江镕:水下清淤機(jī)器人高效運(yùn)行

隨著水環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的提升，泵站、渠箱等排水設(shè)施清淤養(yǎng)護(hù)工作已成為水生態(tài)環(huán)境治理的痛點(diǎn)難點(diǎn)之一。傳統(tǒng)的泵站清淤采用“停運(yùn)+人工清淤”的方式，效率低、安全風(fēng)險(xiǎn)大，特別是停運(yùn)可能導(dǎo)致的污水溢流對(duì)水環(huán)境治理成效帶來(lái)破壞性影響。

為破解這一清淤困局，廣州市城市排水有限公司（以下簡(jiǎn)稱“廣州排水公司”）自2021年開(kāi)始，利用2年半的時(shí)間，研發(fā)出水下清淤機(jī)器人，有效解決了排水設(shè)施停產(chǎn)減產(chǎn)引發(fā)的污水溢流污染，消除有限空間內(nèi)人工作業(yè)的安全隱患，真正實(shí)現(xiàn)了“人不下井、水不斷流、泥不落地”的不停產(chǎn)清淤目標(biāo)。

智能型裝備 多場(chǎng)景應(yīng)用

廣州排水公司總工程師袁嶸介紹，水下清淤機(jī)器人是一款適用于泵站、渠箱、集水池等有限空間的新型裝備，具有清淤能力強(qiáng)、智能化程度高、安全性好、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

“我們這套裝備采用機(jī)電液技術(shù)，將集料、泵送、行走、水下感知等控制單元集成一體，搭載可視化智能操作系統(tǒng)，具備遠(yuǎn)程控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，實(shí)時(shí)查看機(jī)器人工作場(chǎng)景、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、水下定位導(dǎo)航、識(shí)別障礙物等功能。目前已成功應(yīng)用在22座污水泵站、2個(gè)淺層渠箱和東濠涌深隧，得到了同行的廣泛關(guān)注，并成功應(yīng)用于廣州市中心城區(qū)的泵站、渠箱、深隧等多元化場(chǎng)景。”

針對(duì)排水管網(wǎng)系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行容易積聚淤泥、沉砂、雜物等的情況，清淤機(jī)器人頭部設(shè)有一個(gè)“抓斗”，抓斗內(nèi)布滿“牙齒”并配有高壓清洗噴頭，可以有效攔截大件物體和纖維物質(zhì)；機(jī)器人的“腿腳”是兩排倒V型履帶，這種高適應(yīng)性履帶避障系統(tǒng)可以進(jìn)行37度的角度調(diào)整，不僅能在平地行駛，遇到管道、斜坡等也可以輕松駛過(guò)；高密封性水下作業(yè)防漏電系統(tǒng)作為“防護(hù)罩”，可以有效保障設(shè)備在水下作業(yè)的安全性和可靠性。

除了便于清淤的外觀設(shè)計(jì)，機(jī)器人內(nèi)部的智能“頭腦”也是破解泵站、渠箱、深隧等惡劣污水作業(yè)環(huán)境下智能定位、導(dǎo)航、避障等難題的利器。圖形化聲吶避障系統(tǒng)就如同機(jī)器人的“千里眼”和“順風(fēng)耳”，通過(guò)可視化的聲吶測(cè)距儀，可以多角度探測(cè)污水泵池及箱涵內(nèi)的作業(yè)工況，提前發(fā)現(xiàn)提前規(guī)避，有效做到“決勝千里之外”；船舶姿態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是機(jī)器人的“小腦”，綜合機(jī)器人的航向、三維姿態(tài)與液壓數(shù)據(jù)等信息，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡和傾斜角度，控制機(jī)器人精準(zhǔn)作業(yè)；直觀友好的人機(jī)交互操作界面是機(jī)器人的“大腦”，通過(guò)利用 js+ css+ html +unity等編程技術(shù)編寫(xiě)友好界面，使得各類數(shù)據(jù)以圖像化的方式呈現(xiàn)在交互操作界面上，便于操作者準(zhǔn)確判斷并發(fā)出作業(yè)指令。

借助水下清淤機(jī)器人在有限空間開(kāi)展清淤工作的成功案例，廣州排水公司不斷進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，構(gòu)建起了安全環(huán)保高效的新型清淤體系。這一體系不僅可以降低溢流風(fēng)險(xiǎn)、利用泥水分離保護(hù)施工環(huán)境，還可以通過(guò)將余泥轉(zhuǎn)運(yùn)至公司龍歸通溝余泥站進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)通溝余泥的資源化利用，真正將智能化、數(shù)字化、可視化的元素和功能融入淤積物破碎、攪拌、泵送、轉(zhuǎn)運(yùn)、處理等全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)水下清淤綠色轉(zhuǎn)型。

接力式作業(yè) 高效率清淤

每年的3月份左右，在一年一度的汛期來(lái)臨之前，廣州不少單位都會(huì)趁著晴好天氣，搶抓時(shí)機(jī)保養(yǎng)防汛設(shè)備設(shè)施，以便雨季到來(lái)時(shí)可及時(shí)投入使用，東濠涌深隧便是其中之一。

