基于掃路機的人機效能測試評價方法研究

吳作清 瞿靜 李軍 邱聲

摘要：對掃路機各類典型的應用場景進行了分析，介紹了測試場景的簡化及布置情況，研究了掃路機的作業質量評價和作業效率評價，進而提出了掃路機機械作業與傳統人工清掃保潔作業的人機效能測試評價方法。

關鍵詞：掃路機；人工清掃保潔作業；人機效能；測試評價方法

中圖分類號：U467? 收稿日期：2023-04-20

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.08.028

1 前言

近年來，隨著國家城鎮化發展的不斷深入，城市環衛管理越加精細化，為全面提升環衛作業效率和作業質量，掃路機等小型環衛機械設備走上了發展快車道。掃路機是采用非汽車底盤，裝備有垃圾、塵土收集容器及清掃裝置，并由動力裝置驅動用于清掃、收集路（地）面上垃圾等污物的設備，主要用于背街小巷、人行輔道、廣場、園區等城市毛細血管區域的清掃保潔。

相比人工清掃保潔作業，掃路機等小型環衛機械設備在作業效率、作業質量等方面均有一定的優勢，但機械作業與人工作業在作業效率和作業質量上的對比值即人機效能究竟如何，機械替代人工的標準是多少等，目前行業上尚缺乏此方面的科學研究數據，給小型環衛機械設備的推廣使用及用戶合理采購設備、環衛運營作業模式等帶來了一定的困擾。本文以掃路機為對象，通過分析其各類應用場景，簡化并設置測試評價場景，進而給出一種掃路機的人機效能測試評價方法。

2 應用場景分析

2.1 典型應用場景

掃路機的應用場景呈多樣化，各類場景的作業需求和作業模式均存在差異。根據場景特點和環衛作業需求，可分為人行道場景，輔道、非機動車道場景，背街小巷場景，城中村場景，廣場公園場景等5類典型應用場景［1］。

