基于機(jī)器人技術(shù)綜合管廊安全運(yùn)營探討

唐曉俊

（上海電器科學(xué)研究所（集團(tuán)）有限公司，上海 200063）

1 當(dāng)前我國綜合管廊建設(shè)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(yùn)作，目前我國的綜合管廊的長度已經(jīng)達(dá)到了八千公里以上，是我國城市化進(jìn)程的一個(gè)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(jiān)測都是人為操作完成。但是在日常的綜合管廊建設(shè)中由于人為管理的不確定性，可能會(huì)出現(xiàn)管理員經(jīng)驗(yàn)不足的情況，即便管理員的經(jīng)驗(yàn)充足，技術(shù)過硬，也會(huì)由于人為操作的不確定性產(chǎn)生一些突發(fā)情況，如可能會(huì)出現(xiàn)因管理員身體不適或者情緒低落導(dǎo)致的操作失誤，使得綜合管廊出現(xiàn)問題后不能及時(shí)得到補(bǔ)救。而綜合管廊出現(xiàn)問題后會(huì)對(duì)城市的運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生諸多不利影響，比如，城市會(huì)出現(xiàn)大面積的停水停電等，甚至導(dǎo)致通訊出現(xiàn)大面積癱瘓的情況，出現(xiàn)人員受傷等嚴(yán)重工作事故。

2 機(jī)器人技術(shù)的簡要概括與應(yīng)用

2.1 對(duì)工業(yè)機(jī)器人的簡要介紹

在我國提倡“智造”的大背景下，機(jī)器人技術(shù)作為智能技術(shù)中最重要的一部分，是其中的一個(gè)重點(diǎn)研究對(duì)象?，F(xiàn)在的工業(yè)機(jī)器人不僅可以運(yùn)行操作者事先為其設(shè)計(jì)好的程序，還可以在實(shí)際的操作過程當(dāng)中對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制。隨著當(dāng)前我國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，大有未來工業(yè)機(jī)器人取代簡單勞動(dòng)力的趨勢，因?yàn)闄C(jī)器人操作難度較低，且機(jī)器人工作精度高，可以在生產(chǎn)過程中有效地提高產(chǎn)品品質(zhì)和工作效率。

2.2 對(duì)工業(yè)機(jī)器人的管理

工業(yè)機(jī)器人的管理平臺(tái)主要由以下幾個(gè)重點(diǎn)控制模塊構(gòu)成。

2.2.1 對(duì)機(jī)器人的觀察模塊

這一監(jiān)控模塊包括對(duì)機(jī)器人電源狀況的監(jiān)控，對(duì)機(jī)器人之間信息傳遞與整合功能的監(jiān)控，對(duì)主控制平臺(tái)顯示模塊的監(jiān)控，對(duì)異常數(shù)據(jù)反饋的監(jiān)控等。

2.2.2 數(shù)據(jù)傳輸分析模塊

這一模塊負(fù)責(zé)隨時(shí)隨地對(duì)機(jī)器人的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的記錄，并且借助無線傳感技術(shù)將這些機(jī)器人的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單分析。從多個(gè)角度對(duì)設(shè)備的性能進(jìn)行全面的分析，并且對(duì)設(shè)備之后一段時(shí)間的工作狀態(tài)進(jìn)行大概的預(yù)測，給工作人員留有一定的維修維護(hù)時(shí)間，提高了容錯(cuò)率。

2.2.3 日常巡檢相關(guān)模塊

巡檢是工業(yè)機(jī)器人日常工作當(dāng)中一個(gè)很重要的部分。在巡檢這一模塊的設(shè)計(jì)中，應(yīng)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(shí)也可以在巡檢的過程中隨時(shí)對(duì)程序進(jìn)行更改，這一設(shè)計(jì)在提高了巡檢的靈活性的同時(shí)，也提高了巡檢效率。

2.2.4 地理信息建?？刂?/p>

在工業(yè)機(jī)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(jī)器人來完成的，通過機(jī)器人所具有的傾斜攝影技術(shù)來建立當(dāng)?shù)卮笾碌牡乩硇畔⒛Ｐ?，再利用其他更精確的算法來解決更精細(xì)的地理模型問題，從而可以對(duì)綜合管廊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有大體的把握。

3 智能機(jī)器人在綜合管廊中的具體應(yīng)用

3.1 綜合管廊安全隱患的主要來源

綜合管廊出現(xiàn)的安全問題主要有三項(xiàng)，即火災(zāi)以及火災(zāi)引起的爆炸和有毒性氣體泄露。城市的管道系統(tǒng)主要位于城市的地下，十分隱蔽，一旦發(fā)生火災(zāi)不但很難被人們發(fā)現(xiàn)，還容易出現(xiàn)煙霧不易散去的情況。在對(duì)火災(zāi)進(jìn)行撲滅時(shí)，消防員很難進(jìn)入地下順利完成作業(yè)，更為嚴(yán)重的是，如果因?yàn)榛馂?zāi)引起了進(jìn)一步的爆炸或者有毒氣體的泄露，會(huì)對(duì)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(nèi)火災(zāi)的特點(diǎn)分析

