بررسی اهمیت انجام عملیات ویدئومتری قبل از تحویل موقت در صرفه جویی منابع کشور و معرفی سیستم و تکنولوژی مورد نیاز در آن دانلود مقاله

محمدرضا ارباب تفتی، داوود ابراهیمی ذاکر

چکیده

طی انجام عملیات ویدئومتری اپراتور با هدایت ربات حامل دوربین و سنسورهای مختلف به داخل شبکه به بازرسی شبکه از داخل می­ پردازد. از طریق مشاهده فیلم ارسالی از دوربین ربات عیوبی در لوله مانند وجود ترک و شکاف، اتصالات معیوب، وجود مصالح به جا مانده و شکستگی لوله مشخص می­شود. همچنین از طریق سنسورها عیوبی مانند عدم اجرای شیب مناسب و دوپهن شدگی قابل ثبت و گزارش است. هرچند انجام عملیات ویدئومتری جهت بررسی و و رفع عیوب شبکه­های در حال بهره برداری از هر سنی مورد نیاز است، ولی بر طبق بررسی انجام شده در این تحقیقامکان وجود تمامی این عیوب در شبکه­های فاضلابجدید الاجرا وجود داشته و انجام عملیات ویدئومتری قبل از تحویل گرفتن شبکهاز پیمانکار بسیار حیاتی به نظر می­رسد. لذا در این تحقیقبه بررسی عیوب محتمل از دیدگاه اهمیت و درصد وقوع در شبکه هایجدید الاجراپرداخته شده و با توجه به هزینه­ها و عواقب تحمیلی ناشی از هر عیب، اهمیت انجام عملیات ویدئومتری قبل از تحویل موقت در صرفه جویی منابع کشور بررسی شده است. در این تحقیق از داده­های ویدئومتری شبکه­های جدیدالاجرا و همچنین درحال بهره­برداری شهر تهران استفاده شده است. در این تحقیقهمچنین به معرفی اجزای یک سیستم حداقلی رباتیک جهت انجام عملیات ویدئومتری پرداخته شده است. با توجه به نتایج این تحقیق با صرف هزینه کمتر از ۴/۰ درصد هزینه اجرا جهت انجام عملیات ویدئومتری، می­توان از ضررهای احتمالی شرکت فاضلاب که بین ۱۵ تا ۲۰ درصد هزینه اجرای اولیه است، جلوگیری کرد.

واژه‎های کلیدی:بازرسی شبکه، تحویل موقت، ربات بازرسی، عیوب شبکه، ویدئومتری

مقدمه

اصطلاح ویدئومتری در صنعت فاضلاب به مجموعه اقدامات مرتبط با بازرسی داخلی شبکه به کمک یک ربات حمل کننده دوربین مداربسته و سنسورهای مختلف از قبیل سنسور سنجش شیب و قطر گفته می­شود. طی این عملیات علاوه بر مشاهده تصویری شرایط داخل شبکه و ضبط فیلم، مواردی مانند شیب شبکه و سطح مقطع آن نیز اندازه­گیری شده و گزارش می­شود]۱[. این عملیات معمولاً برای بازرسی لوله در اقطار ۱۵۰ تا ۱۲۰۰ میلی­متر استفاده شده و در مورد اقطار بالاتر معمولاً به دلیل محدودیت دوربین در دید و بررسی صحیح از روش بازدید از داخل با قدم زدن جهت بازرسی شبکه استفاده می­شود. البته روشهایی در بازرسی خارجی نیز وجود دارد که بحث در مورد آنها در چهارچوب این تحقیق نمی­گنجد. در شکل ۱ انواع روشهای بازرسی نمایش داده شده و جایگاه استفاده از ربات و وییئومتری به عنوان یکی از انواع بازرسی داخلی مشخص شده است]۲[.

