استخدام الأجهزة الآلية في التفتيش على نظام المجارير وإصلاحه

دور الآليين المتزايد في إدارة نظام المجاري

وتتجه البلديات في جميع أنحاء العالم إلى الروبوتات لحل التحديات الطويلة الأمد في التفتيش وإصلاح نظام المجارير، وهذه الآلات - التي تتحول من زحف بسيطة خاضعة للمراقبة عن بعد إلى طائرات ذاتية - تُعيد تحديد كيفية احتفاظ المدن بالهياكل الأساسية الأساسية الحيوية تحت الأرض، وباستبدال الوسائل اليدوية، التي كثيرا ما تكون خطرة، بتكنولوجيا دقيقة، تعمل عن بعد، وتخفض الآلات من المخاطر بالنسبة للعمال، وتخفض التكاليف، وتمتد إلى شبكات المجاري القديمة.

لماذا الروبوتات مهمة للبنى التحتية للسيارات

إن نظم المجاري هي من بين أهم الأصول غير المنظورة لأي مدينة، وهي تحمل النفايات والمياه العاصفة، وتمنع الفيضانات وأزمات الصحة العامة، غير أن هذه الشبكات تخضع للارتداء المستمر: فشقها من الحركة الأرضية، والتطفل الجذري، والتآكل من غاز الكبريتيد الهيدروجين، وقطعها من الحطام والزهور، كما أن أساليب التفتيش التقليدية تتطلب من العمال أن يدخلوا الأنابيب - وهي ممارسة خطرة تنطوي على غازات سامة، وحيزات المحصورة، وخطرة، وخطرة.

فإلى جانب السلامة، يقدم الآليون جمع البيانات بشكل أسرع وأكثر اتساقا، ويمكن للزحف الآلي الواحد أن يفتش أميال الأنابيب في يوم واحد، ويلتقط أشرطة فيديو وقراءات استشعارات عالية التعريف يمكن تحليلها فورا أو حفظها لأغراض المقارنة في المستقبل، وهذه القدرة تتيح للمرافق إعطاء الأولوية للإصلاحات القائمة على بيانات الحالة، مع الانتقال من الصيانة التفاعلية إلى استراتيجية استباقية لإدارة الأصول، ونتيجة لذلك، تحقق وفورات كبيرة في التكاليف:

تاريخ موجز لتكنولوجيا التفتيش في المجاري

وتعود المجارير التي تفتش على كل حال إلى روما القديمة، ولكن الأساليب الحديثة بدأت في أوائل القرن العشرين مع أجهزة تلفزيونية بسيطة مغلقة، تسحب من الأنابيب، وكانت هذه النظم الأولى مجهزة بالعجلات، وتحتاج إلى أفراد من طاقمين متعددين، وتنتج صوراً منخفضة الجودة من الأنابيب والأبيض، وبحلول التسعينات، تحسنت الكاميرات الرقمية وضوح الصورة، ولكن المعدات كانت لا تزال مصممة على شكل كابلات يدوية ثقيلة وتحتاجة إلى تعديل ثابت.

أنواع الروبوتات العازلة ودورها

ولا يمكن لأي آلي واحد أن يتعامل مع كل سيناريو من سيناريو المجارير، إذ يتراوح عدد المواسير بين 6 بوصات وما يزيد على 10 أقدام، وتختلف المواد من الطين والخرسانة إلى البلاستيك والحديد، وتشمل الظروف تدفق المياه، والحطام، والنحل الحاد، والتسرب الرأسي، وبناء على ذلك، طور المهندسون عدة هياكل روبوتية، وكل منها يُفضي إلى بيئة أو مهمة معينة.

الروبوتات المُتشددة

وفوق ذلك، فإن أكثر أنواع الروبوتات شيوعاً هي مركبات تتدفق على طول قاع الأنابيب، وهي عادة تُنقل إلى وحدة مراقبة فوق الأرض بواسطة كابل متعدد الموصلات يوفر الطاقة والفيديو وإشارات التحكم، كما أن الزحفات الحديثة يمكنها أن تبحر الأنابيب على أنها صغيرة تصل إلى 6 إنشات في قطرات قطرها وأكبر من 48 بوصة أو أكثر.