綜合管廊發(fā)生火災(zāi)主要有兩個(gè)方面的原因：一是管廊本身出現(xiàn)問題，如因?yàn)殡娎|老化造成的電阻過大，搭載設(shè)備過多，引起的超載超負(fù)荷情況和短路等都會(huì)使得電纜的溫度升高，電纜過熱進(jìn)而引起火災(zāi)。因?yàn)殡娎|本身問題產(chǎn)生的火災(zāi)會(huì)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(diǎn)。二是工作管理人員的問題，在很多時(shí)候這種地下綜合管廊發(fā)生的火災(zāi)都是難以察覺到的，有時(shí)管理人員未能作出正確的反應(yīng)或者缺乏技術(shù)基礎(chǔ)就會(huì)使火勢蔓延到不可控制，對(duì)整個(gè)城市的正常運(yùn)行造成威脅。

3.3 應(yīng)用智能機(jī)器人技術(shù)對(duì)災(zāi)害作出的相應(yīng)反應(yīng)

3.3.1 對(duì)火災(zāi)等災(zāi)害進(jìn)行主動(dòng)預(yù)測

智能機(jī)器人和綜合管廊內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合，對(duì)電纜的老化和負(fù)載情況進(jìn)行嚴(yán)密的分析，對(duì)應(yīng)對(duì)管廊突發(fā)情況的人員進(jìn)行能力的評(píng)估，并對(duì)以前發(fā)生火災(zāi)的案例進(jìn)行分析。經(jīng)過以上步驟后智能機(jī)器人往往可以對(duì)即將發(fā)生的災(zāi)害進(jìn)行有效的分析，從根本上大幅降低事故災(zāi)害發(fā)生的概率。

3.3.2 預(yù)測后的主要補(bǔ)救措施

預(yù)測后的主要補(bǔ)救措施有以下幾個(gè)步驟，首先機(jī)器人在巡檢過程中將巡檢得到的結(jié)果傳遞到整體綜合管廊安全系統(tǒng)，綜合管廊系統(tǒng)對(duì)有可能發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)部位進(jìn)行確定，最后快速模擬出成本最低的防范或修補(bǔ)措施。如果已經(jīng)發(fā)生了火災(zāi)，要做好智能報(bào)警，做好滅火準(zhǔn)備，配備專門的消防機(jī)器人對(duì)著火點(diǎn)進(jìn)行集中滅火。在火災(zāi)已經(jīng)撲滅的情況下，還要做好后續(xù)的維護(hù)工作，防止火災(zāi)造成爆炸隱患甚至有毒氣體的泄露，維護(hù)工作需要機(jī)器人先對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場進(jìn)行確認(rèn)和探測，確認(rèn)無有毒氣體泄露且內(nèi)部安全后再安排消防人員進(jìn)入綜合管廊進(jìn)行進(jìn)一步的處理。救援機(jī)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(shè)備受到損傷的程度。

4 我國綜合管廊智能化的實(shí)際案例

近年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化綜合管廊也在我國的部分區(qū)域進(jìn)行了試點(diǎn)執(zhí)行，如近幾年我國雄安新區(qū)的智能管廊已經(jīng)正式投入使用了。雄安新區(qū)的智能管廊長度達(dá)到了3.3公里，由三個(gè)主干結(jié)構(gòu)構(gòu)成，即干線、支線和纜線。

綜合巡檢智能機(jī)器人值得一提的是，雄安新區(qū)的智能管廊所應(yīng)用的機(jī)器人具有視覺和嗅覺，這兩個(gè)特性極大程度上提高了機(jī)器人工作的準(zhǔn)確性。不僅可以根據(jù)事先寫好的程序進(jìn)行日常的巡檢，在出現(xiàn)突發(fā)情況后也可以作出及時(shí)的反應(yīng)，對(duì)突發(fā)情況進(jìn)行及時(shí)的補(bǔ)救和應(yīng)對(duì)。機(jī)器人的視覺對(duì)綜合管廊的內(nèi)部情況起著監(jiān)測作用，機(jī)器人的嗅覺可以對(duì)綜合管廊內(nèi)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(xiàng)核心技術(shù)，即BIM技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)降低了施工過程中的成本，并且實(shí)現(xiàn)了數(shù)字工程模擬這一功能，提高了工程的效率，縮短了工時(shí)。雄安的智能綜合管廊試點(diǎn)對(duì)我國后續(xù)大范圍推行綜合管廊建設(shè)有著很高的借鑒意義。

5 結(jié)語

隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新興技術(shù)也在不斷增加，如雄安綜合管廊建造過程中至關(guān)重要的BIM技術(shù)，在大大降低施工成本的同時(shí)也加快了施工速度。巡檢機(jī)器人有了“嗅覺”功能，在綜合管廊的管理中，對(duì)于保證管廊的運(yùn)行安全性和管理科學(xué)性十分重要。而應(yīng)用一些新興技術(shù)如大數(shù)據(jù)，無線傳感技術(shù)，機(jī)器人技術(shù)等，有助于城市綜合管廊的安全管理和運(yùn)營。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有利于綜合管廊安全管理中一些資源和數(shù)據(jù)的快速整合。本文主要對(duì)機(jī)器人技術(shù)在綜合管廊安全運(yùn)營的應(yīng)用等進(jìn)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。