淺析智能清淤機器人在暗涵清淤工作中的應(yīng)用

摘要：在我國傳統(tǒng)的市政工程排水清淤工作中，還存在一些缺點，如耗時長、工作效率低、工作流程較復(fù)雜、安全性不高等。為避免以上的不足，智能清淤機器人研究工作不斷展開，用智能清淤機器人替代傳統(tǒng)的清淤方式，能使得清淤工作變得更加智能化，更加高效。本文通過敘述市政排水工程特點，進行傳統(tǒng)清淤技術(shù)與智能清淤技術(shù)比較，說明清淤技術(shù)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：市政排水;清淤技術(shù);智能化

1 前言

當(dāng)今社會，伴隨著新科技，新技術(shù)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，生產(chǎn)技術(shù)發(fā)生了翻天覆地的變化，取而代之的是生產(chǎn)效率更高、生產(chǎn)利益更大、生產(chǎn)功能更強的新工藝。在市政工程中，早期排水系統(tǒng)排水?dāng)嗝娲?，多采用明溝或蓋板溝進行排水，城市在不斷改擴建的發(fā)展進程中，明溝或蓋板溝被當(dāng)作安排繼續(xù)保留排水功能，此類排水暗涵的清理工作面臨著巨大的困難。傳統(tǒng)的市政工程清淤暗涵的方法為人工清理，但是這種方法有效率低，耗費成本高，耗時長、安全性低等缺點，因此如何避免這些缺點，提高暗涵清淤的效率，對新技術(shù)提出了挑戰(zhàn)，針對新改進、新設(shè)計理念，我們需要進一步研究。

2 研究背景

地處改革開放發(fā)展前沿的深圳，四十年來發(fā)生了翻天覆地的變化，作為中國最年輕的一線城市，深圳目前的市政排水系統(tǒng)中，仍存在較多的早期排水設(shè)施---暗涵，無論是小區(qū)內(nèi)大大小小排水的暗溝，還是道路下行洪排澇的大截面箱涵，都需要開展清淤、修復(fù)等整治工作。前期現(xiàn)實情況是，工業(yè)區(qū)和生活區(qū)中的各種工業(yè)用水和生活用水未經(jīng)分類，直接通過暗涵排入下游河道，常年積存的眾多污染物眾多，很難徹底清理;與此同時，暗涵破損等情況下掉落的磚塊等固體物質(zhì)也會加劇這一情況，不僅縮短小了暗涵的斷面，影響城市的行洪排澇，在暗涵排水的過程中，污染物被不斷沖出，也會影響下游河道的水質(zhì)情況，破壞生態(tài)環(huán)境。一般情況下，日常的維護工作僅能保證尺寸較大的暗涵被清理干凈，而當(dāng)暗涵尺寸較小時，機械無法進入，人工清淤困難時，暗涵僅能只能利用天然降雨進行清除，效率十分低下。同時多數(shù)暗涵存在結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等問題，存在坍塌的風(fēng)險^[1]，人員作業(yè)時存在極大的安全隱患極大，因此，尋找一種高效、方便的清淤方法成為一種必然。

3 暗涵污染物特點分析

在開展暗涵整治工作前，為制定切實可行的清淤方案，因此需要對暗涵的結(jié)構(gòu)尺寸、長度、具體位置和暗涵內(nèi)污染物等各方面的基本情況進行摸排。結(jié)合實際排查情況，暗涵的結(jié)構(gòu)主要分為漿砌石和混凝土兩類，根據(jù)施工功能不同，多數(shù)位于道路下方;而暗涵內(nèi)積存的污染物除淤泥外，淤泥中還夾雜有路面沖入的砂礫、偷倒的混凝土塊等固結(jié)物、塑料袋及包裝紙等極難降解的垃圾，同時水面上方還漂浮這一層塑料瓶和快餐盒等輕質(zhì)垃圾。

通過人工清淤和氣體檢測發(fā)現(xiàn)，暗涵內(nèi)污染物經(jīng)過長期發(fā)酵，的空隙中還有大量的有毒有害氣體，當(dāng)清淤作業(yè)不斷翻動污染物時，有毒有害氣體會不斷釋放，影響作業(yè)人員安全。

4 傳統(tǒng)暗涵清淤方法

針對暗涵截面尺寸大、內(nèi)壁不光滑、水流量大和暗涵內(nèi)環(huán)境復(fù)雜等情況，傳統(tǒng)的絞車清淤、通溝機、高壓水噴射清淤等管道清淤方式并不適合暗涵清淤，因此暗涵清淤通暢采用的方式為人工配合機械清淤和純?nèi)斯で逵賰煞N方式。

4.1 人工配合機械清淤

針對不同的暗涵，可采用的機械也不盡相同。對結(jié)構(gòu)尺寸大，承擔(dān)城市行洪功能的主暗涵，通常采用人工配合裝載機清淤，在暗涵頂部開孔后吊入裝載機清淤多數(shù)污染物，人工則負(fù)責(zé)裝載機清理不徹底的部位，清淤完成后在開孔處將污染物及機械吊出;當(dāng)結(jié)構(gòu)尺寸較小，裝載機無法進入時，則采用人工配合吸污車開展清淤，人工控制抽吸口位置確保清淤效果。