عملیات ویدئومتری جهت بررسی و و رفع عیوب شبکه­های در حال بهره­برداری از هر سنی مورد نیاز است. در واقع جلوگیری از خرابی بیشتر با شناسایی به موقع و تعیین میزان و محل تعمیر مورد نیاز از جمله دلایل بازرسی شبکه های فعال و در حال بهره برداری هستند]۲-۴[.اما از دیگر اهداف مهم و کاربردهای بازرسی می­توان به اطمینان یافتن از صحت اجرا و تحویل موقت اشاره کرد]۲و۵[.اهداف بازرسی در شکل ۲ نمایش داده شده است. وجود عیوبی نظیر شیب نامناسب، وجود ترک شکاف و شکستگی، اتصالات معیوب، دوپهن شدگی، جاماندن مصالح و انحراف بی­مورد مسیر به چپ و راست از جمله عیوب قابل مشاهده در شبکه های جدید الاجرا است که با بازرسی و انجام عملیات ویدئومتری می­توان جلوی آن را گرفته و ضمن تصحیح آن قبل از تحویل پیمانکاران خوب را از متوسط شناسایی کرده و سیستم را ملزم به رعایت اصول استاندارد اجرا نمود. با اینکه تحقیقات زیادی در زمینه بررسی نتایج ویدئومتری شبکه­های فعال و درحال بهره­برداری به منظور تبیین برنامه تعمیرات نگهداری و شناسایی عیوب اجرا و پیشگیری از آنها انجام شده است]۶و۷[، ولی تاکنون تحقیق جامعی در زمینه میزان صرفه جویی در منابع در صورت انجام عملیات ویدئومتری قبل از تحویل انجام نشده است.در این تحقیق به بررسی عیوب محتمل از دیدگاه اهمیت و درصد وقوع در شبکه های جدید الاجرا پرداخته شده و با توجه به هزینه­ها و عواقب تحمیلی ناشی از هر عیب، اهمیت انجام عملیات ویدئومتری قبل از تحویل موقت در صرفه جویی منابع کشور بررسی شده است. در این تحقیق از داده­های ویدئومتری شبکه­های جدیدالاجرا و همچنین درحال بهره­برداری شهر تهران استفاده شده است.

شکل ۱- روشهای بازرسی شبکه فاضلاب

شکل ۲- اهداف بازرسی و ویدئومتری شبکه فاضلاب

اجزای سیستم ویدئومتری و ویژگیهای حداقلی مورد نیاز آن

در شکل ۳ یک سیستم ویدئومتری در حال کار نمایش داده شده است. این سیستم همانطور که در شکل مشخص است از لحاظ فیزیکی شامل ربات ویدئومتری، خودرو ون تجهیز شده، فضا و کنسول کنترل اپراتور و سیستم کابل جمع کن است و از لحاظ سخت افزار و نرم افزاری شامل بردهای الکترونیکی مورد نیاز، رایانه و همچمنین نرم افزار کاربری جهت مشاهده فیلم و ثبت داده ها و گزارش گیری توسط اپراتور است. در ادامه به معرفی مختصر ویژگیهای حداقلی مورد نیاز در اجزای یک سیستم ویدئومتری ]۲[مناسب جهت بازرسی شبکه های فعال و عیر فعال پرداخته شده است.

شکل ۳- اجزای یک سیستم ویدئومتری در حال کار ]۲[

ویژگیهای مورد نیاز در ربات ویدیومتری

یک ربات ویدئومتری باید دارای ویژگیهای زیر باشد:

– قابلیت عبور در اقطار لوله ۲۰۰ تا ۱۲۰۰ میلیمتر

– مجهز به سنسور سنجش و گزارش دوپهنی و قطر لوله

– مجهز به سنسور اندازه گیری و گزارش شیب لوله

– مجهز به دوربین با دو درجه آزادی (Pan & Tilt) قابل کنترل توسط اپراتور

– آببندی بر طبق استاندارد IP68

– مجهز به سیستم ضد جرقه

– مجهز به سیستم وضوح تصویر اتوماتیک در دوربین

– مجهز به سیستم بزرگنمایی دستی دوربین توسط اپراتور

– مجهز به سیستم روشنایی با قابل کنترل شدت نور

– جنس اجزای مکانیکی مقاوم به خوردگی

– بردهای کنترلی با قابلیت اعتماد بالا و ایمن از نظر ارتباط وارسال دیتا

ویژگیهای مورد نیاز کنسول کنترل ربات توسط اپراتور

کنسول اپراتور یک ربات ویدئومتری باید دارای ویژگیهای زیر باشد:

– قابلیت کنترل ربات و کنترل دوربین دو درجه آزادی (Pan & Tilt) با جوی استیک

– قابلیت تنظیم سرعت ربات و سرعت حرکت دوربین با کلید

– دارای دکمه استوپ اضطراری Emergency Stop

– درای صفحه کلید استاندارد برای ارتباط با نرم افزار و کامپیوتر

– دارای مجموعه کلید های کنترل روشنایی، کنترل تنظیمات دوربین و تنظیمات سنسورها

ویژگیهای مورد نیاز کابل جمع کن اتوماتیک

کابل جمع کن یک سیستم ویدئومتری باید دارای ویژگیهای زیر باشد:

– فضای کافی برای ۱۵۰ متر کابل

– قابلیت تحمل نیروی کافی توسط کابل جهت عقب کشیدن ربات

– مجهز به جرثقیل برای حمل ربات به داخل و خارج از آدم رو

– مجهز به سیستم اندازه گیری طول کابل باز شده و نمایش آن روی یک شمارنده دیجیتال

– مجهز به سیستم های نویز گیر امنیتی برای حفاظت دیتای عبوری از کابل

ویژگیهای مورد نیاز ماشین ویدیومتری

خودروی ون سیستم ویدئومتری باید دارای ویژگیهای زیر باشد:

– فضای مناسب اپراتور مستقل از قسمت قراگیری ربات و کابل جمع کن و سایر تجهیزات

– مجهز به منبع آب به همراه پمپ آب جهت نظافت

– مجهز به لامپهای روشنایی کابین و فضای عقب و پرژکتور جهت روشنایی آدم رو و چاه در هنگام شب

– مجهز به تجهیزات کامل از قبیل نبردبان، علائم هشدار دهنده، ابزارالات، لوازم ایمنی، جعبه کمک های اولیه و کپسول اطفاء حریق

ویژگیهای مورد نیاز نرم افزار ویدیومتری

نرم افزار کاربری یک سیستم ویدئومتری باید دارای ویژگیهای زیر باشد:

– قابلیت نمایش فیلم ارسالی ربات و ضبط فیلم بر روی رایانه در صورت نیاز

– قابلیت اضافه کردن متن توضیحی توسط اپراتور به صورت زیر نویس روی هر قسمت دلخواه از فیلم

– قابلیت نمایش اطلاعات کلیه سنسورهای ربات اعم از شیب سنج، قطر سنج و موقیت ربات

– قابلیت ثبت اطلاعات سنسورشیب سنج و ارائه نمودار شیب لوله در گزارش نهایی

– قابلیت ثبت اطلاعات سنسور قطر سنج و ارائه گراف دوپهنی مقطع لوله در گزارش نهایی

– قابلیت گرفتن عکس از داخل لوله و ثبت آن عکس به همراه ثبت نوع عیب به صورت زیر نویس

– قابلیت ثبت کلیه اطلاعات پیمانکار و ویدیومتر و کارفرما به همراه کلیه اطلاعات محل اجرای ویدیومتری

– ثبت عیوب بر اساس کدهای WRCبه به صورت زیر نویس هر عکس

عیوب شبکه های جدید الاجرا

در این قسمت به بررسی عیوب محتمل در یک شبکه جدید الاجرا به ترتیب اولویت (اهمیت) پرداخته و ضمن بررسی عواقب و خرابی حاصل از هر عیب نمونه هایی از آن در شبکه های جدید الاجرا نمایش داده شده است.