وتنتج شركات التصنيع الرائدة مثل CUES و هي-تيك زحفات يمكنها أن تتسلق منحدرات متوسطة وأسطح مبللة، بل إن بعض النماذج مغمورة، مما يسمح لها بالعمل في تركيبات متأصلة أو مغلفة جزئيا.

أجهزة تفتيش الأنبوب

وفي حين أن الزحامين يهيمنون على التفتيش، فإن الروبوتات الصغيرة للتفتيش على الأنابيب مصممة لأماكن ضيقة، وهي في كثير من الأحيان مركبات ثلاثية العجلات أو متعقبة ذات ملامح منخفضة، قادرة على الدخول الأفقي (الوصلات من المنازل إلى خطوط رئيسية) وأنبوب مقياس أصغر، وعادة ما يكون لأجهزة الإرساليات جهازاً أقصر وكاميرا أكثر تطابقاً، ويمكن لبعض النماذج أن توضح كاميراتها الحاسبة موصلها في وقت لاحق.

وثمة اتجاه مستجد يتمثل في استخدام " أجهزة الإنذار " - أجهزة آلية صغيرة متعددة الأطراف تنسق لتفتيش شبكة على نحو أسرع، وهذا المفهوم لا يزال تجريبيا، ولكنه يبشر بتقليص وقت التفتيش إلى حد كبير بالنسبة للمناطق السكنية الكبيرة.

صواريخ من طراز قاذفة وروبوت من طراز قاذفة

ويمكن أن توفر أجهزة آلية ذات فتحات ذات مقياس كبير ومجاري للصناديق (التي يبلغ طولها 36 بوصة وأكبر)، حلا فريدا، ويمكن أن تطفو هذه الأجهزة غير المجهزة أو التي تسبح مع التدفق باستخدام كاميرات على متن السفن ومجسات لالتقاط لقطات مستمرة أثناء سفرها إلى أسفل المجرى، وتعاد استرجاعها في حفرة من أسفل المجرى.

وفي الآونة الأخيرة، تم تكييف الطائرات المسيرة ذات الطراز الرباعي لاستخدام المجاري، ويمكن لهذه الطائرات المتحركة أو المتحركة أن تطير من خلال الأنابيب المملوءة جزئيا، والهوفر لتفتيش عيب معين، بل وحتى الأرض لإجراء القياسات، وهي مفيدة بصفة خاصة في المصابيح الجيولوجية غير النظامية، مثل غرف الحفر، والسيفونات، والسيفونات المحولة التي لا يمكن أن تعمل فيها أجهزة إرسال غير مجهزة.

تكنولوجيات التفتيش التي يحملها الآليون

ولا تكمن قيمة روبوت المجاري في تنقلها فحسب بل أيضا في أجهزة الاستشعار التي تحملها، وتدمج البرامج الحديثة تكنولوجيات متعددة لخلق صورة شاملة لحالة الأنابيب.

كاميرات المراقبة

ولا تزال كاميرات المراقبة ذات النطاق العالي للتعريف العمود الفقري للتفتيش على المجاري، إذ يمكن للكاميرات ذات النطاق الديناميكي الواسع والتصوير بالأشعة الليبرالية أن تبين تفاصيل مثل الشقوق والتشريد المشترك والكتلة الجذرية والتشريد، وتسجل فيديو، وكثيرا ما تحلل الأنابيب باستخدام معايير تجميل العيوب مثل برنامج تقييم النواة والتصنيف.

لاسر بروفيسورينغ و 3D

ولتقدير شكل الأنابيب كميا، كثيرا ما يُستخدم الروبوتات في حائط الأنابيب واحدا أو أكثر من حلقات الليزر، وتلتقط الكاميرا نمط الخاتم المشوه، وتحسب البرمجيات المقطع المعبر للأنبوب في كل نقطة، وهذا يحدد الشوفان (الخارجية)، والتشوه، والأضرار المحلية، وتستخدم النظم الأكثر تطورا ليدار (الكشف عن الضوئيل والتد) لخلق سحابة من الداخل، التي يمكن أن تكون ساكنة.

