h3.201.85
运行温度/℃1525
故障率0.0070.007
平均维修时间/d1.51.5

图5

UPS不间断电源的质量分数曲线"

图6

UPS不间断电源的设备现值曲线"

表13

UPS不间断电源的预估维修费用占比"

项目质量分数/分
90~10080~9060~8030~600~30
维修建议巡检养护小修中修大修报废

维修预估

费用/元

0设备原值×3%设备原值×10%设备原值×35%12 000

图7

UPS不间断电源的总成本曲线"

图8

UPS不间断电源的运维成本与设备现值之间的对比"

图9

更新后的UPS不间断电源质量分数曲线"

图10

更新后的UPS不间断电源总成本曲线"

图11

更新后UPS不间断电源的运维成本与设备现值之间的对比"

表14

维修后的经济增益及设备寿命"

维修次数维修日维修类型经济增益/%设备全寿命周期/d
0———2 816
11 864中修5.623 250
22 092小修9.653 734
32 350小修12.924 286
42 774小修13.984 839
53 311小修13.765 300
[1] 孙晓宁. 高速公路机电设备智慧运维分析[J]. 工程建设与设计, 2023(14): 91-93.
Sun Xiao-ning. Analysis of intelligent operation and maintenance of expressway electromechanical equipment[J]. Construction & Design for Engineering, 2023(14): 91-93.
[2] 雷汉伟. 高速公路机电设备健康状态物联监测与智能诊断[J]. 交通节能与环保, 2024, 20(1): 173-176.
Lei Han-wei. IoT monitoring and intelligent diagnosis system for the health status of mechanical and electrical equipment on highway[J]. Transport Energy Conservation & Environmental Protection, 2024, 20(1): 173-176.
[3] 陈征. 公路隧道机电系统技术状况综合评价模型[J]. 微型电脑应用, 2022, 38(9): 156-159.
Chen Zheng. Comprehensive evaluation model of electromechanical systems in highway tunnels[J]. Microcomputer Applications, 2022, 38(9): 156-159.
[4] 晋春杰, 许宏勇, 彭文, 等. 高速公路机电设备智能运行监测系统研究[J]. 交通节能与环保, 2024, 20(2): 178-180, 204.
Jin Chun-jie, Xu Hong-yong, Peng Wen, et al. Research on intelligent operation monitoring system of expressway electromechanical equipment[J]. Transport Energy Conservation & Environmental Protection, 2024, 20(2): 178-180, 204.
[5] Brom A E, Belova O V, Sissinio A. Lifecycle costs for energy equipment: FMECA & lifecycle costing models as "decision making" tools for cost reduction during the whole equipment life[J]. Procedia Engineering, 2016, 152: 173-176.
[6] 钱宇, 黄智贤, 江燕斌. 化工产品的生命周期成本分析[J]. 化工进展, 2006, 25(2): 126-130.
Qian Yu, Huang Zhi-xian, Jiang Yan-bin. Life cycle costing of the chemical products[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2006, 25(2): 126-130.
[7] 徐岳, 武同乐. 梁加固工程生命周期成本横向对比分析[J]. 长安大学学报:自然科学版, 2004, 24(3): 30-34.
Xu Yue, Wu Tong-le. Comparative analysis of life-cycle cost for bridges strengthening[J]. Journal of Chang'an University(Natural Science Edition),2004, 24(3): 30-34.
[8] 陈国锋, 蔡勋, 蔡岳辰, 等. 我国标准地铁车辆的全寿命周期成本构成及控制[J]. 城市轨道交通研究, 2023, 26(4): 5-8.
Chen Guo-feng, Cai Xun, Cai Yue-chen, et al. Whole lifecycle cost composition and con-trol of standard metro vehicle in China[J]. Urban Mass Transit, 2023, 26(4): 5-8.
[9] 林中质. 高速公路机电设备智能管理技术研究[D]. 西安:长安大学信息工程学院,2018.
Lin Zhong-zhi. Study on intelligent management technology of expressway electromechanical equipment[D]. Xi'an: School of Information Engineering,Chang'an University, 2018.
[10] 赵公豪, 刘鸿鹏, 袁单, 等. 基于模糊综合评价的电动汽车充电安全风险评估[J]. 计算机测量与控制, 2024, 32(4): 300-307.
Zhao Gong-hao, Liu Hong-peng, Yuan Dan, et al. Electric vehicle charging safety risk assessment method based on fuzzy integrated evaluation[J]. Computer Measurement & Control, 2024, 32(4): 300-307.
[11] . 不间断电源设备(UPS)第3部分: 确定性能的方法和试验要求 [S].
[1] 孙峣,白东轩,姚宝珍,白子建. 基于渗流理论的港城交通网络特征分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2026, 56(1): 199-208.
[2] 贾洪飞,庄博,罗清玉,刘玲,黄秋阳. 积水条件下城市路网性能恢复决策优化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(9): 2969-2977.
[3] 于征磊,张超磊,陈立新,胡平,徐涛,郭滨恺. 高速公路声屏障板仿生结构设计及声学力学性能[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(9): 3079-3088.
[4] 王东,李宇暄,吴欢,宗芳. 基于随机森林的智能网联汽车开放测试道路评级算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(9): 2998-3006.
[5] 张航,孙煜,马宝林,牛世豪,王星月,吕能超. 高速公路双车道出口辅助车道长度可靠性设计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(8): 2611-2618.
[6] 葛洪成,郭忠印,宋灿灿,王世伟. 半地下枢纽互通匝道隧道出口与二次分流点间安全距离[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(7): 2223-2232.
[7] 徐慧智,郝东升,徐小婷,蒋时森. 基于深度学习的高速公路小目标检测算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(6): 2003-2014.
[8] 何庆龄,裴玉龙,侯琳,刘静,潘胜. 混合策略改进WOA-BiLSTM的快速路出口匝道车速预测[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(6): 2038-2049.
[9] 孟祥海,王国锐,张明扬,田毕江. 基于选择集成的山区高速事故预测模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(4): 1298-1306.
[10] 岳昊,常笑,刘建业,曲秋莳. 引入车辆窗的定制公交线路优化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(4): 1266-1274.
[11] 吴文静,邓淳淳,贾洪飞,孙舒航. 内涝影响下路网畅通可靠度评估及关键路段识别[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(4): 1250-1257.
[12] 李昱燃,汪飞,朱才华,韩飞,李岩. 污染天气居民通勤模式选择影响因素的链式效用[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(2): 577-590.
[13] 高天洋,胡大伟,姜瑞森,吴雪,刘慧甜. 基于模块化车辆的区域灵活接驳公交线路优化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(2): 537-545.
[14] 马书红,张俊杰,陈西芳,廖国美. 利用出租车时序数据识别城市功能区[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(2): 603-613.
[15] 杨永正,杜志刚,梅家林. 高速公路隧道线性诱导系统设置方法及效果评估[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(12): 3885-3897.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
No Suggested Reading articles found!
版权所有 © 《吉林大学学报(工学版)》编辑部
地址：长春市人民大街5988号　电话：+86-431-85095297　传真：+86-431-85094074　E-mail: xbgxb@jlu.edu.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发