شیب نامناسب

از آنجاییکه به جز در موارد خاص انتقال فاضلاب شهری در شبکه به صورت ثقلی انجام می­گیرد بنابراین برای انتقال صحیح باید در کل مسیر یک شیب معقول وجود داشته باشد. به صورت عمومی در صورت امکان باید حداقل شیب ۱ درصد در شبکه اجرا شود. هرچند در صورت وجود موانع برای این کار حداقل شیب های ذکر شد در جدول ۱ برای انتقال مناسب ثقلی فاضلاب غیر قابل اجتناب است.

از جمله عیوب محتمل در شیب شبکه، وجود شیب صفر درجه و همچنین وقوع سیفون شدگی در لوله است. در شکل ۴ پدیه سیفون شدگی به صورت شماتیک نمایش داده شده است. همچنین در شکل ۵ عکس تهیه شده توسط ربات ویدئومتری از آب جمع شده در لوله جدید الاجرا در اثر سیفون شدگی نمایش داده شده است.

در منطقه ای که شیب صفر درجه و به ویژه سیفون شدگی وجود دارد علاوه بر اینکه فاضلاب به خوبی عبور نمی­کند،رسوب گذاری و ته نشین شدن سریعتر از سایر نقاط اتفاق می­افتد. با کند شدن تدریجی جریان در اثر انباشتگی رسوباتدر این نواحی رسوب گذاری شدت بیشتری یافته و انسداد و پس زدگی در اوج مصرف اتفاق خواهد افتاد. سیفون شدگی به تنهایی و حتی قبل از رسوب گذاری خود می تواند عامل گرفتگی و پس زدگی در اوج مصرف باشد.

در شکل ۶ نمودار های شیب و ارتفاع در یک گزارش ویدئومتری یک خط جدید الاجرا نمایش داده شده است که بر روی نمودار ارتفاع پدیده سیفون شدگی و وجود شیب صفر درجه نمایش داده شده است.

شکل ۴- انواع شیب در شبکه فاضلاب و سیفون شدگی

شکل ۵- عکس تهیه شده توسط ربات ویدئومتری از آب راکد جمع شده در لوله جدید الاجرا در اثر سیفون شدگی

شکل ۶- نمونه ای از نمودارهای شیب در یک گزارش ویدئومتری؛ سیفون شدگی و شیب صفر در نمودار به چشم می­خورد

شکستگی لوله

شکستگی لوله و وجود ترک در آن در شبکه های جدیدالاجرا می­تواند در اثر برخورد مصالح و ابزارآلات و غیره به وجود آید. اگر چه درصد وقوع این عیب در شبکه های جدیدالاجرا کم است ولی از آنجاییکه عواقب زیست محیطی و آلودگی آبهای زیر زمینی در اثر نشت فاضلاب به بیرون بسیار خطرناک است از درجه اهمیت بالایی برخوردار است. خارج شدن فاضلاب در اثر شکست می­تواند باعث شستن خاک اطراف لوله شده و با سست شدن خاک نشست و در رفتگی در لوله ایجاد شود. در اثر وجود این عیب علاوه بر بیرون رفتن فاضلاب ریشه درختان می­تواند به مرور به لوله داخل شده و جریان را مسدود کند. همچنین ورود نشتاب به داخل از دیگر عواقب آن است. در شکل ۷ نمونه ای از شکستگی نمایش داده شده است.

شکل ۷- شکستگی و شکاف در لوله

محل اتصال معیوب

در صد وقوع اتصال معیوب در شبکه های جدیدالاجرا قابل توجه است. اتصال معیوب می تواند باعث خارج شدن فاضلاب و شستن خاک اطراف لوله شده و با سست شدن خاک در رفتگی در لوله ایجاد شود. در شکل ۸ شماتیک جابجایی در اتصال دو لوله نمایش داده شده است. عواقب زیست محیطی و آلودگی آبهای زیر زمینی در اثر نشت فاضلاب به بیرون و ورود ریشه درختان به مرور به داخل لوله که میتواند باعث انسداد جریان شود از جمله عواقب خطرناک اتصال معیوب است. همچنین ورود نشتاب به داخل از دیگر عواقب آن است. در شکل ۹ نمونه ای از اتصال معیوب نمایش داده شده است.