Sonar

وعندما تكون الأنابيب ملئ جزئيا أو كليا بالماء، تصبح الكاميرات البصرية عديمة الفائدة، ويمكن للمجسات الصوتية (المسموعة) التي تُقام على الروبوتات أن ترسم الجزء المغمور من الأنابيب، وتكشف الحطام، وتتراكم الرواسب، والعيوب الهيكلية تحت خط المياه، ويعطي تركيب السونار مع كاميرات المراقبة الجوية فوق الماء صورة كاملة لحالة الأنابيب بغض النظر عن مستوى التدفق.

كشف الغازات والتمهيد

ويحمل العديد من الروبوتات أجهزة استشعار من أجل سلفيد الهيدروجين والميثان والغازات الأخرى، وتساعد هذه البيانات مشغليها على تقييم مخاطر التآكل وضمان ظروف العمل الآمنة إذا ما دعت الحاجة في نهاية المطاف إلى دخول البشر، ويمكن لأجهزة الاستشعار المتحركة أن تكتشف التسرب من تصريفات المياه الساخنة أو تحديد نقاط تخترق فيها المياه الجوفية عن طريق الشقوق.

طرق الإصلاح والصيانة الآلية

فالروبوتات لا تقتصر على التفتيش، بل تستخدم على نحو متزايد لإجراء إصلاحات بأقل قدر من الحفر، وهو مفهوم يعرف باسم " التكنولوجيا التي لا تنفصم " ، ويصبح الإصلاح الآلي جذابا بوجه خاص بالنسبة لأنابيب عميقة جدا، ومنشغلة جدا )بمقدار السك الحديدية، أو الطرق السريعة، أو الأنهار(، أو باهظة التكلفة جدا لحفرها.

طراز CLPLPLIP (CIPP) Lining

وينطوي برنامج الحماية الدولية على إدخال جهاز مضغوط من الراتنج إلى أنبوب متضرر، يتضخمه، ويعالجه بالماء الساخن أو البخار أو الضوء فوق البنفسجي، وفي حين أن البرنامج التقليدي يتطلب سحب الخيط من حفرة، فإن النظم الآلية لا يمكنها الآن أن تُثبت خطوط الأنابيب أو أجهزة التصفيق من أجل الإصلاحات المحلية، وتطبق الأسلحة الآلية على نحو دقيق على الشق أو الفجوة المشتركة.

زراعة وبحار

إن مفاصل التسرب هي مصدر مشترك للتسلل، ويمكن للروبوت المجهز بأدوات حقن الرمادي أن يسافر إلى مقبض التسرب، أو الكيماوي بالحقن (البوليوريثان أو الإكراميد) في التربة أو الفضاء العنيدي حول المفصل، ويغلق التسرب من الداخل، ويرصد الآلي العملية عن طريق الكاميرا، ويضبط ضغط الحقن، ويستخدم الإنسان في عملية إعادة تأهيل مثالية.

إزالة الحطام وقطعه

ويمكن إزالة الروبوتات والرطوبة الصلبة والحطام وحتى الصنابير المتحركة آليا، ويمكن تركيب العديد من زحف التفتيش ب " مقطع روتيني " رأس - نصل دائري يقطع ثلاثيات الجذور دون الإضرار بجدران الأنابيب، ومن ثم فإن بعض الطحالب الآلية تقطع الطوافات المثبتة على السطح.

إصلاح الجهاز الآلي

وبالنسبة للعيوب الهيكلية الكبيرة مثل الطوب المفقودة أو القطع المتآكلة يمكن أن تطبق الغلافات الهيكلية أو أكمام الفولاذ اللاصقة، وتتم هذه الإصلاحات من داخل الأنبوب، وكثيرا ما تستخدم ذراعا آليا يشغل مادة الإصلاح ويسرعها، وهذه الإصلاحات البقعة أكثر تكلفة من التصحيح، ولكنها أرخص بكثير من استبدالها.

