基于機器人技術綜合管廊安全運營探討

唐曉俊

（上海電器科學研究所（集團）有限公司，上海 200063）

1 當前我國綜合管廊建設的基本情況

顧名思義，綜合管廊就是管理城市各種管道的集合體，主要包括蓄水排水管道、通信光纜、天然氣管道和電力電纜，市政管道等，這些通道和線路維持著城市最基本的運作，目前我國的綜合管廊的長度已經達到了八千公里以上，是我國城市化進程的一個主要部分。因此我國綜合管廊的安全管理問題亟待解決。目前我國的綜合管廊的安全管理和監測都是人為操作完成。但是在日常的綜合管廊建設中由于人為管理的不確定性，可能會出現管理員經驗不足的情況，即便管理員的經驗充足，技術過硬，也會由于人為操作的不確定性產生一些突發情況，如可能會出現因管理員身體不適或者情緒低落導致的操作失誤，使得綜合管廊出現問題后不能及時得到補救。而綜合管廊出現問題后會對城市的運轉產生諸多不利影響，比如，城市會出現大面積的停水停電等，甚至導致通訊出現大面積癱瘓的情況，出現人員受傷等嚴重工作事故。

2 機器人技術的簡要概括與應用

2.1 對工業機器人的簡要介紹

在我國提倡“智造”的大背景下，機器人技術作為智能技術中最重要的一部分，是其中的一個重點研究對象。現在的工業機器人不僅可以運行操作者事先為其設計好的程序，還可以在實際的操作過程當中對機器人進行控制。隨著當前我國工業機器人技術的不斷發展，大有未來工業機器人取代簡單勞動力的趨勢，因為機器人操作難度較低，且機器人工作精度高，可以在生產過程中有效地提高產品品質和工作效率。

2.2 對工業機器人的管理

工業機器人的管理平臺主要由以下幾個重點控制模塊構成。

2.2.1 對機器人的觀察模塊

這一監控模塊包括對機器人電源狀況的監控，對機器人之間信息傳遞與整合功能的監控，對主控制平臺顯示模塊的監控，對異常數據反饋的監控等。

2.2.2 數據傳輸分析模塊

這一模塊負責隨時隨地對機器人的數據進行詳細的記錄，并且借助無線傳感技術將這些機器人的相關數據進行簡單分析。從多個角度對設備的性能進行全面的分析，并且對設備之后一段時間的工作狀態進行大概的預測，給工作人員留有一定的維修維護時間，提高了容錯率。

2.2.3 日常巡檢相關模塊

巡檢是工業機器人日常工作當中一個很重要的部分。在巡檢這一模塊的設計中，應該提供給操作者可以控制日常巡檢程序的空間。巡檢程序不僅可以在巡檢工作前完成，同時也可以在巡檢的過程中隨時對程序進行更改，這一設計在提高了巡檢的靈活性的同時，也提高了巡檢效率。

2.2.4 地理信息建模控制

在工業機器人工作的過程中熟悉日常工作路線是很有必要的，這種地理信息的建模也是通過機器人來完成的，通過機器人所具有的傾斜攝影技術來建立當地大致的地理信息模型，再利用其他更精確的算法來解決更精細的地理模型問題，從而可以對綜合管廊的內部結構有大體的把握。

3 智能機器人在綜合管廊中的具體應用

3.1 綜合管廊安全隱患的主要來源

綜合管廊出現的安全問題主要有三項，即火災以及火災引起的爆炸和有毒性氣體泄露。城市的管道系統主要位于城市的地下，十分隱蔽，一旦發生火災不但很難被人們發現，還容易出現煙霧不易散去的情況。在對火災進行撲滅時，消防員很難進入地下順利完成作業，更為嚴重的是，如果因為火災引起了進一步的爆炸或者有毒氣體的泄露，會對消防員的生命安全造成很大的影響。因此，盡快研究智能管廊并是很有必要的。