2.1.1 人行道場景

城市人行道的路面情況復雜，路面寬度和路面平整度差別大，但多為鋪裝路面；垃圾污染的情況變化多［2］。示例見圖1，該場景可分為下列三類：

a.平整、寬敞類：路面寬敞，表面為平整、穩定的瀝青、混凝土或砌塊鋪裝路面；路邊綠化樹木、電線桿等障礙物相對較少。

b.多障礙物類：路面寬敞，表面為平整、穩定的瀝青、混凝土或砌塊鋪裝路面；路邊綠化樹木、電線桿等障礙物相對較多，排列不太規則。

c.狹窄類；路面較窄，表面不平整或鋪裝面不穩定；路邊綠化樹木、電線桿等障礙物較多，甚至樹堆圍占用了大部分路面。

2.1.2 輔道、非機動車道場景

對于輔道或非機動車道，大部分而言都較為寬敞，同時也存在部分路面的寬度較為狹窄，但路面主要為瀝青路面，示例見圖2。

2.1.3 背街小巷場景

背街小巷的場景較為復雜，人流量、垃圾污物等比較多，示例見圖3。該場景可分為兩類：

a.狹窄巷道類：路面狹窄、路障多，人口密集；小廣告（牛皮癬）多，輕飄垃圾、白色垃圾多。

b.小型商業街類：小型的商業街上人口密集區，經常有小商販擺攤設擔，路面情況復雜。

2.1.4 城中村場景

城中村道路的路面大多比較狹窄，以砌塊、瓷磚或瀝青路面為主，示例見圖4。污染物以輕飄物居多，砂石、泥土、灰塵、油污等也較為常見。這種場景可分為兩類：

a.多輕飄物、多砂石類：路面較窄，污染物以輕飄物居多、砂石多，路面保潔資源相對缺乏，保潔頻次相對較少。

b.多油污、多泥土類：路面較窄；污染物以灰塵、泥土居多，還有少區域的油污污染也比較常見。

2.1.5 廣場公園場景

廣場公園場景大多地面平整、穩定，路面有砌塊、瓷磚、混凝土等類型，垃圾污物以輕飄物為主，示例見圖5。該種場景可分為兩類：

a.文化廣場、休閑廣場、公園廣場類：地面大多平整、穩定，但地面承壓能力通常較弱，垃圾污物以輕飄物、灰塵為主。

a.公園鋪裝路面類：公園類有很多通行道路是鋪裝、平整路面，路面承壓能力不強；垃圾污物以樹葉、紙片、白色污染物等輕飄物為主。

2.2 應用場景分析

綜合上述典型應用場景及產品實際情況可得知，掃路機的應用場景雖然比較多樣、復雜，但路面類型主要分為混凝土路面、瀝青路面、砌塊路面及其他鋪裝路面四種類型；路面垃圾污物主要有落葉、樹枝、飲料瓶、塑料袋、果皮、紙屑、煙蒂、砂塵等。在對掃路機進行效能評價測試時，可在此基礎上對測試場景進行模擬和簡化，便于實際測試時的操作與執行。

3 測試場景簡化及布置

3.1 測試時的垃圾試樣準備

結合應用場景中的垃圾污物及實際應用情況，測試時的垃圾試樣可按下列兩種類型準備：

a.垃圾模擬物：按照行業標準JB/ 10856-2018《道路施工與養護機械設備掃路機》［3］中的規定準備。

b.垃圾混合物：落葉、樹枝、飲料瓶、煙蒂等。

3.2 測試時的場地布置

為簡化測試，測試場地設置為干燥平整的區域，具體測試場景按表1布置。

3.3 測試時的試驗樣機準備

目前行業上的掃路機按車輪數量可分為三輪式掃路機、四輪式掃路機，按結構類型可分為鉸接式掃路機、整體式掃路機，按除塵方式可分為濕式掃路機、干式掃路機。同時，同一類型產品，其性能、功能也會存在區別，鑒于不同類型產品一一驗證的可操作性難度較高，且對于作業效能評價而言，只要是基于同一平臺進行即可，也就是作業質量和作業效率的評價維度一致，以及測試的場景保持一致。因此一般情況下的測試評價只需掃路機是經檢驗合格的產品，且已經按產品使用說明書的要求完成磨合。

4 作業質量評價

4.1 綜述

作業質量評價一般有感官質量評價和定量質量評價兩種方式，CJJ/T 126-2022《城市道路清掃保潔與質量評價標準》［4］規定了城市道路清掃保潔作業的定量質量評價，包括道路可見垃圾及污漬密度的檢測評價和路面塵土量的檢測評價。JB/T 10856-2018《道路施工機械與養護機械設備掃路機》［3］規定了掃路機的清掃效果用掃凈率進行評價。這兩項標準關于作業質量的評價方式存在一定的區別，這是因為兩項標準的立足點不同而形成的，CJJ/T 126-2022《城市道路清掃保潔與質量評價標準》更多是從城市市容管理和使用方的維度對城市道路清掃保潔提出的環境衛生要求，而JB/T 10856-2018《道路施工機械與養護機械設備? 掃路機》是掃路機的產品標準，更多是在兼顧各方需求后提出的設備性能要求。

鑒于上述因素，相關場景擬采用的評價方式見表2。

4.2 感官質量評價

在充分參考CJJ/T 126-2022《城市道路清掃保潔與質量評價標準》及北京、上海、廣州、深圳等一線城市關于“環境衛生質量”的地方標準后，感官質量按下列要求評價：場地整體感觀清潔，無成片垃圾、污漬、積水（水漬不計為污漬）。

4.3 定量質量評價

4.3.1 掃凈率評價要求

定量質量評價采取檢測“掃凈率”的方式時，綜合考慮行業實際，掃路機的掃凈率可按不小于92%的要求操作，實際測試評價時按需確定。

4.3.2 “廢棄物控制點”評價要求

定量質量評價采取檢測“廢棄物控制點”的方式時，測試場地內不能留有帶狀或當量直徑大于等于5 cm的塊狀殘留物，且符合表3要求。

4.4 測試方法

按第3部分的要求完成測試場景布置后，按下列步驟進行測試：

a.樣機以生產廠家規定的作業行駛速度和風機轉速（或滾刷轉速）沿測試場地直行進行清掃作業。說明：由于不同產品之間的性能差異問題，加之，普掃和保潔作業時的行駛速度也會存在較大區別，速度與作業質量及作業效率密切相關，不在此限定速度。

