窨井安全防护设计
范洪伟 魏春荣 任风驰等
摘 要：目前学校或马路的井盖经常发生丢失，行人落井情况经常发生，造成了许多原本不应该发生的窨井安全事故。根据目前窨井的缺陷和不足，改进了防偷盗设计和警示设计，增加了坠井防护设计，本设计的实施可有效解决窨井盖丢失、安全警示和行人坠井问题，有效减少日常生活中窨井事故的发生，减少社会经济损失，降低人员伤害与伤亡。
关键词：窨井;坠井;警示;防偷盗
1 绪论
窨井是国家建设的一个重要组成部分，窨井的质量好坏不仅象征着一座城市施工与管理水平的高低，同时更关系着城市的交通和市民的生命财产安全[1]。近年来，由于城市道“黑洞”已经成为影响行人出行安全的危险因素之一[2]。行人正常的在大街上走路，却不慎一脚跌入黑暗的窨井，导致自身受到极大伤害，这样的悲剧令人惋惜。事实上，有很多地方已经发生过许多类似的事故，例如2012年8月深圳某道路由于下水道窨井盖缺失，已经引发交通不便，由于有关部门没有及时的“亡羊补牢”导致行人坠井受伤;2013年5月常宁某道路由于窨井盖丢失，一个两岁孩童在玩耍时坠井身亡，在同年6月广西南宁雨夜坠井，一条鲜活的生命又被无情的“黑洞”吞噬，还有许多同样事故在各地发生，在黑暗的环境或雨天里，城市里的“黑洞”就像一个狩猎者，无情的收割一条条无辜的生命。由于没有有效的预防手段，导致行人落入窨井的潜在隐患在很多城市都存在着。
窨井作为城市基础设施的一部分，对城市而言是不可或缺的一部分，就是这小小而常见的窨井，被人们叫做“城市陷阱”“马路黑洞”和“城市杀手”等[3]，这些称谓充分的反映行人对无盖窨井产生的担忧和无奈，导致这些称谓的原因主要是窨井盖的丢失，导致“黑洞”的出现，窨井内部又没有保护措施，导致坠井发生就会有人身伤亡事故发生，城市公共设施本应是人们在公共环境中的一种便捷，但是现在的窨井已经成为困扰城市管理、危害公共安全的大问题 。
目前的窨井设计大都停留在工程设施的基础上，大部分都存在一些问题，在主要体现在安全性能不够完善和人性化，不符合当今社会发展需求。尤其井盖防盗和安全防坠落方面的不足越来越明显，对于窨井的改进设计越来越迫切。
2 窨井安全防护设计的主要内容
坠井事故发生的主要原因为窨井盖的丢失和缺少防坠落设计，窨井盖丢失是因为窨井盖没有固定装置，通常窨井盖和井座是分开的两个装置，没有连接窨井盖和窨井做的装置，因此窨井盖容易丢失 。根据以上原因本次设计内容主要分为三部分，即窨井盖防偷盗设计、窨井丢失后警示设计及窨井丢失后防坠落设计。
（1）防偷盗设计。窨井盖丢失是导致行人坠井事故频发的主要原因，因此防偷盗设计对减少坠井事故的发生有很大作用。
（2）警示设计。通过调查文献，目前的警示设计都在使用人为立警示牌，若没有及时立警示牌，很容易引发坠井事故的发生。因此本设计井盖和警示牌通过弹簧连接，使井盖打开警示牌自动弹起警示行人，并在警示牌和井壁添加荧光粉，用于夜晚警示行人。
（3）防坠落装置设计。通过分析坠井事故发现，发生坠井事故对人造成的人身伤害比较大，因此本设计主要通过设计防坠落装置，减少行人坠井受到的伤害。
3 防偷盗及警示设计
3.1 防盗设计类型
目前存在的结构防盗包括锁具防盗、链条连接防盗、螺栓连接防盗、销钉连接防盗等等。
结构防盗是通过各种机械结构运动来实现井盖不易于被盗的一种手段。如链条连接防盗：用高强度的金属链条将井盖与井壁连接，需要下井时打开方便且井盖仍与井壁相连，但是链条容易被偷盗人员绞断，井盖因此丢失。螺栓连接：井盖座有螺丝孔，安装时用螺栓将井盖固定在井盖座上，需要打开井盖时拧开，螺母耗时较长，且井盖受力变形后很难开启。销钉连接防盗：井盖与井盖座采用销钉连接，开启时需用机械设备破坏销钉方可开启，有一定的防盗作用，但是平时下井检查维护极不方便。