3.2 綜合管廊內火災的特點分析

綜合管廊發生火災主要有兩個方面的原因：一是管廊本身出現問題，如因為電纜老化造成的電阻過大，搭載設備過多，引起的超載超負荷情況和短路等都會使得電纜的溫度升高，電纜過熱進而引起火災。因為電纜本身問題產生的火災會隨著電纜線路而蔓延，不僅火勢展開快，而且具有難以撲救的特點。二是工作管理人員的問題，在很多時候這種地下綜合管廊發生的火災都是難以察覺到的，有時管理人員未能作出正確的反應或者缺乏技術基礎就會使火勢蔓延到不可控制，對整個城市的正常運行造成威脅。

3.3 應用智能機器人技術對災害作出的相應反應

3.3.1 對火災等災害進行主動預測

智能機器人和綜合管廊內的監控系統相結合，對電纜的老化和負載情況進行嚴密的分析，對應對管廊突發情況的人員進行能力的評估，并對以前發生火災的案例進行分析。經過以上步驟后智能機器人往往可以對即將發生的災害進行有效的分析，從根本上大幅降低事故災害發生的概率。

3.3.2 預測后的主要補救措施

預測后的主要補救措施有以下幾個步驟，首先機器人在巡檢過程中將巡檢得到的結果傳遞到整體綜合管廊安全系統，綜合管廊系統對有可能發生火災的危險部位進行確定，最后快速模擬出成本最低的防范或修補措施。如果已經發生了火災，要做好智能報警，做好滅火準備，配備專門的消防機器人對著火點進行集中滅火。在火災已經撲滅的情況下，還要做好后續的維護工作，防止火災造成爆炸隱患甚至有毒氣體的泄露，維護工作需要機器人先對火災現場進行確認和探測，確認無有毒氣體泄露且內部安全后再安排消防人員進入綜合管廊進行進一步的處理。救援機器人可以有效地保障消防人員等的人身安全，也可以降低設備受到損傷的程度。

4 我國綜合管廊智能化的實際案例

近年來，隨著我國科學技術的不斷發展，智能化綜合管廊也在我國的部分區域進行了試點執行，如近幾年我國雄安新區的智能管廊已經正式投入使用了。雄安新區的智能管廊長度達到了3.3公里，由三個主干結構構成，即干線、支線和纜線。

綜合巡檢智能機器人值得一提的是，雄安新區的智能管廊所應用的機器人具有視覺和嗅覺，這兩個特性極大程度上提高了機器人工作的準確性。不僅可以根據事先寫好的程序進行日常的巡檢，在出現突發情況后也可以作出及時的反應，對突發情況進行及時的補救和應對。機器人的視覺對綜合管廊的內部情況起著監測作用，機器人的嗅覺可以對綜合管廊內的有毒氣體起到探測作用，保障了工作人員的生命安全。在智能化綜合管廊的建造過程中使用了一項核心技術，即BIM技術，這項技術降低了施工過程中的成本，并且實現了數字工程模擬這一功能，提高了工程的效率，縮短了工時。雄安的智能綜合管廊試點對我國后續大范圍推行綜合管廊建設有著很高的借鑒意義。

5 結語

隨著我國科學技術的不斷發展，新興技術也在不斷增加，如雄安綜合管廊建造過程中至關重要的BIM技術，在大大降低施工成本的同時也加快了施工速度。巡檢機器人有了“嗅覺”功能，在綜合管廊的管理中，對于保證管廊的運行安全性和管理科學性十分重要。而應用一些新興技術如大數據，無線傳感技術，機器人技術等，有助于城市綜合管廊的安全管理和運營。應用網絡技術有利于綜合管廊安全管理中一些資源和數據的快速整合。本文主要對機器人技術在綜合管廊安全運營的應用等進行了探討，希望能給之后全國范圍推行的智能化綜合管廊帶來一些借鑒意義。