التطبيقات العالمية الحقيقية ودراسات الحالات الإفرادية

وقد تم نشر الروبوتات على نطاق واسع في مدن كثيرة، فعلى سبيل المثال، تستخدم مدينة لوس أنجلوس أسطولا من الزحف الآليين لتفتيش خط المجاري الذي يبلغ طوله 6,500 ميل سنويا، وأفادت في عام 2022 بأن تخفيضا بنسبة 40 في المائة في عمليات الإصلاح الطارئة بفضل الكشف المبكر عن العيوب، وفي لندن، تستخدم شركة تاميس ووتر روبوتاتيا ذات مظهر حر لتفتيش نفق ليي ضخم، وهو نفق طوله 80 ميلا، و 7 أميال.

ومن الأمثلة البارزة الأخرى نظام إصلاح المجاري الآلية الذي تستخدمه مدينة أتلانتا بجورجيا، حيث استخدمت أجهزة التصفيق الآلية في إصلاح أكثر من 500 مفاصل في سنة واحدة، مما وفر مبلغا يقدر ب 3 ملايين دولار مقارنة بأساليب الحفر والإعادة، ويمكن للروبوت أن يكمل عملية إصلاح مشتركة في غضون ساعتين تقريبا، بينما يستغرق التنقيب أياما.

كما أن البلديات الصغيرة تعتمد روبوتات، وقد بدأت مدينة كاري، بولاية كارولاينا الشمالية، برنامجا تجريبيا مزروعا آليا منخفض التكلفة ومفتوح المصدر صممته جامعة محلية، ويستخدم النظام جهازا لمراقبة زهرة الفلفل وأجهزة هاتف ذكية، مما يدل على أن حتى المجتمعات المحلية التي تعاني من قيود الميزانية يمكن أن تستفيد من التفتيش الآلي.

For further reading on policy and funding for intelligence sewer technologies, the EPA’s Smart Growth and Water page] provides context on how municipalities can integrate advanced condition assessment into asset management plans.

التحديات والحدود

وعلى الرغم من مزاياها، فإن الروبوتات المجارية ليست سراويل، ولا تزال هناك عقبات تقنية وتشغيلية عديدة.

تكلفة الشراء والعملية

ويمكن أن تكلف نظم التفتيش الآلي العالية ٠٠٠ ١٠٠ دولار أو أكثر، وقد تكافح البلديات الأصغر لتبرير الاستثمار، لا سيما إذا كانت تحتاج فقط إلى تفتيش بضعة أميال من الأنابيب سنويا، كما أن عقود الإيجار والخدمات متاحة ولكنها لا تزال تحتاج إلى مخصصات في الميزانية، وبالإضافة إلى ذلك، يلزم أن يتعامل المشغلون المهرة مع الروبوتات وتفسير البيانات، مما يتطلب برامج للتدريب والاعتماد.

الملاحة والاعتماد

ويمكن للروبوت أن يعلق على الحطام، ويفقد الأنابيب الرطبة، أو يعاني من الزوايا الكابلية، وفي المجاري القديمة غير المخطوبة، والتحولات الحادة، والأسطح غير المتوازنة يمكن أن تعطل الزحف، ويُخشى أن تكون عمليات الألوان المطلية محاصرة بالحطام أو عالقة في الرواسب، وفي حين أن الملاحة التي تتلقى مساعدة من شركة AI ما زالت تعتمد على التحكم عن بعد البشر، وهو أمر يُضٍ يُطِّي على عمليات التفتيش المستمر.

عبء البيانات

ويمكن أن ينتج تفتيش آلي واحد مئات من الجيبيات من بيانات الفيديو والمجسات، ويستغرق استعراض دليلي من جانب مفتش معتمد من حزب المحاسبة والفضاء وقتا طويلا ويعرض للخطأ البشري، كما أن الكشف عن العيوب آليا باستخدام التعلم الآلي هو مجال بحثي نشط، ولكن الخوارزميات الحالية تتسم بدقتها المحدودة بالنسبة للعيوب المعقدة أو النادرة، ولا تزال المرافق كثيرة تكتشف أفضل طريقة لتخزين الأصول وإدارتها واستخدامها في الأجل الطويل.