شکل ۸- شماتیک جابجایی در اتصال دو لوله

شکل۹- جابجایی در اتصال

دو پهن شدگی و تغییر فرم لوله

عوامل متعددی می­تواند باعث دو پهن شدگی در لوله های یک شبکه جدیدالاجرا شود. در منطقه ای که دو پهن شدگی وجود دارد علاوه بر اینکه فاضلاب به خوبی عبور نمی­کند و پس زدگی در اوج مصرف اتفاق خواهد افتاد،رسوب گذاری و ته نشین شدن سریعتر از سایر نقاط اتفاق می­افتد. در شکل ۱۰ نمونه ای از دو پهن شدگی نمایش داده شده است.

شکل۱۰- دو پهن شدگی لوله

مصالح به جا مانده

در صد به جا ماندن مصالح در شبکه های جدیدالاجرا قابل توجه است. مصالح علاوه بر اینکه به فاضلاب اجازه عبور نمی دهد میتواند با انباشته کردن فضولات در یک نقطه باعث گرفتگی و حتی شکستگی لوله شود. در شکل ۱۱ نمونه ای از مصالح به جا مانده در شبکه نمایش داده شده است.

شکل۱۱- مصالح به جا مانده در شبکه

بررسی کمی عیوب شبکه های جدید الاجرا و هزینه های تحمیلی آن

در این بخش به بررسی در صد وقوع هر عیب و همچنین هزینه های تحمیلی جهت رفع آن با توجه به روش تعمیر پرداخته شده است. در توضیحات این قسمت فرض بر این است که خط بلافاصله یا بعد از اندکی بهره برداری ویدئومتری شده و پس از شناسایی آن به رفع عیب مبادرت شود. البته باید توجه کرد که در صورت تحویل گرفتن شبکه بدون ویدئومتری وقوع هریک از این عیوب ممکن است سالها مشخص نشده و آثار تخریبی و هزینه های اصلاح آن به مراتب بیشتر از اجرای مجدد خط لوله است. مثلاً شکستگی می­تواند منابع آب زیر زمینی را برای سالها آلوده کند بدون اینکه توجه را جلب نماید. یا سیفون شدگی حتی اندک باعث ته نشین شدن رسوبات سخت شده و عملکرد کل شبکه را برای مدتی مخدوش کند.

شیب نامناسب

درصد وقوع این عیب در شبکه های جدردالاجرا حدود ۱۰ درصد است. در اثر وقوع این عیب تقریباً راهی جز تعویض و اجرای مجدد کل خط وجود ندارد. مگر اینکه سیفون شدگی در اثر نشست موضعی یک لوله اتفاق افتاده باشد که بتوان با تعویض آن قسمت عیب را برطرف کرد. در شکل ۱۲ نمودار ارتفاع در یک خط جدید الاجرای دارای شیب نامناسب نمایش داده شده است. همانطور که در شکل مشخص است جهت برطرف کردن عیب باید تمام یا اکثر خط برچیده شده و مجدد اجرا شود. این بدین معناست که علاوه بر هزینه اجرای مجدد هزینه های جمع کردن خط قبلی نیز در وقوع این عیب متحمل است. به این هزینه­ها باید هزینه عواقب اجتماعی و غیره را اضافه کرد.

شکل ۱۲- نمونه ای از نمودارارتفاع در یک خط با شیب نامناسب؛ در شکل دو پیشنهاد برای اصلاح ترسیم شده است.

شکستگی لوله

درصد وقوع این عیب در شبکه های جدردالاجرا حدود ۵/۰ درصد است. در اثر وقوع این عیب می­توان با تعویض موضعی لوله مرتبط با آن قسمت، عیب را برطرف کرد. بنابر این هزینه های حفاری و اجرای مجدد موضعی در وقوع این عیب متحمل می­شود.

