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1、 信息化研究信息化研究院院22（一）我国公路隧道养（一）我国公路隧道养护现护现状状（二）故障（二）故障预测预测与健康管理与健康管理(PH M )技技 术术（三）科学养（三）科学养护护大数据平台与大数据平台与应应用用31.我国公路隧道养我国公路隧道养护现护现状状公路隧道建公路隧道建设设情情况况截止截止2014年底，年底，全全 国公路隧道国公路隧道为为12404 处处、10756公里，公里，增增 加加1045处处、1151公公 里。其中，特里。其中，特长长隧隧 道道626处处、2766公公里里，长长隧道隧道2626处处、4475公里公里。（参考秦峰，重（参考秦峰，重庆庆交通科研交通科研设计设计院，
2、公路隧道养院，公路隧道养护护与与检测检测，第二届，第二届发发言稿言稿）41.我国公路隧道养我国公路隧道养护现护现状状全国公路隧道等全国公路隧道等级级比比例例（注：（注：2013年数据年数据）全国已全国已进进行大、中修或行大、中修或改改 建隧道运建隧道运营营年年限限51.我国公路隧道养我国公路隧道养护现护现状状公路隧道常公路隧道常见见病害病害类类型型衬衬砌裂砌裂损损：衬衬砌砌变变形、开裂、背后空洞、拱脚下沉及拱形、开裂、背后空洞、拱脚下沉及拱脚脚 破碎（破碎（进进而引起路基下沉、路面翻而引起路基下沉、路面翻浆浆冒泥），冒泥），衬衬砌腐砌腐蚀蚀等等隧道内渗水：隧道内渗水、涌水、隧道内渗水：隧道内渗
3、水、涌水、冻胀冻胀、结结冰、高冰、高压压爆爆裂裂、排水不、排水不畅畅仰拱底鼓、沉陷；洞仰拱底鼓、沉陷；洞门门及及边边仰坡仰坡损损坏坏路面破路面破损损：隧道内路面拱起、沉陷、：隧道内路面拱起、沉陷、错错台、开裂、溜滑台、开裂、溜滑等等附属附属设设施施损损坏坏机机电设电设施老化、施老化、损损坏坏61.我国公路隧道养我国公路隧道养护现护现状状公路隧道常公路隧道常见见病害原因（主要影响因素病害原因（主要影响因素类类）隧道的隧道的结结构形式（构形式（刚刚度、度、变变形、抗力效形、抗力效应应、压压力力）使用的建筑材料（使用的建筑材料（强强度低、度低、质质量差、易老化量差、易老化）外界外界：人人为为因素（因
4、素（设计设计不当、施工不当不当、施工不当）工程地工程地质质因素（地貌改因素（地貌改变变）水文地水文地质质状状态态（地下水影响（地下水影响）内部内部载载荷荷2006年01月16日，贵昆铁路辅助隧道发生塌方12名施工人员被困2007年1月12日，巴西圣保罗市西部地铁4号线一 处工地发生塌方事故。当天下午发生的这次塌方 事故造成至少3人受伤，1人失踪2005.10.27，天汕高速广福隧道塌方12人被困，该 隧道是双洞分离式高速公路隧道，出事点离出口 约463米、离工作面约80米；原设计该段岩层为较 坚固的V类围岩，开挖后发现实际变更为较差的 III类围岩2012.12.3,日本山梨县中央高速公路上行
5、线笹子隧 道于当地时间2日下午发生塌方事故。据报道，目 前已发现9人死亡，2人受伤。81.我国公路隧道养我国公路隧道养护现护现状状2015年年3月月1日日执执行新行新发发布养布养护护技技术规术规范范91.我国公路隧道养我国公路隧道养护现护现状状2015年年3月月1日日执执行新行新发发布养布养护护技技术规术规范范隧道土建隧道土建结结构构机机电设电设施施其他工程其他工程设设施施安全管安全管理理技技术术管管理理我国已基本形成了隧道养我国已基本形成了隧道养护检测护检测方法体方法体系系养养护护评评价技价技术术：主要集中于：主要集中于对对隧道土建隧道土建结结构的健康构的健康评评价价。维维修修加加固固技技术