الشواغل البيئية والمتعلقة بالسلامة

وفي حين أن الروبوتات تحد من مخاطر دخول البشر، فإنها تستحدث مخاطر أخرى، ويمكن أن يُتشابك الجهاز الآلي المزود بالأجهزة المقطعة بالكابلات، ويمكن أن تترك معدات باهظة الثمن محاصرة تحت الأرض، ويستلزم نشر الروبوتات في تدفق نشط التخطيط الدقيق لتجنب تحميل محطة المعالجة في المجرى المائي أثناء عمليات التفتيش، كما أن هناك شواغل بشأن التدخل الكهرومغناطيسي في المرافق الأخرى والضرر المحتمل في بطانات الأنابيب إذا كانت الآلات ثقيلة جدا.

المستقبل: الأسطول المستقل والاندماج في الأنشطة المنفذة تنفيذاً مشتركاً

ويعمل المهندسون والباحثون على التغلب على القيود الحالية التي تفرضها التكنولوجيات الجيل القادم، فالآليات المستقلة التي يمكن أن تبحر في المجاري دون توجيه إنساني، تعمل على تطوير نشط، وستستخدم هذه الروبوتات على متن الطائرة من أجل التعرف على السمات، وتفادي العقبات، وطرق التخطيط، بل واتخاذ قرارات إصلاحية في الوقت الحقيقي، وعلى سبيل المثال، يمكن للآلي أن يكتشف شقته، وينشر رقعة، ويبلّغ عن التصليح دون مدخلات بشرية.

ويجري بالفعل تطبيق التعلم في مجال الآلات على تصنيف العيوب آلياً، حيث إن هذه النظم، مع تزايد مجموعات بيانات التدريب، ستصبح موثوقة بما يكفي لتحل محل الاستعراض اليدوي للعديد من عمليات التفتيش الموحدة.

وثمة اتجاه آخر يتمثل في استخدام الروبوتات الآلية - التي تُعدّل آليين صغيرين وغير مكلفين يمكن أن يفتشوا شبكة في وقت واحد، إذ أن الروبوتات السويدية ستتواصل دون هوادة، وتنسق التغطية، وتعود إلى محطة شحن، وتختبر هذا المفهوم أفرقة بحثية في جامعات مثل كارنيجي ميلون وجامعة شيفيلد، وإذا نجح ذلك، فإن الأثقال يمكن أن تقطع فترة التفتيش بالنسبة لمدينة من سنوات إلى أسابيع.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن التكامل مع نظم المعلومات الجغرافية ونماذج المعلومات المتعلقة بالبناء سيتيح للمرافق تصوير البيانات الآلية في نماذج المدن التي تضم 3D، وهذا الرأي الكلي يساعد المهندسين على إصلاح الخطط، وتحفيز التدفق، والتنبؤ بالفشل في المستقبل، ويمكن إضافة أجهزة الاستشعار لرصد نوعية المياه (الضغط، والسلوك، والاضطرابات) إلى الروبوتات، وتحويلها إلى محطات بيئية متنقلة تكشف عن تصريفات غير مشروعة أو أحداث التلوث.

خاتمة

إن استخدام الروبوتات في التفتيش وإصلاح نظام المجاري قد تجاوز مرحلة الرواية ليصبح حجر الزاوية في إدارة الهياكل الأساسية الحديثة، ومن زحفات التلفزيون البسيط إلى الحزامات ذاتية، فإن هذه الآلات تجعل من عمل المجاري أكثر أمانا، وأسرع وأدق، وتسمح بالكشف المبكر عن المشاكل، وإصلاحات المياه المستهدفة، والتحول من الاسترداد إلى الصيانة الاستباقية، وفي حين أن التحديات مثل التكلفة والملاحة وإدارة البيانات لا تزال قائمة، فإن الآلات السريعة تؤدي إلى تحقيق تقدم في مجال تكنولوجيا النفايات.