高速公路机电工程设计理念探讨
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[摘 要]随着社会经济发展水平的逐步提高，高速公路成为目前交通基本设施之一。在高速公路设计的过程中，机电工程是目前设计与配置中重要的一个环节。机电工程设计对高速公路的正常运行起到了十分重要的作用，是高速公路建设工作逐渐走向现代化的标志。高速公路机电工程的内容包含十分广泛，与其他土建项目之间有较大的关联。因此，本文主要系统性地介绍了高速公路机电工程的基本概念，通过分析设计需求，讨论如何进行高速公路机电工程的相关设计。
[关键词]高速公路;机电工程;设计理念
doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2020.10.059
[中图分类号]F273; [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2020）10-0-02
0 引 言
高速公路是目前道路交通基础设施体系中较为重要的一环，也是城市经济发展的前提条件之一。伴随着社会经济的迅猛发展，高速公路网络也在不断完善和扩大。在高速公路的规划设计中，机电工程占据了很大比例，其中包括监控系统、收费系统、通信系统、供配电照明系统等。设计人员应该秉持安全节能、现代化、智能化的原则进行机电设计，完善相关配套设施，做好机电系统与其他土建系统的交叉与合作，使高速公路的设计与发展得到优化，提升高速公路机电工程的建设
质量。
1 高速公路机电工程的概述
1.1 概念
高速公路的机电工程设计包括机电技术、硬件管理、网络系统、照明设备、监控设备等与高速公路使用和管理有关的工程项目。机电设计在高速公路的日常使用中发挥了重要作用，设计人员必须进行实地考察才能进行合理规划。在高速公路的机电设计中，要对相关设备的具体参数进行合理规划，按照使用需求和实际情况，灵活选择设备配置，使设计方案能够满足管理和使用两个方面的需要。一般的高速公路设计与修建需要进行联合设计，机电工程与土建工程之间也有一定的交叉性和联系性，在进行机电设计的过程中，要注意设计的关联性，在保证质量的基础上节约施工成本，优化设计方案，提升高速公路机电设计的合理性。
1.2 高速公路机电工程设计存在的问题
在传统的高速公路机电工程设计中，还存在一些不足需要改进。首先，机电工程系统设计的专业性和要求较高，需要设计人员根据设计经验和施工地实际情况进行合理设计，所使用的设备要符合国家相关标准的要求，通过技术创新和优化方式消除设计中的问题。其次，机电工程设计与高速公路的安全联系十分密切，需要经过反复勘察与审核才能施工。设计人员的技术水平是消除高速公路使用安全隐患的前提，设计单位必须安排专业的机电专业负责人进行方案设计，确保设计质量。高速公路的机电设计不是完全独立的，不同的设计部门之间要进行充分沟通，做好方案的融合与衔接工作。
2 高速公路机电工程设计需求
2.1 与使用者相关的设计需求
从高速公路使用者的角度分析，机电工程设计中，要将信息采集与传输作为考虑的主要内容。首先，在车主选择高速公路的路径方式时，主要依据个人经验，对高速公路的实时信息获取渠道很少。在新的机电设计理念下，要将高速公路上的车辆信息、路况信息等汇总形成一个完善的网络，并将这些信息及时传递给车主，方便车主进行合理选择。其次，天气状况、车流量等信息会影响高速公路的使用情况，如果高速公路上发生车祸，则需要快速将信息传递给相关单位，避免产生二次事故或公路拥堵，相关单位可以及时进行车辆疏导和分流。高速公路的安全问题与使用者有十分密切的联系，掌握充分的路况信息后能够进行及时救助。
2.2 与管理者相关的设计需求
从高速公路的管理者角度考虑，要将与高速公路管理有关的情况纳入机电工程设计中。一方面，随着高速公路里程数的不断增加，管理部门的工作压力和工作量也在不断上升。为了加强对高速公路的道路养护，提供安全保障，需要建立完善的监控网络系统，通过系统随时调取和查看路况的实时信息。高速公路的修建质量会直接影响使用者的生命安全，及时对路面进行质量检查和道路养护，能够延长高速公路的使用寿命。另一方面，高速公路的使用牵扯了收费和效益问题，在对收费处进行管理时，需要搭建一定的服务系统，设计网络传输和其他相关硬件设备，并通过机电工程设计将其融合在一起，提高高速公路收费服务质量、减轻工作人员的工作压力。
3 高速公路机电工程的设计内容
3.1 系统设计与硬件布局
