高速公路机电系统全生命周期数字化策划与实施路径

摘要：高速公路机电系统作为交通基础设施的重要组成部分，其全生命周期管理水平直接影响运行效率与安全保障能力。随着数字技术的迅猛发展，全生命周期数字化管理理念在机电系统建设、运营、维护与更新等环节中得到广泛应用。本文围绕高速公路机电系统全生命周期数字化策划的核心内容与实施路径进行系统梳理，构建覆盖规划设计、施工建设、运行监测、运维管理和升级改造各阶段的数字化体系，旨在为机电系统智能化升级提供可行性路径与实践参考。

关键词：全生命周期管理；数字化策划；高速公路机电系统

高速公路机电系统包含通信、监控、收费等子系统，涉及设备种类繁多、更新周期长、运维复杂等特点。在“数字中国”战略背景下，推动其全生命周期数字化已成为行业共识。有效的数字化策划不仅能提升系统建设的科学性，还能促进运维与管理的信息化、智能化水平。本文以全生命周期视角，探索高速公路机电系统数字化实施的系统路径与关键策略。

一、高速公路机电系统数字化策划的核心逻辑

（一）机电系统全生命周期管理理念的数字化转译路径

全生命周期管理理念在高速公路机电系统中强调从规划、设计、建设到运维、更新的全过程统筹，数字化转译需将管理理念具体化为可执行的技术路径。通过构建以时间维度为主线、以系统节点为核心的数字模型，将管理目标、关键参数与过程控制节点纳入统一的信息平台。在此过程中，应强化生命周期各阶段的信息采集与共享机制，推动信息从建设单位到运维主体之间的无缝流转。转译过程需对管理标准、数据结构和业务流程进行一体化重构，使传统以人工为主的经验管理方式，逐步演变为以数据驱动为核心的智能决策模式，从而提升全生命周期管理的科学性与实时性。

（二）系统功能架构建模与标准化数据体系建设

高速公路机电系统包含监控、通信、收费、照明等多个子系统，功能架构建模需以系统耦合关系为基础，明晰子系统边界与数据接口逻辑。建模过程中，应遵循自顶向下的设计方法，形成自适应、可扩展的多层级模型框架。在此基础上构建标准化数据体系，涵盖设备编码规则、信息交互格式、数据存储结构等内容，确保各类设备在数据采集、传输与解析过程中的一致性与准确性。标准体系建设不仅为后续的数字平台集成奠定基础，也为跨单位协作提供统一语言，使数据从源头起具备可调用、可追溯与可验证特性，推动机电系统从功能集成向数据联动转变。

（三）融合BIM与GIS的前期规划与设计协同机制

高速公路机电系统在前期策划阶段需要精细化的空间定位与三维建模能力，融合BIM与GIS技术可实现设计数据与地理信息的深度融合。BIM提供构件级精度的三维信息模型，GIS则承担宏观地理环境与空间关系建模，通过双向链接可同步设计变更与空间动态，提升策划阶段的决策准确性。在协同机制构建中，应建立统一的数据接口标准与协作平台，使设计单位与规划部门在同一数字环境中共享模型成果、反馈设计调整，避免因信息割裂导致方案冲突。

二、高速公路机电系统全生命周期数字化实施路径

（一）建设阶段数字化协同管控平台的构建与应用

在高速公路机电系统建设阶段，构建一体化的数字化协同管控平台是实现项目进度、质量与资源统筹管理的核心支撑。平台应以BIM模型为数据基础，融合施工计划、设备清单、物资进场信息与现场施工日志，实现建设信息的动态关联与可视化展现。通过与项目管理系统对接，建立施工任务、进度节点与资源配置的实时映射关系，使管理人员能够在统一平台上实现任务发布、进展追踪与问题闭环处理。平台还应嵌入质量检测模块，支持工艺参数在线校验与关键施工节点留痕记录，以便于后期质量追溯与问题整改。同时，通过移动终端与无人机巡检等设备的数据对接，打通现场与平台的信息壁垒，实现建设现场的远程可视化监管与异常预警，提升整个建设过程的数字化透明度与应变能力。