b.如若場地較寬或測試樣機清掃寬度較窄時，樣機到達場地另一端后，調頭沿著另一側反向直行進行清掃作業。

c.作業完成后，檢測作業質量是否符合前述要求，其中，掃凈率檢測按圖6所示取樣，按下式計算：

式中，μ為掃凈率；W0為清掃前抽樣段垃圾模擬物質量，g/m2；W1為清掃后抽樣段垃圾模擬物質量，g/m2。

5作業效率評價

作業效率應是在作業質量達成要求的條件下完成清掃保潔作業的工作效率，在第4部分的作業質量評價過程中，測量作業開始至作業結束時所用的作業時間t（測試樣機需要調頭作業時，調頭時間計入作業時間內），及樣機作業時的作業噪聲N，其中，作業噪聲參照《道路施工與養護機械設備? 掃路機》JB/T 10856-2018中6.4.1中給出的方法測量。作業效率η按下式計算：

式中，η為作業效率，m2/h；S為清掃面積，按測試場景確定，m2；t為清掃時間，s。

6 掃路機人機效能評價

6.1 掃路機作業效能評價方法

掃路機作業效能評價時，可采取以下兩種方案：

a.對設備本身、作業質量和作業效率進行評測打分，然后三者分別乘以相應的權重分值再總體相加后得出設備總體效能的分值，并可根據相應分值判定其處于何種等級。

b.采取系數制，以設備本身性能、作業質量滿足要求為前提的條件下，其能達到的作業效率為評價結果。本文采取的是系數制的評價方法。

掃路機的作業效能按單位時間內完成的作業面積進行評價，按下式計算：

式中，η0為設備效能，㎡/h；η1為作業效率，㎡/h；k1為感觀作業質量達成系數；k2為定量作業質量達成系數；k3為設備性能達成系數。

說明：k1、k2、k3以某一指標作為達成基準，取值為1.0，以完成作業的不同程度為基準來設置不同的達成系數。具體達成系數基準可以根據實際需求或管理要求進行設置。

6.2 清掃保潔人工定額

在現場測試評價時，人工作業的測試場景與掃路機的場景一致，在作業后對其作業質量和作業效率進行評價。

在不具備人工現場測試評價條件時，可參照住房和城鄉建設部或當地清掃保潔作業的人工定額標準。

6.3 掃路機人機效能評價方法

結合前述可得知，掃路機的人機效能評價按下式計算：

式中，n為人機效能比，量綱一參數；η2為清掃保潔作業人工定額標準。

7 結語

本文研究了掃路機的各類應用場景，簡化并提煉出掃路機的作業效能評價方法，進而給出一種掃路機機械作業與傳統人工清掃保潔作業的人機效能測試的評價方法。

由于應用場景較為復雜，在當前技術水平下，掃路機等小型環衛機械設備的應用不可避免地存在“應用盲區”，無法完全替代人工作業，在較長一段時間內將是“機械作業+人工作業”的協同作業模式。行業仍將繼續探索應用場景特征及更科學的綜合作業模式，挖掘和釋放機械作業效能，在降低環衛作業成本的同時，環衛作業效率和作業質量必將得到更進一步的提升。

參考文獻：

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部.城鎮市容環境衛生勞動定額（HLD47-101-2008）[M].北京：中國計劃出版社，2008.

[2]盈峰環境科技集團股份有限公司.環衛工人收入現狀及環衛裝置替代人工發展潛力白皮書[EB/OL]//（2021-05-12）http：//www.inforeenviro.com/news/index420.html.

[3]JB/T 10856-2018 道路施工機械與養護機械設備掃路機[S].

[4]CJJ/T 126-2022 城市道路清掃保潔與質量評價標準[S].

作者簡介：

吳作清，男，1986年生，工程師，研究方向為工程機械、標準化。