浅析智能清淤机器人在暗涵清淤工作中的应用

摘要：在我国传统的市政工程排水清淤工作中，还存在一些缺点，如耗时长、工作效率低、工作流程较复杂、安全性不高等。为避免以上的不足，智能清淤机器人研究工作不断展开，用智能清淤机器人替代传统的清淤方式，能使得清淤工作变得更加智能化，更加高效。本文通过叙述市政排水工程特点，进行传统清淤技术与智能清淤技术比较，说明清淤技术的发展趋势。

关键词：市政排水;清淤技术;智能化

1 前言

当今社会，伴随着新科技，新技术的迅速发展，传统生产方式，生产技术发生了翻天覆地的变化，取而代之的是生产效率更高、生产利益更大、生产功能更强的新工艺。在市政工程中，早期排水系统排水断面大，多采用明沟或盖板沟进行排水，城市在不断改扩建的发展进程中，明沟或盖板沟被当作安排继续保留排水功能，此类排水暗涵的清理工作面临着巨大的困难。传统的市政工程清淤暗涵的方法为人工清理，但是这种方法有效率低，耗费成本高，耗时长、安全性低等缺点，因此如何避免这些缺点，提高暗涵清淤的效率，对新技术提出了挑战，针对新改进、新设计理念，我们需要进一步研究。

2 研究背景

地处改革开放发展前沿的深圳，四十年来发生了翻天覆地的变化，作为中国最年轻的一线城市，深圳目前的市政排水系统中，仍存在较多的早期排水设施---暗涵，无论是小区内大大小小排水的暗沟，还是道路下行洪排涝的大截面箱涵，都需要开展清淤、修复等整治工作。前期现实情况是，工业区和生活区中的各种工业用水和生活用水未经分类，直接通过暗涵排入下游河道，常年积存的众多污染物众多，很难彻底清理;与此同时，暗涵破损等情况下掉落的砖块等固体物质也会加剧这一情况，不仅缩短小了暗涵的断面，影响城市的行洪排涝，在暗涵排水的过程中，污染物被不断冲出，也会影响下游河道的水质情况，破坏生态环境。一般情况下，日常的维护工作仅能保证尺寸较大的暗涵被清理干净，而当暗涵尺寸较小时，机械无法进入，人工清淤困难时，暗涵仅能只能利用天然降雨进行清除，效率十分低下。同时多数暗涵存在结构不稳定等问题，存在坍塌的风险^[1]，人员作业时存在极大的安全隐患极大，因此，寻找一种高效、方便的清淤方法成为一种必然。

3 暗涵污染物特点分析

在开展暗涵整治工作前，为制定切实可行的清淤方案，因此需要对暗涵的结构尺寸、长度、具体位置和暗涵内污染物等各方面的基本情况进行摸排。结合实际排查情况，暗涵的结构主要分为浆砌石和混凝土两类，根据施工功能不同，多数位于道路下方;而暗涵内积存的污染物除淤泥外，淤泥中还夹杂有路面冲入的砂砾、偷倒的混凝土块等固结物、塑料袋及包装纸等极难降解的垃圾，同时水面上方还漂浮这一层塑料瓶和快餐盒等轻质垃圾。

通过人工清淤和气体检测发现，暗涵内污染物经过长期发酵，的空隙中还有大量的有毒有害气体，当清淤作業不断翻动污染物时，有毒有害气体会不断释放，影响作业人员安全。

4 传统暗涵清淤方法

针对暗涵截面尺寸大、内壁不光滑、水流量大和暗涵内环境复杂等情况，传统的绞车清淤、通沟机、高压水喷射清淤等管道清淤方式并不适合暗涵清淤，因此暗涵清淤通畅采用的方式为人工配合机械清淤和纯人工清淤两种方式。

4.1 人工配合机械清淤

针对不同的暗涵，可采用的机械也不尽相同。对结构尺寸大，承担城市行洪功能的主暗涵，通常采用人工配合装载机清淤，在暗涵顶部开孔后吊入装载机清淤多数污染物，人工则负责装载机清理不彻底的部位，清淤完成后在开孔处将污染物及机械吊出;当结构尺寸较小，装载机无法进入时，则采用人工配合吸污车开展清淤，人工控制抽吸口位置确保清淤效果。

