淺析智能清淤機器人在暗涵清淤工作中的應用

摘要：在我國傳統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，進行傳統清淤技術與智能清淤技術比較，說明清淤技術的發展趨勢。

關鍵詞：市政排水;清淤技術;智能化

1 前言

當今社會，伴隨著新科技，新技術的迅速發展，傳統生產方式，生產技術發生了翻天覆地的變化，取而代之的是生產效率更高、生產利益更大、生產功能更強的新工藝。在市政工程中，早期排水系統排水斷面大，多采用明溝或蓋板溝進行排水，城市在不斷改擴建的發展進程中，明溝或蓋板溝被當作安排繼續保留排水功能，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，對新技術提出了挑戰，針對新改進、新設計理念，我們需要進一步研究。

2 研究背景

地處改革開放發展前沿的深圳，四十年來發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中，仍存在較多的早期排水設施---暗涵，無論是小區內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、修復等整治工作。前期現實情況是，工業區和生活區中的各種工業用水和生活用水未經分類，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情況，破壞生態環境。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。同時多數暗涵存在結構不穩定等問題，存在坍塌的風險^[1]，人員作業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構尺寸、長度、具體位置和暗涵內污染物等各方面的基本情況進行摸排。結合實際排查情況，暗涵的結構主要分為漿砌石和混凝土兩類，根據施工功能不同，多數位于道路下方;而暗涵內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垃圾。

通過人工清淤和氣體檢測發現，暗涵內污染物經過長期發酵，的空隙中還有大量的有毒有害氣體，當清淤作業不斷翻動污染物時，有毒有害氣體會不斷釋放，影響作業人員安全。

4 傳統暗涵清淤方法

針對暗涵截面尺寸大、內壁不光滑、水流量大和暗涵內環境復雜等情況，傳統的絞車清淤、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人工清淤兩種方式。

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。對結構尺寸大，承擔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污染物，人工則負責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;當結構尺寸較小，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 純人工清淤

當較長一段暗涵從建筑物下方穿過，暗涵結構尺寸無法滿足裝載機作業，同時吸污車吸力及吸污管長度不夠時，只有采用純人工進行清淤，淤泥通過斗車或其他可移動裝載用具裝運至開孔處吊出。

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

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

“清淤斗”的作業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。

作業前根據暗涵走向，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人員在開孔處打入鋼筋、安裝滑輪定位調節桿等工作，無需在暗涵內來回走動，相鄰開孔間牽引繩采用穿管器安裝就位，在完善現場臨時用電后即可開始清淤作業。人員下涵作業時需安排專人在孔口位置觀察作業人員身體情況，發現不良情況時，及時將人員從涵內拉出保證安全。

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的風險，但還遠未達到不需要人員下涵的程度，結合近年來頻發的有限空間作業安全生產事故，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，才是后續清淤工作發展的趨勢。

5 智能清淤機器人實際應用與前景

目前國內外開展的清淤機器人研究較多，總結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合的方式開展清淤作業。

作業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時無需人員下涵，只需將清淤機器人吊入暗涵內，操作人員在暗涵外通過機載攝像頭觀察涵內情況，并控制清淤機器人行走即可達到清淤效果。

類似的暗涵清淤機器人在深圳、廣州等城市已參與過相關水務工程的暗涵清淤工作，根據現場實際作業的情況可以看出，暗涵清淤機器人相較于傳統清淤方式具有無需人員下涵、清淤效率高、可帶水作業等諸多優點，但暗涵清淤機器人還處于發展階段，技術還不夠成熟，能拿出成品的企業并不多，目前現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的要求;同時受研發成本影響，目前使用機器人開展清淤作業的成本相較于傳統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 結語：

綜上所述，在我國市政排水系統暗涵清淤工作中，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展，而針對暗涵清淤作業的特殊性，可以預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揮智能清淤機器人在清淤工作中不可替代的優越性，提高清淤工作的安全系數，使清淤工作變得更加便捷，更加高效。

參考文獻：

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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：市政管網施工。