東濠涌深隧是廣州深層隧道系統(tǒng)的試驗(yàn)段，全長(zhǎng)1.7千米，地點(diǎn)設(shè)在東濠涌東風(fēng)路以南河道下方，北起孖魚(yú)崗涌，南至珠江。該深隧可發(fā)揮調(diào)蓄治污和防洪排澇功能，綜合解決老城區(qū)內(nèi)澇、截污不徹底、初雨和溢流污染等難題。

廣州排水公司自2022年1月起正式運(yùn)營(yíng)維護(hù)東濠涌深隧，每年都會(huì)完成一次非汛期專項(xiàng)清疏工作，使深隧以最佳狀態(tài)投入汛期排水工作。而在2024年3月6日，在日常清疏的基礎(chǔ)上，廣州排水公司對(duì)東濠涌深隧進(jìn)行了一次非同尋常的清專項(xiàng)清疏。

東濠涌深隧的主隧部分，位于地下43.2米的深處，該深度已超出常規(guī)設(shè)備的使用極限，在國(guó)內(nèi)外均無(wú)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)參考的情況下，廣州排水公司成功探索出了一套適用于深層排水隧道智慧化、機(jī)械化的清疏工藝方法，為行業(yè)提供了思路方案和示范樣板。

針對(duì)東濠涌深隧的實(shí)際特點(diǎn)，首先，廣州排水公司基于自有科研創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)出了“深隧慧眼”——深隧測(cè)繪數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集處理系統(tǒng)。借助這一系統(tǒng)，廣州排水公司深隧運(yùn)維團(tuán)隊(duì)不僅可以清晰了解東濠涌深隧整體結(jié)構(gòu)，還能提前探明主要淤積物所在位置，為下一步精準(zhǔn)清淤做好充足準(zhǔn)備。

其次，由于需要直接深入到43.2米的深度進(jìn)行作業(yè)，深隧運(yùn)維團(tuán)隊(duì)在地下14米處搭建平臺(tái)沉淀池，為后續(xù)“接力式”作業(yè)奠定基礎(chǔ)。

最后，為最大限度減少人員進(jìn)入深隧作業(yè)可能產(chǎn)生的安全隱患，深隧運(yùn)維團(tuán)隊(duì)派出了水下清淤機(jī)器人，在深處惡劣環(huán)境下實(shí)現(xiàn)有效智能化定位、導(dǎo)航、避障。同時(shí)搭配高揚(yáng)程吸污車(chē)進(jìn)行清淤作業(yè)，突破了單一設(shè)備無(wú)法深入高縱深的主隧進(jìn)行有效抽吸的極限，“接力式”地解決了超深泵池的清淤問(wèn)題。

通過(guò)31天的“洗澡式作業(yè)”，廣州排水公司從東濠涌深隧清理出358立方米淤積物，掃清了深隧中容易淤積的盲點(diǎn)，讓東濠涌深隧能夠以最佳狀態(tài)投入汛期排水工作。

創(chuàng)新性發(fā)明 可推廣實(shí)踐

目前，廣州排水公司的水下清淤機(jī)器人已在廣州市中心城區(qū)的多個(gè)泵站、渠箱、深隧得到應(yīng)用，累計(jì)清理淤積物超1500立方米。

水下清淤機(jī)器較傳統(tǒng)“停產(chǎn)+人工”清淤方式，作業(yè)時(shí)間縮減約30%，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員減少近50%，提高了排水設(shè)施運(yùn)營(yíng)管理的安全系數(shù)和工作效率。同時(shí)，科學(xué)有序開(kāi)展排水設(shè)施清淤養(yǎng)護(hù)，設(shè)備故障率降低，大大減少了維修成本。

相關(guān)專家評(píng)價(jià)說(shuō)：該案例的成功為全省乃至全國(guó)范圍內(nèi)泵站、渠箱、深隧清淤提供可借鑒的寶貴經(jīng)驗(yàn)，也為其他行業(yè)領(lǐng)域的有限空間場(chǎng)所清淤作業(yè)提供了新的解決思路和有效啟示，具有推廣價(jià)值。

袁嶸介紹說(shuō)，現(xiàn)在水下清淤機(jī)器人已取得專利授權(quán)11件（發(fā)明專利2件、實(shí)用新型專利8件、外觀設(shè)計(jì)專利1件），還有4項(xiàng)發(fā)明專利申請(qǐng)進(jìn)入實(shí)質(zhì)審查階段，經(jīng)專家鑒定達(dá)已到國(guó)際領(lǐng)先水平。由于在泵站、渠箱、深隧等多元場(chǎng)景中的清淤效果顯著，水下清淤機(jī)器人發(fā)明還榮獲廣東省市政行業(yè)協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)以及由廣州市總工會(huì)頒發(fā)的2020-2022年女職工創(chuàng)新工作室“十大創(chuàng)新成果”等獎(jiǎng)項(xiàng)。

“此次能夠榮膺‘首屆廣東省十大生態(tài)環(huán)境創(chuàng)新案例’，也充分證明我們這一生態(tài)環(huán)境科技成果具有良好的發(fā)展前景、顯著的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和示范作用，有助于推動(dòng)綠色低碳環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為培育壯大綠色發(fā)展新動(dòng)能、加快發(fā)展方式綠色轉(zhuǎn)型提供堅(jiān)實(shí)的科技支撐。