文/張國超、王永明 中國建筑第八工程局有限公司東北分公司 遼寧大連 116000

1、引言

城市地下綜合管廊現在作為城市的主要功能建設之一，也成為了城市現代化、集約化的標志。綜合管道廊道的建設可以有效避免道路重復開挖，減少城市視覺污染，保護城市環(huán)境，改善城市能源供給，保證城市安全運行，從而形成新興的城市基礎設施。

2、需求分析

能夠納入到綜合管廊的工程管道十分廣，大致可分為：水、電、氣、通訊等等。涉及的面十分廣泛，除此之外，綜合管廊的建設還必須和消防、供電、照明、報警、通風、排水等同時建造。

2.1 管廊運維管理需求

綜合管廊建成以后，在日常管理中應當由專業(yè)單位負責。

初步統(tǒng)計，綜合管廊的每年管理費約為建設費用的0.3%，以下是近年來對部分建設城市綜合管廊后期運營管理費用的統(tǒng)計（統(tǒng)計數據來自網絡）。

表1 管廊運維管理費用

2.2 管廊運維管理現狀

內傳統(tǒng)綜合管廊的日常巡視檢測工作主要由人工完成，并通過固定式監(jiān)控檢測設備和手持式檢測設備進行輔助巡檢。傳統(tǒng)巡檢方式的主要問題如下：管廊內環(huán)境惡劣，不利于工作人員的身心健康且存在安全隱患；環(huán)境濕度大，常常會有漏水和積水；通風條件差，易聚集有毒有害氣體；光照條件差，不便于工作人員巡檢；管廊距離長，人工巡檢勞動強度大；固定式檢測設備離散式分布于管廊沿線，無法實現全覆蓋式的監(jiān)控；固定式檢測設備投入數量大，維護成本高。

2.3 解決思路

機器換人，實現管廊智慧化建設：智能機器人系統(tǒng)以機器人為核心，整合機器人技術、非接觸檢測技術、多傳感器融合、導航定位、模式識別技術等技術，實現對管廊內管線的自主檢測，可定時進行對機器人設置任務，有效降低運行人員勞動強度；智能機器人可實現自主巡檢，建立機器人巡檢系統(tǒng)，可實現無人值守，減員增效。自主設定巡檢任務，表計智能自動識別，設備智能紅外測溫，巡檢數據實時傳輸后臺，并形成數據報表，缺陷自動進行報警，達到安全、綠色、高效、創(chuàng)新、可持續(xù)發(fā)展目標。

3、機器人各系統(tǒng)組成

3.1 機器人系統(tǒng)機構

機器人系統(tǒng)架構可分為三層，分別為執(zhí)行層、通訊層和管理層。執(zhí)行層包括了智能機器人本體、自主充電模塊、防火門控制模塊、其他在線輔助設施等，實現智能機器人的數據采集、自主充電、自動穿越防火門、應急消防等功能。通訊層采用無線通訊，無線通訊滿足管廊內的網絡全覆蓋，保證機器人在任何位置都能實現無障礙通信。管理層包含了機器人后臺、監(jiān)控中心（綜合管廊系統(tǒng)）和移動客戶端三類，主要功能有大數據分析、任務編排下達和歷史數據查詢等。

3.2 機器人后臺系統(tǒng)

（1）機器人本體自檢模塊：機器人配備有獨立、完善的自檢系統(tǒng)。

（2）數據遠傳與報表模塊：機器人智能巡檢系統(tǒng)配備專業(yè)通訊設備，保證數據傳輸的穩(wěn)定、可靠。

（3）實時監(jiān)控模塊：實時監(jiān)控界面，主要功能是檢測機器人的位置、檢測路線、檢測設備的信息、檢測過程中的實時高清晰度和紅外視頻，以及檢測過程中的實時檢測結果。

（4)巡檢計劃模塊：檢驗計劃的接口主要用于編輯檢驗任務，制定檢驗計劃，進行例行檢查任務。

（5)手動遙控模塊：遠程控制界面，主要功能是允許用戶在任何地方遠程控制機器人，手動檢查特定的設備，并能截獲設備的高清晰度和紅外圖像和視頻。

(6)歷史數據模塊：歷史查詢接口分為兩部分，對應于兩種查詢方法。一種是根據巡檢任務進行查詢，另外一種是按照設備列表進行查詢。

（7）異常報警模塊：機器人配備的高清攝像頭還將完成對各類管線狀態(tài)檢測，當發(fā)現異常時，機器人發(fā)出聲光提示，報警信息能通過短信發(fā)送，并且報警上傳至服務器。該類報警在人工操作模式下可以實現退出/恢復。

3.3 輔助系統(tǒng)設計

1.軌道設置

施工布置：軌道型材采用高強度鋁合金，可以拼接，并且可以根據管廊地形設計彎曲度和坡度.采用高強度鋁合金軌道。彎軌道彎曲半徑：R1000，彎曲弧度：30、45、90度等；承載重量：不小于80KG；軌道固定支架：每隔1.2米安裝一只；

軌道安裝方式：將長T形螺栓螺母裝好滑入軌道槽擰緊；將T形螺栓頭穿過支架上的孔，用螺母固定（如下圖1所示）；軌道高度可通過螺栓進行調節(jié)。

圖1 機器人軌道安裝示意圖

軌道與頂部連接方式（預埋槽）：將與預埋槽配套的M12 T型螺栓固定于預埋槽道；兩個T型螺栓中心線距離為275mm；T型螺栓與軌道支架連接緊固；軌道固定支架：每隔1.2米安裝一只。

2.定位設置：機器人系統(tǒng)位置定位采用伺服電機內部碼盤里程計與光電掃碼相結合的方案。

3.爬坡設置：管廊在設計過程中，會遇到倒虹口設計，該類設計導致機器人需要保證可以大角度爬坡能力。智能掛軌機器人最大爬坡能力可達90°。

4.防火門系統(tǒng)，采用鋼制甲級防火門，并配備電控系統(tǒng)。為保證機器人安全通行，需要在防火隔斷處安裝自動開關防火門。當機器人要通過防火門時，防火門會自動打開，等機器人完全通過后自動關閉。防火門外形結構如下圖2所示：

圖2 防火門示意圖

結語：

機器人技術作為智慧管廊的重要技術之一，以智能可移動平臺為中心，集多種數據采集設備與一體，實現全自動自主巡視檢測、智能識別預警和故障應急處理，配合在線監(jiān)控系統(tǒng)、管廊設施控制系統(tǒng)、信息處理和分析系統(tǒng)等，形成綜合管廊一體化控制平臺，實現智慧型管廊建設。