在高速公路的机电工程设计中，系统性的构架与规划是第一步。在机电系统内，一般使用SDH通信系统。随着高速公路交通网络的逐步扩展，小容量的通信系统已经不能负担庞大的信息数据量，而要搭建带宽更大、信息传输更稳定的系统。新系统可以将每个路段采集到的区域化信息以较清晰的方式传输汇总。在该系统内，可以迅速转换和传递高速公路收集的信息，提供较大的网络带宽，消除视频传输过程中花费较高、信号稳定性差的问题。机电系统的设计和搭建過程中，还涉及了许多硬件设计问题。在十分庞大的车流信息的压力下，需要优化和更新硬件系统，达到信息和数据实时传输的目的，帮助监控系统更好地实现车辆监控功能。在高速公路网络监控系统中，不仅要监控车辆信息，还要保障路况信息，如当隧道内发生火灾、车祸的情况时要及时警报，避免二次事故发生。
3.2 信息监控平台的建立
高速公路的信息监控平台是高速公路机电设计迈向信息化、现代化的重要方式之一。在高速公路中安装了许多测速拍照和监控摄像装置，这些监控是分段、分级工作的。传统的监控方式需要将收集到的信息统一传输到控制平台，经由专业的工作人员操作处理。这种工作模式中间经过的程序比较复杂，还有一些人眼不能及时识别的重要信息，增加了工作处理时间。现代化高速公路机电设计中，需要引入更多的自动识别设备和信息处理监控平台，在降低工作人员压力的基础上提高工作效率。同时，在运营商和管理人员的帮助下，监控设备将采集的庞大信息转变为数据流，并进行快速传输，存储在数据库中，随时可以提取和查询，为与高速公路有关的其他部门工作提供基础性帮助。 3.3 收费系统的分级结算
目前，我国的高速公路收费系统采取的是分级收费的方式，以收费站为点，形成一套完善的收费网络。高速公路的收费系统可以划分为人工和电子两种。人工模式主要使用了收费卡，是使用时间最长的一种收费模式，因为更具有灵活性、操作熟练等，在高速公路的收费系统中仍然被保留了下来。电子收费即人们常见的ETC收费系统，车主不用停车就可以直接完成信息录入和缴费任务，明显提高了高速公路的收费效率。在ETC收费系统中，通过车牌信息能够快速定位车辆驶入和驶离的位置，通过最短路径法规划的方式，将高速公路路费进行精准拆分，避免了重复缴费的情况。高速公路的收费系统要将车辆信息、图像数据等进行传输和汇总，辅助完成高速公路的管理工作，使收费站之间形成一种网络化的管理办法，其中的信息传递需要依靠强大的网络系统来完成。全国取消省界收费站后，收费方式逐渐过渡为开放式收费，由设置在路段的ETC门架系统按车辆行驶的实际路径分段扣费，匝道收费站暂时发挥交通控制作用。
3.4 高速公路的供电系统
高速公路的供电系统是机电工程设计较为重要的一环。目前，在高速公路中使用的供电方式可以分为点式供电和链式供电两种。点式供电指在公路附近电网能源不充足的情况下，需要通过单独提供一路电压为10千伏的线路作为供电源。一般的点式供电主要应用在与城市距离较远的独立房建区域。为了提高点式供电模式的稳定性，还会使用发电机作为备用电源，避免在线路出现问题的情况下还能满足高速公路的照明要求。链式供电指在需要连续照明、监控通风消防等或用电需求较多且相对分散的情况下，通过设计一整个连通的电网进行供电。链式供电网络多应用于隧道及特大桥等特殊构造物处，网络中有多条电压为10千伏的电源。在链式供电网络中，可以形成多条回路进行供电，一般会根据距离进行划分，等距离的线路为一个回路。
3.5 与其他项目的交叉性
高速公路的机电工程设计不是独立的，而是会与其他的土建项目形成交叉，在设计和建设的过程中，要对不同工程的交叉性加强关注。土建工程项目中，要为通信、电力等管道留出必要的线路走向，不同的部门之间应该加强前期的沟通交流，在保证安全的基础上，节约建造成本，达到建造目的。多方的项目设计人员应该互相熟悉彼此的设计方案，在主体工程地基的开挖过程中，将必要的管道线缆路由等区域预留出来。方案设计中，要注意符合国家相关标准要求，进行综合性考虑和规划。当出现设计冲突的情况时，要及时进行商讨和解决，设计完成的最终方案交由各个领域的专家进行审核后再进行施工，出现问题应该先停工上报，避免在施工过程中产生安全隐患。
4 结 语
高速公路机电工程建设与设计逐渐走向了信息化与现代化，需要在新时代背景下做好规划工作。在进行高速公路机电工程设计的过程中，可以分别从使用者和管理者两个角度进行分析，思考设计工作的重点，完善硬件系统的布局工作。在网络信息不断融入的影响下，高速公路也需要对网络通信、信息监控进行设计，明确多方的设计联系。利用高速公路的收费系统，可以进行分级后再将所有的信息传输汇总，按照人工通道、电子通道等劃分收费信息。
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