4.2 纯人工清淤

当较长一段暗涵从建筑物下方穿过，暗涵结构尺寸无法满足装载机作业，同时吸污车吸力及吸污管长度不够时，只有采用纯人工进行清淤，淤泥通过斗车或其他可移动装载用具装运至开孔处吊出。

以上两种传统清淤方式每班作业前均需进行通风、检测等一系列的准备工作，每个清淤作业段作业前，还需在上游设置土石围堰并导排上游来水，避免带水作业，耗费时间长;同时根据安全工作要求，每班最多安排2人下涵作业，清淤效率受到严重影响;而基于清淤作业条件的特殊性，极有可能发生重大安全事故。

针对上述清淤存在的准备时间长、清淤效率低、安全隐患大、无法带水作业等问题，制作了一种简易的清淤装置---“清淤斗”。

“清淤斗”的作业原理主要是利用自身自重下沉至暗涵底部，通过牵引绳牵引将“清淤斗”前方的淤泥、混凝土块、垃圾等污染物托运至孔口下方，再将污染物吊运出暗涵。

作业前根据暗涵走向，间隔30m开孔，孔口最小尺寸为边长1.5m的正方形，开孔后由穿戴齐全防护用品的作业人员在开孔处打入钢筋、安装滑轮定位调节杆等工作，无需在暗涵内来回走动，相邻开孔间牵引绳采用穿管器安装就位，在完善现场临时用电后即可开始清淤作业。人员下涵作业时需安排专人在孔口位置观察作业人员身体情况，发现不良情况时，及时将人员从涵内拉出保证安全。

制作“清淤斗”主要采用钢板、扁铁、滑轮、钢丝绳、弹簧卡等材料，制作简单，成本低，清淤效率高，具有很好的推广性。整个清淤过程极大地降低了人员下涵作业的风险，但还远未达到不需要人员下涵的程度，结合近年来频发的有限空间作业安全生产事故，如何利用智能机器人下涵开展清淤工作，较少人为因素影响，才是后续清淤工作发展的趋势。

5 智能清淤机器人实际应用与前景

目前国内外开展的清淤机器人研究较多，总结起来主要是原位抽吸淤泥后处理与将污染物推送至孔口处再抓取结合的方式开展清淤作业。

作业时机器人利用格栅将石块等大粒径污染物隔离，在将可以通过抽吸方式处理的淤泥抽吸至岸上淤泥处理车或装置，待多数淤泥抽吸完成后再将石块等大粒径污染物推送至暗涵开孔处，利用抓取机械将石块等污染物抓出处理。此类清淤机器人作业时无需人员下涵，只需将清淤机器人吊入暗涵内，操作人员在暗涵外通过机载摄像头观察涵内情况，并控制清淤机器人行走即可达到清淤效果。

类似的暗涵清淤机器人在深圳、广州等城市已参与过相关水务工程的暗涵清淤工作，根据现场实际作业的情况可以看出，暗涵清淤机器人相较于传统清淤方式具有无需人员下涵、清淤效率高、可带水作业等诸多优点，但暗涵清淤机器人还处于发展阶段，技术还不够成熟，能拿出成品的企业并不多，目前现存的机械尺寸都比较大，重量较大，需要吊车等大型机械配合，也无法满足小型暗涵清淤作业的要求;同时受研发成本影响，目前使用机器人开展清淤作业的成本相较于传统的清淤方式要高出很多，不利于项目成本控制，一般施工或运维单位很难承受大量使用机器人进行暗涵清淤，因此推广使用的难度比较大。

6 结语：

综上所述，在我国市政排水系统暗涵清淤工作中，采用机器人开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发展，而针对暗涵清淤作业的特殊性，可以预测小型化的清淤机器人推出是必然的。因此我们需要充分发挥智能清淤机器人在清淤工作中不可替代的优越性，提高清淤工作的安全系数，使清淤工作变得更加便捷，更加高效。

参考文献：

[1] 杨庭伟，胡毅.水务工程暗涵清淤安全管理[J].云南水力发电，2018，34（S2）：145～146.

[2] 黄超，揭敏，席鹏，刘奇，张辉煌.管道淤堵的清淤技术应用[J].施工技术，2019，48（24）：85～88.

[3] 安海涛，唐杰，雷虎城.轮式管道清淤机器人设计[J].科技风，2019（23）：9.

作者简介：曾伟（1991--5）男，汉，四川南充，本科，助理工程师，研究方向：市政管网施工。