（二）运行监测中智能感知设备与数据中台的集成部署

在系统运行阶段，部署覆盖广泛、精准高效的智能感知设备是实现运行状态实时感知的基础手段。各类传感终端需按照功能区域、关键节点与运行负荷布置原则配置，实现对车流量、气象条件、电能质量、设备状态等多维指标的高频采集。采集数据应统一接入数据中台，经过边缘计算初步处理后汇总至核心数据库，由中台进行存储、管理与结构化建模。中台系统需支持多格式数据的标准化转换与深度清洗，并具备灵活的数据调用接口，便于上层应用系统按需提取并实现可视化呈现或算法建模。平台建设过程中还应考虑设备间的数据协同机制与通信协议统一，确保传感信息能无障碍汇聚至同一系统，实现系统健康状态的横向关联分析与纵向趋势研判，为运行管理人员提供真实、全面、及时的运行全景图。

（三）运维阶段基于数字孪生的预测性维护体系设计

高速公路机电系统在进入运维阶段后，面临设备老化、使用频率不均与运行环境复杂等问题，传统被动式维护模式难以满足安全与效率并重的管理需求。基于数字孪生构建预测性维护体系，可以通过虚拟镜像模型实时映射设备运行状态，并结合历史运行数据、环境变量与维护记录构建多维度的寿命预测模型。系统应根据实时运行参数与模型仿真结果，自动识别潜在异常信号，提前触发维护任务建议与风险等级提示。预测性维护体系的构建还应引入可扩展的算法模块，实现故障概率动态评估与维护策略自适应优化，避免因人为判断滞后导致的故障扩大或资源浪费。

（四）设备更新与系统扩容中的数字化升级路径

随着高速公路通行环境与交通需求的变化，机电系统需不断进行设备更新与功能扩容以匹配新的运行场景。在数字化升级路径中，应首先完成现有系统的数字化建模与资产盘点，构建清晰的设备生命周期台账，明确各类设备的使用年限、技术参数与运行状态。在升级过程中，应采用模块化设计理念，将新设备以标准接口方式接入原有系统，并同步进行数据结构调整与逻辑控制适配，确保扩容后系统运行逻辑的完整性与一致性。升级路径还应强调与历史数据的连续性衔接，将新旧设备的数据统一纳入同一管理平台，并对原有系统进行适度功能重构，避免冗余与信息孤岛的出现。

（五）多源数据融合驱动下的智慧决策支持体系建设

在高速公路机电系统的全生命周期管理中，建设以多源数据融合为基础的智慧决策支持体系是提升系统智能化水平的关键环节。该体系应集成来自运行监测、设备维护、视频图像、气象雷达、交通流与事故数据等多种数据源，利用中台架构进行统一存储、标签化管理与特征提取。在此基础上引入知识图谱与人工智能算法，构建具备语义理解、模式识别与策略生成能力的智能决策引擎。系统应支持多维指标间的交互分析，如设备故障与天气、车流之间的相关性探测，以及突发事件下多策略模拟与最优路径推荐，真正实现数据向洞察的转化。决策支持平台需配备动态可视化界面，展示关键指标的时空演化趋势与系统响应效果，为运维管理、应急调度、资源配置等场景提供辅助支撑，推动高速公路机电系统向全面感知、科学预判与高效协同的智慧运营方向转型。

结束语：高速公路机电系统的全生命周期数字化不仅是一项技术革新，更是推动基础设施智能化转型的核心动力。通过构建从策划到运营的系统化数字框架，可以显著提升项目的管理效率与服务能力。未来应持续强化数据资产管理、标准体系建设及技术平台集成，推进新一代信息技术与交通行业深度融合，实现高质量发展目标。

参考文献：

[1]王海朋.基于物联网的高速公路机电设备智慧管养系统[J].智能交通技术，2021，（04）：35-39.

[2]王灿，闫鹏程.高速公路机电系统全寿命周期成本管理[J].中国交通信息化，2022，（07）：38-39.

[3]张红锐.智慧高速背景下高速公路机电系统预防性维护体系[J].中国高新技术，2023，（12）：55-58.

作者简介：荆洁新，（1986.4- ）女，汉族，陕西渭南人，本科学历，陕西科技大学计算机技术与应用专业，机电管理初级职称。研究方向：机电一体化技术及应用。