水下無人設備在海洋放流管工程中的應用

黃培遠，梁滿坤

（1.中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510000；2.中交第四航務工程局有限公司粵東分公司，廣東 惠州， 516000）

1 引言

海洋放流管工程建設內容主要包括調壓井、陸域段放流管道、海域段放流管道、尾水擴散器等。其中，海域段放流管道和尾水擴散器都包含了水下土方工程和水下鋼管安裝工程，這兩項工程是海洋放流管工程建設中最復雜的工序，質量檢查和安全監控的難度也是最大的。一般采用潛水員下水的方法開展質量檢查和安全監控工作，但受氧氣瓶容量大小、潛水員體力消耗、個人身體素質等因素限制，潛水員下水時長在半小時到一小時之間，下潛深度極限值在二三十米，而且容易受到天氣和溫度影響，人員安全風險較高。

水下無人設備作為一種高新技術產品，具有靈活、高效、適應性強等特點，且部分設備還具有水文流量流速測量、水下地形測繪、水下暗管探測、水質監控等功能。與潛水員相比水下無人機設備工作時間更長（柴油發電水下無人設備可持續工作不受限制）、下潛深度更深（工業級水下無人機最深可達6000 米），代替或輔助潛水員更加安全、科學、可靠的開展水下施工質量檢查、安全監控工作。

本文介紹水下無人設備及其分類，研究水下無人設備的性能特點，并以廣東省揭陽市某海洋放流管工程為例，說明水下無人設備在其中的應用。

2 水下無人設備介紹

2.1 水下無人設備簡介

水下無人設備是可以進行水下探測、攝影或是捕魚的智能無人設備。水下無人設備最開始應用于軍事領域，隨著技術的發展，逐漸從軍用級設備向工業級和消費級設備過渡，目前在漁業、潛水娛樂業、水下工程建設領域都得到廣泛的應用。

2.2 水下無人設備分類與特點

水下無人設備主要分為兩種類別，分別是水下無人機和無人船。

水下無人機整體外型似魚，與水下無人船相比，體積更小、重量更輕、運動姿態更靈敏、價格也更便宜，產品屬性偏向于消費級產品，搭載的相機像素一般都比較高，主要用途是水下拍攝、錄像等。

無人船整體外型與普通船只無較大差別，但體積比普通船只小很多，可搭載多種測量載體。較水下無人機相比抗風浪性能更好、測量精度更高、用途更廣，產品屬性偏向于工業級產品，主要用于工程測繪、測量、探測等，在水下工程項目中得到較為廣泛的應用。水下無人機和無人船的性能特點如表1所示。

表1 水下無人機、無人船性能特點對比

3 水下無人設備在海洋放流管工程的應用

3.1 項目介紹

廣東省揭陽市某海洋放流管工程，擔負中石油煉化一體化項目和其他園區企業處理的達標的污水向深海的排放功能，放流管道總長度4.16 公里，日排放量3.4 萬噸/日，建設工程量大，主要有兩種施工方式，分別為開挖埋管施工和頂管施工。開挖埋管工程涉及水下土方工程和水下鋼管安裝工程，工作內容主要包括：鋼管制作組裝、水下溝槽開挖、砂墊層施工、鋼管水下安裝施工、水下溝槽回填等。頂管工程工作內容主要包括：挖土與頂進、測量與糾偏等。

本項目重點在開挖埋管施工中開展無人設備的應用研究。水下無人機靈活性高、體積小、且搭載的相機像素高，在本項目中使用水下無人機對施工安全進行監控。水下無人船定位準確、測量精度高，在本項目中使用無人船搭載測深設備或定位設備對施工質量進行檢查。開挖埋管工程業務流程圖及水下無人設備的應用點如圖1所示。

圖1 開挖埋管工程流程圖及水下無人設備應用點

3.2 水下安全監控

水下無人機具體的操作方法是操作人員手動控制水下無人機到水下指定作業點3～5 米外位置，水下無人機拍攝的畫面實時傳輸到操作界面，無需潛水員下水即可了解水下工程的施工情況；也可控制水下無人機靈活移動到同一作業點的不同方位或不同作業點，全面了解水下項目現場情況，輔助管理人員做出安全決策，在發生事故時，也可作為憑證數據輔助事故調查。

施工安全監控包括水下溝槽開挖作業、導管拋填與整平、錨索式柔性基礎安裝、鋼管焊接施工、鋼管沉放施工、設備及構件安裝施工、溝槽回填施工等內容的安全監控。

3.3 水下施工質量檢查

無人船搭載測深和定位設備開展測深和定位作業可得到較高的精度，在海洋放流管工程中主要應用于施工質量的檢查。

水下溝槽開挖中，施工測量工序使用無人船搭載RTK 進行施工前的導線點和水準點閉合復測；在溝槽測量及驗收工序中使用無人船搭載RTK 和測深儀，逐一檢查每段開挖水深，判斷開挖質量，欠挖處補挖、超挖處粗砂回填。

砂墊層施工中，設置拋填區標志工序使用無人船搭載RTK，實現拋填標志定位，砂墊層施工前設置拋填區標志，便于后續的拋填作業；在砂墊層質量檢驗工序使用無人船搭載測深儀逐一檢查每段砂墊層水深，判斷砂墊層施工質量。

鋼管水下安裝施工中，水下打樁工序使用無人船搭載RTK，對檔樁鋼錨樁、抗沖檔樁的位置進行測量校核；鋼管質量檢驗工序使用無人船搭載RTK 對沉放后的鋼管水深進行測量，判斷沉放是否達標。

溝槽回填質量檢查中，使用無人船搭載測深儀分別對粗砂回填、砂袋拋填、碎石袋拋埋、原土回填的回填位置進行水深測量，判斷回填質量。

4 總結

海洋放流管工程中水下安全監控和水下施工質量檢查具有較高難度，常使用水下無人設備輔助這兩項工作的開展。水下無人設備包括水下無人機和無人船。水下無人機主要用于拍攝，無人船主要用于工程測繪、測量、探測等。

在廣東省揭陽市某放流管工程項目中，水下無人機用于施工作業安全監控；無人船搭載RTK、測深儀開展施工質量檢查。水下無人設備的應用節約人力資源、簡化工作難度，為工程提質增效。