6、术：对对于于隧隧道道病病害害，一一般般根根据据结结构构检检查查结结果果， 针针对对病病害害产产生生原原因因，按按照照安安全全、经经济济、合合理理的的原原则则综综合合确确 定病害定病害处处治方案治方案。养养护护管管理理技技术术：长长期期以以来来“重重建建轻轻养养”，形形成成了了我我国国公公路路 隧隧道道养养护护管管理理技技术术较较为为落落后后的的被被动动局局面面；管管养养不不分分、技技能能 匹匹配配度度低低；养养护护设设备备机机械械化化、自自动动化化程程度度低低；养养护护数数据据记记 录录堆堆砌砌无无用用，信信息息处处理理手手段段落落后后。预预防防性性养养护护缺缺乏乏具具体体措措 施或可操作性差
7、施或可操作性差。(丁浩等，我国公路隧道养丁浩等，我国公路隧道养护护工程技工程技术术与管理技与管理技术术之思考之思考)国外国外经验经验与成果与成果：体体制制方方面面：多多数数国国家家对对养养护护目目的的有有清清晰晰的的定定位位，从从体体制制 上有效上有效实实行了行了“管、养、运管、养、运”的分离的分离。理理念念方方面面：提提倡倡预预防防性性养养护护理理念念，部部分分国国家家在在积积累累了了多多 年年历历史史数数据据、进进而而分分析析并并掌掌握握隧隧道道各各类类设设施施使使用用寿寿命命及及 劣化劣化规规律律的基的基础础上，制定了具体的上，制定了具体的实现实现措施措施。评评估估方方面面：对对于于总总
8、体体养养护护，建建立立分分级级养养护护的的评评估估方方法法； 对对于于土土建建结结构构，建建立立定定性性与与定定量量指指标标相相结结合合的的技技术术状状况况 评评估估方方法法；对对于于机机电电设设施施，建建立立多多维维度度、多多指指标标相相结结合合 的技的技术术状况状况评评估方法估方法。国外国外经验经验与成果：（与成果：（续续）手段方面：普遍推行和手段方面：普遍推行和实实施施机械化、快速化机械化、快速化的的检测检测手手段段，信息化、智能化的管理手段，信息化、智能化的管理手段，标标准化、准化、规规范化的工范化的工作作 手段等先手段等先进进手段手段。经经济济方方面面：正正视视养养护护收收益益与与封
9、封洞洞作作业业的的平平衡衡，注注重重预预防防 性性养养护护与与矫矫正正性性养养护护的的平平衡衡，重重视视养养护护投投入入与与隧隧道道安安全全 的的平平衡衡，倡倡导导基基于于寿寿命命预预测测的的科科学学养养护护计计划划下下的的成成本本控控 制制。我国养我国养护护工程技工程技术术关关键问题键问题：对对于于检检测测技技术术：主主要要技技术术瓶瓶颈颈在在于于如如何何更更便便捷捷、更更全全面面 地了解隧道土建地了解隧道土建结结构和各型机构和各型机电设备电设备的技的技术术状况状况；对对于于决决策策技技术术：主主要要技技术术瓶瓶颈颈在在于于如如何何综综合合隧隧道道实实际际状状 况况、实实际际经经济济投投入入
10、等等制制约约因因素素，给给出出合合理理的的技技术术状状况况评评 定等定等级级，并制定，并制定科学的养科学的养护护计计划划；对对于于维维修修技技术术：主主要要技技术术瓶瓶颈颈在在于于如如何何根根据据隧隧道道病病害害外外 观观表表象象，由由表表及及里里，推推定定病病害害成成因因，以以及及如如何何实实施施不不中中 断（少干断（少干扰扰）交通下的）交通下的维维修技修技术术。14数据采集数据采集深深度度信息采集和状信息采集和状态检测态检测采用采用传统传传统传感方式，数据信息感方式，数据信息单单一一 化化处处理，多数依靠人工理，多数依靠人工检测检测；数据粒度有待数据粒度有待细细化化；数据采集数据采集宽宽度
11、度：多多类类型数据采集手段未建立起来，也未型数据采集手段未建立起来，也未标标准化，体系准化，体系化化专业专业化覆盖不全面；信息化程度化覆盖不全面；信息化程度低低综综合合诊诊断与断与预测预测决策决策：事后事后预预警，警，预测预测性不足性不足；信息融合手段不足信息融合手段不足；养养护计护计划决策的科学性、合理性不足划决策的科学性、合理性不足。1155（一）我国公路隧道养（一）我国公路隧道养护现护现状状（二）故障（二）故障预测预测与健康管理与健康管理(PH M )技技 术术（三）科学养（三）科学养护护大数据平台与大数据平台与应应用用2.隧道故障隧道故障预测预测与健康管理（与健康管理（PHM）技）技术