محل اتصال معیوب

درصد وقوع این عیب در شبکه های جدردالاجرا حدود ۱۰ درصد است. در اثر وقوع این عیب می­توان باید با حفاری موضعی به برطرف کردن عیب پرداخت. بنابر این هزینه های حفاری و برطرف کردن عیب متحمل است.

دو پهن شدگی و تغییر فرم لوله

درصد وقوع این عیب در شبکه های جدیدالاجرا حدود ۱ درصد است. در اثر وقوع این عیب می­توان با تعویض موضعی لوله مرتبط با آن قسمت، عیب را برطرف کرد. بنابر این هزینه های حفاری و اجرای مجدد موضعی در وقوع این عیب متحمل است.

مصالح به جا مانده

درصد وقوع این عیب در شبکه های جدردالاجرا حدود ۲۰ درصد است. در اثر وقوع این عیب باید به شستشوی لوله با سیستم واتر جت پرداخته شود. بنابر این هزینه های واتر جت در وقوع این عیب متحمل است.

نتیجه گیری

در مجموع با توجه به درصد وقوع بالای عیوب معرفی شده در شبکه های جدیدالاجرا می­توان نتیجه گرفت که ضررهای احتمالی شرکت فاضلاب در صورت عدم انجام عملیات ویدئومتری قبل از تحویل موقت بین ۱۵ تا ۲۰ درصد هزینه اجرای اولیه کل شبکه خواهد بود. از آنجاییکه هزینه انجام ویدئومتری حدود ۳/۰ تا ۴/۰ درصد هزینه اجرا (بسته به قطرهای مختلف ) است بنابراین لزوم انجام عملیات ویدئومتری برای ۱۰۰ درصد شبکه جدیدالاجرا کاملاً مشهود و منطقی است. بدیهی است که حتی افزایش قیمت انجام عملیات ویدئومتری می­تواند به کیفیت انجام این کار مهم کمک کرده و در برابر صرفه جویی ناشی از آن قابل توجیه خواهد بود

[۱] A. Ahrary, “Sewer Robotics”, in “Service Robot Applications”, In-Tech Education and Publishing, Vienna, Austria, Chapter 17, pp.283-308, August 2008

[۲] D. Stein, “Rehabilitation and maintenance of drains and sewers”, Ernst & Sohn, 2001

[۳] E. Ana1, W. Bauwens, M. Pessemier, C. Thoeye, S. Smolders, I. Boonen and G. De. Gueldre “Investigating the effects of specific sewer attributes on sewer ageing – a Belgian case study” 11th International Conference on Urban Drainage, Edinburgh, Scotland, UK, 2008

[۴] S.T. Ariaratnam, A. El-Assaly, Y. Yang, “ASSESSMENT OF INFRASTRUCTURE INSPECTION NEEDS USING LOGISTIC MODELS” JOURNAL OF INFRASTRUCTURE SYSTEMS / DECEMBER 2001

[۵] S. Weatherstone, “CCTV INSPECTION OF SEWERS AND STORMWATER DRAINS, TRAINING OF OPERATORS AND MANAGERS, AND THE CONDUIT INSPECTION REPORTING CODE OF AUSTRALIA”, 3rd Annual WIOA NSW Water Industry Engineers & Operators Conference Page No. 63 Tamworth Regional Entertainment & Conference Centre, 31 Mar to 2 April, 2009

[۶] J.P Daviesa, B.A Clarkeb, J.T Whitera, R.J Cunninghama, ” Factors influencing the structural deterioration and collapse of rigid sewer pipes”, Urban Water, Volume 3, Issues 1–۲, March–June 2001, Pages 73–۸۹

[۷] E. V. Ana, “Sewer asset management – sewer structural deterioration modeling and Multi-criteria decision making in sewer rehabilitation projects prioritization”, PhD thesis, FACULTY OF ENGINEERING, Department of Hydrology and Hydraulic Engineering, Vrije university, Brussel, 2009,