4.2 純?nèi)斯で逵?/p>

當(dāng)較長一段暗涵從建筑物下方穿過，暗涵結(jié)構(gòu)尺寸無法滿足裝載機作業(yè)，同時吸污車吸力及吸污管長度不夠時，只有采用純?nèi)斯みM行清淤，淤泥通過斗車或其他可移動裝載用具裝運至開孔處吊出。

以上兩種傳統(tǒng)清淤方式每班作業(yè)前均需進行通風(fēng)、檢測等一系列的準(zhǔn)備工作，每個清淤作業(yè)段作業(yè)前，還需在上游設(shè)置土石圍堰并導(dǎo)排上游來水，避免帶水作業(yè)，耗費時間長;同時根據(jù)安全工作要求，每班最多安排2人下涵作業(yè)，清淤效率受到嚴(yán)重影響;而基于清淤作業(yè)條件的特殊性，極有可能發(fā)生重大安全事故。

針對上述清淤存在的準(zhǔn)備時間長、清淤效率低、安全隱患大、無法帶水作業(yè)等問題，制作了一種簡易的清淤裝置---“清淤斗”。

“清淤斗”的作業(yè)原理主要是利用自身自重下沉至暗涵底部，通過牽引繩牽引將“清淤斗”前方的淤泥、混凝土塊、垃圾等污染物托運至孔口下方，再將污染物吊運出暗涵。

作業(yè)前根據(jù)暗涵走向，間隔30m開孔，孔口最小尺寸為邊長1.5m的正方形，開孔后由穿戴齊全防護用品的作業(yè)人員在開孔處打入鋼筋、安裝滑輪定位調(diào)節(jié)桿等工作，無需在暗涵內(nèi)來回走動，相鄰開孔間牽引繩采用穿管器安裝就位，在完善現(xiàn)場臨時用電后即可開始清淤作業(yè)。人員下涵作業(yè)時需安排專人在孔口位置觀察作業(yè)人員身體情況，發(fā)現(xiàn)不良情況時，及時將人員從涵內(nèi)拉出保證安全。

制作“清淤斗”主要采用鋼板、扁鐵、滑輪、鋼絲繩、彈簧卡等材料，制作簡單，成本低，清淤效率高，具有很好的推廣性。整個清淤過程極大地降低了人員下涵作業(yè)的風(fēng)險，但還遠(yuǎn)未達(dá)到不需要人員下涵的程度，結(jié)合近年來頻發(fā)的有限空間作業(yè)安全生產(chǎn)事故，如何利用智能機器人下涵開展清淤工作，較少人為因素影響，才是后續(xù)清淤工作發(fā)展的趨勢。

5 智能清淤機器人實際應(yīng)用與前景

目前國內(nèi)外開展的清淤機器人研究較多，總結(jié)起來主要是原位抽吸淤泥后處理與將污染物推送至孔口處再抓取結(jié)合的方式開展清淤作業(yè)。

作業(yè)時機器人利用格柵將石塊等大粒徑污染物隔離，在將可以通過抽吸方式處理的淤泥抽吸至岸上淤泥處理車或裝置，待多數(shù)淤泥抽吸完成后再將石塊等大粒徑污染物推送至暗涵開孔處，利用抓取機械將石塊等污染物抓出處理。此類清淤機器人作業(yè)時無需人員下涵，只需將清淤機器人吊入暗涵內(nèi)，操作人員在暗涵外通過機載攝像頭觀察涵內(nèi)情況，并控制清淤機器人行走即可達(dá)到清淤效果。

類似的暗涵清淤機器人在深圳、廣州等城市已參與過相關(guān)水務(wù)工程的暗涵清淤工作，根據(jù)現(xiàn)場實際作業(yè)的情況可以看出，暗涵清淤機器人相較于傳統(tǒng)清淤方式具有無需人員下涵、清淤效率高、可帶水作業(yè)等諸多優(yōu)點，但暗涵清淤機器人還處于發(fā)展階段，技術(shù)還不夠成熟，能拿出成品的企業(yè)并不多，目前現(xiàn)存的機械尺寸都比較大，重量較大，需要吊車等大型機械配合，也無法滿足小型暗涵清淤作業(yè)的要求;同時受研發(fā)成本影響，目前使用機器人開展清淤作業(yè)的成本相較于傳統(tǒng)的清淤方式要高出很多，不利于項目成本控制，一般施工或運維單位很難承受大量使用機器人進行暗涵清淤，因此推廣使用的難度比較大。

6 結(jié)語：

綜上所述，在我國市政排水系統(tǒng)暗涵清淤工作中，采用機器人開展暗涵清淤工作效率更高、安全性更好，清淤工具正在向智能化發(fā)展，而針對暗涵清淤作業(yè)的特殊性，可以預(yù)測小型化的清淤機器人推出是必然的。因此我們需要充分發(fā)揮智能清淤機器人在清淤工作中不可替代的優(yōu)越性，提高清淤工作的安全系數(shù)，使清淤工作變得更加便捷，更加高效。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：曾偉（1991--5）男，漢，四川南充，本科，助理工程師，研究方向：市政管網(wǎng)施工。