3.2 窨井盖的警示设计
利用人机工程学的方法，在设计的基础上把人—机—环境作为一个重要的条件。寻求最佳的匹配关系。通过利用弹簧连接警示牌和窨井盖，使窨井盖打开时，警示牌可以自动弹起，人为的立起警示牌，并且加入荧光带的设计，通过在警示牌和井座粘上荧光带，在夜晚可以明显的警示行人有个圆圈的光圈，警示行人注意道路窨井。
相比于传统的警示设计，本次的设计以减少工作人员的工作量为基础，不需要用人额外立起警示牌，方便了工作人员，并且井盖丢失警示牌就会自动弹起，警示行人注意道路，相比于传统的警示设计，警示更为及时，本设计更加的符合人机工程学，在保证功能的前提下，减少了工作人员的工作量并且增加了窨井的安全性，能有效减少坠井事故的发生。
4 防坠落结构设计方案
通过在窨井的中间部分设置拦截人体坠落的阻挡物，在不影响工作人員工作的情况下最大限度的减少行人坠井受到的伤害，并且不能对窨井的功能造成影响。
4.1 安全气囊防坠设计
第一种实验方案是对窨井壁进行改进，在窨井壁上设置安全装置，主要由安全气囊和阻挡物板构成，结构如图1。在窨井壁上安放速度传感器，根据安全气囊原理，利用速度传感器感受人体掉落速度大小，并将感受到的信号传送到控制器，利用控制器接收信号并放大输出，当安全气囊收到控制器输出的信号时，安全气囊立即发出点火信号给气体发生器，气体发生器接收到点火信号后，迅速点火迅速气囊充气，在利用气囊弹开阻挡物，利用阻挡物减少行人掉落的速度。并在阻挡物内部设有弹簧，当行人坠落至阻挡物，首先撞击阻挡物，利用的阻挡物下的弹簧起到减震的作用，减少行人坠落受到的伤害。并且在控制器上接报警装置，当速度到了有必要打开气囊时，报警器报警。
4.2 防坠网防护设计
第二种实验方案是防坠装置由触碰感应板、伸缩式防坠网、配重装置、联动板组成。
正常状态下，触碰感应板处于水平闭合状态，伸缩式防坠网处于张开并固定在井圆周上。当井下进行检修时，将触碰感应板向上开启，定位连接件会将触碰感应板固定某一位置，检修人员可以进行入井检修，操作简单，且不影响抢修时间。当井内存满水时，防止触碰感应板受水浮力影响动作效果，在其上设置透水口。
当井上有人员坠落时，碰撞触碰感应板，触碰感应板会通过联动板联锁制动联动板，使配重装置自由坠落，系在配重装置上的伸缩绳会拉缩伸缩式防坠网，伸缩式防坠网闭合，将其坠井人员安全接住。结构如图2所示。
5 结论
（1）目前存在的结构防盗包括锁具防盗、链条连接防盗、螺栓连接防盗、销钉连接防盗等等。这些防盗设计各有利弊需要根据实际情况选择最适合的防偷盗设计。但并不能完全保证不被偷盗，因此防坠落装置就显得尤为重要。
（2）通过利用弹簧连接警示牌和窨井盖，使窨井盖打开时，警示牌可以自动弹起，人为的立起警示牌，并且加入荧光带的设计，在夜晚可以明显的警示行人有个圆圈的光圈，警示行人注意道路窨井。
（3）安全气囊防护设计的优点在于利用安全气囊可以快速弹开阻挡物，缺点是安全气囊使用一次就必须更换，比较麻烦。防坠网防护设计的缺点在于存在时间问题，无法确定在潮湿的环境中对于重物质量的复杂变化和重物坠落的速度，并且对于防坠网的的要求更加严格，使实验有更多的不确定性。
参考文献：
[1]刘大超，李明，李国栋.城市道路窨井病害原因分析与防治[J].工程质量，2010：111-112.
[2]胡杰，赵斌.浅谈中外城市窨井盖设计的差异[J].大众文艺，2014：106-107.
[3]宁林红，余承烈.检查井盖结构和材质的改进[J].工业用水与废水，2003：64-65.