12、术2.1故障故障预测预测与健康管理（与健康管理（PHM）技）技术术的的发发展展2.2PHM的主要技的主要技术术特特征征2.3故障故障诊诊断与断与预测预测常用技常用技术术2.4PHM系系统统通用平通用平台台116617医学疾病疾病诊诊断断通通过观测过观测、化、化验验和医和医疗仪疗仪器器,结论结论由医生由医生给给出出多科会多科会诊诊多科医生一同多科医生一同诊诊断断当前疾疾病病疾病疾病预预防与保防与保健健体体检检、疾病疾病预测预测、保健体、保健体系系工程故障故障诊诊断断通通过传过传感器感器、信号、信号处处理和理和检测检测仪仪 结论结论由由诊诊断断软软件件给给出出综综合合诊诊断断运用多种运用多种诊诊断
13、技断技术诊术诊断断当前故障故障故障预测预测与健康管与健康管理理健康健康监测监测、高、高级级故障故障诊诊断、故障断、故障/寿命寿命预预测测(健康、健康、亚亚健康、疾病、寿命健康、疾病、寿命预测预测,(健康、健康、亚亚健康、故障、部件寿命健康、故障、部件寿命预测预测,保健措施保健措施; 过过去、去、现现在和将来在和将来)决策决策/维维修建修建议议; 过过去、去、现现在和将来在和将来)172.1故障故障预测预测与健康管理（与健康管理（PHM）技）技术术的的发发展展182.1故障故障预测预测与健康管理（与健康管理（PHM）技）技术术的的发发展展PHM技技术术的演的演变变（1）综综合运合运载载器健康管器
14、健康管理理从从 VHM (Vehicle Health Management ) 到到 IVHM（Integrated VHM） “综综合合”（即（即“I”）意味着健康管理遍及运）意味着健康管理遍及运载载器的所有部分及生器的所有部分及生命命 周期的所有周期的所有阶阶段段。2 2预测预测及健康管理及健康管理（PHM, Prognostics and Health Management） 这这是是联联合攻合攻击战击战斗机斗机JSF研制中研制中对对IVHM概念的另一种提法，它概念的另一种提法，它的的 PHM（空中空中）+ JDIS（地面）构成完整的地面）构成完整的IVHM系系统统。3 3故障故障检测
15、检测、隔离和重构、隔离和重构（FDIR，Fault Detection, Isolation and Reconfiguration）60/70年代的空年代的空间间工工业业中采用，以各子系中采用，以各子系统统的的BIT为为基基础础，以故，以故障障 代代码码的形式的形式报报告，以告，以报报警警为为主，重构在低主，重构在低层层系系统实现统实现，缺少，缺少预测预测。1819192.1故障故障预测预测与健康管理（与健康管理（PHM）技）技术术的的发发展展PHM技技术术的演的演变变4 4运运载载器健康器健康监监控控（VHM, Vehicle Health Monitoring） 从从概念上它只是概念上它
16、只是FDIR的一部分，的一部分，对对象象针对针对运运载载器器。5 5系系统统健康管理健康管理（SHM，System Health Management）首次将安全性、可靠性、故障管理、可首次将安全性、可靠性、故障管理、可测试测试性及成本分析性及成本分析纳纳入一入一个个 统统一的构架，定一的构架，定义义了一个了一个结结构化的健康管理系构化的健康管理系统统。6 6运运载载器健康管理器健康管理（VHM，Vehicle Health Management ）“管理管理”跨度跨度为为两个方面两个方面：自主重自主重构构安全且成本有效地安全且成本有效地实现实现任任务务目目标标而分配而分配资资源源20202.1故障故障预测预测与健康管理（与健康管理（PHM）技）技术术的的发发展展PHM技技术术的演的演变变（7）以信息）以信息为为依据的依据的维维修修（IM，Informed Maintenance） 或或 基于状基于状态态的的维维修修 (CBM, Condition-based Maintenance)根根据据所所掌掌握握的的运运载载器器状状况况来来进进行行有有针针对对性性的的维维修修。以以飞飞 行行中
