閆來順

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國交通、通訊等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)又迎來了一個(gè)新周期。檢查井蓋在城市規(guī)劃和道路建設(shè)中得到大量使用。文章主要研究復(fù)合材料井蓋優(yōu)化集這兩種優(yōu)化方法為一體，先運(yùn)用一種方法嘗試了不同的井蓋結(jié)構(gòu)，分析他們的受力特點(diǎn)，得出一種比較經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)，然后運(yùn)用第二種優(yōu)化方法，優(yōu)化該種結(jié)構(gòu)的一些幾何尺寸，如優(yōu)化井蓋的板厚，加強(qiáng)筋高度、寬度等尺寸，從而得出一種最為合理的結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料；井蓋；設(shè)計(jì)

隨著我國城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)事業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展，城市中給水、排水、燃?xì)狻崃?、電力、通訊等各類市政公用地下管線設(shè)施日益增加，城市路面上各類地下管線設(shè)施的人孔井蓋也相應(yīng)地不斷增多。近年來，由于城市路面井蓋管理不善，造成全國范圍內(nèi)各類傷人、損車事件頻發(fā)，嚴(yán)重影響了市民的出行安全，造成不良的社會(huì)影響，如何改善和加強(qiáng)城市井蓋管理已成為困擾全國各地市政設(shè)施管理部門的一個(gè)難點(diǎn)、熱點(diǎn)問題，引起了各地政府及市政設(shè)施管理部門的高度重視。以河南省為例，河南省于2007年頒布了《城市城市道路窖井設(shè)施管理辦法》，按照市、區(qū)兩級(jí)管理體制，對各井蓋產(chǎn)權(quán)單位所屬窖井設(shè)施管理責(zé)任做了明確規(guī)定，為窖井設(shè)施的規(guī)范化、制度化管理提供了基礎(chǔ)性的法律依據(jù)。但政府部門制定出臺(tái)有關(guān)的法律、法規(guī)僅僅是加強(qiáng)城市路面井蓋管理綜合治理措施的一個(gè)方面，為切實(shí)改善城市路面井蓋設(shè)施管理狀況，還需要客觀、全面地分析和研究各方面存在的現(xiàn)實(shí)問題和原因，通過政府有關(guān)部門的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、組織和協(xié)調(diào)，各相關(guān)責(zé)任管理單位和部門、乃至全社會(huì)加強(qiáng)協(xié)作配合，從各方面采取有針對性的管理對策和措施。以下基于筆者多年從事井蓋的質(zhì)量檢測工作經(jīng)驗(yàn)，主要以城市為例，通過對城市路面井蓋設(shè)施管理方面存在問題的分析、研究和探討，提出了相關(guān)的管理改進(jìn)建議和對策。

1 復(fù)合材料及其分類

復(fù)合材料（Composite materials），是以一種材料為基體（Matr ix），另一種材料為增強(qiáng)體（reinforcement）組合而成的材料。各種材料在性能上互相取長補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。復(fù)合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。關(guān)于檢查井蓋被盜造成重大人身交通事故的報(bào)道也時(shí)有所聞，在社會(huì)上造成惡劣影響。隨著新材料的不斷涌現(xiàn)，各類非金屬井蓋相繼面世。樹脂基復(fù)合材料井蓋以其輕質(zhì)高強(qiáng)、抗疲勞性能好、破損安全性好、成型工藝性優(yōu)越、車碾噪音小、不腐蝕、耐酸堿、外表美觀等優(yōu)點(diǎn)并能很好解決鑄鐵井蓋被盜的問題，成為鑄鐵井蓋的理想替代產(chǎn)品。以路面井蓋現(xiàn)狀為例，通過對城市路面井蓋方面存在問題的分析、研究和探討，提出了相關(guān)的改進(jìn)建議和對策。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質(zhì)細(xì)粒等。復(fù)合材料使用的歷史可以追溯到古代。從古至今沿用的稻草增強(qiáng)粘土和己使用上百年的鋼筋混凝土均由兩種材料復(fù)合而成。20世紀(jì)40年代，因航空工業(yè)的需要，發(fā)展了玻璃纖維增強(qiáng)塑料（俗稱玻璃鋼），從此出現(xiàn)了復(fù)合材料這一名稱。50年代以后，陸續(xù)發(fā)展了碳纖維、石墨纖維和硼纖維等高強(qiáng)度和高模量纖維。70年代出現(xiàn)了芳綸纖維和碳化硅纖維。這些高強(qiáng)度、高模量纖維能與合成樹脂、碳、石墨、陶瓷、橡膠等非金屬基體或鋁、鎂、欽等金屬基體復(fù)合，構(gòu)成各具特色的復(fù)合材料。

2 復(fù)合材料井蓋的現(xiàn)狀與發(fā)展

井蓋是通往地下設(shè)施的出入口頂部的封閉物，凡是安裝自來水、電信、電力、燃?xì)?、熱力、消防、環(huán)衛(wèi)等公用設(shè)施的地方都需要安裝井蓋。隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)又迎來一個(gè)新的建設(shè)周期，井蓋在城市規(guī)劃和道路建設(shè)中的市場需求量巨大。井蓋所用材料以前大部分是鋼筋混凝土材質(zhì)。由于鋼筋混凝土具有脆性大、易老化、易斷裂等缺陷，而被鑄鐵、球墨鑄鐵等材質(zhì)所代替。目前鑄鐵（含球墨鑄鐵）井蓋用量在90%以上。但鑄鐵井蓋具有回收價(jià)值而經(jīng)常被盜，由此造成車毀人亡的事件時(shí)有發(fā)生。為了解決井蓋被盜問題，目前主要采用兩種方法：一是在鑄鐵井蓋上安裝防盜裝置，但采用防盜裝置增加了成本，且不能從根本上解決問題，給使用帶來諸多的不便；還有一種有效的途徑就是采用復(fù)合材料作井蓋，可以從根本上解決井蓋被盜的問題。

目前，市場上流行的復(fù)合材料井蓋有三大類，即鋼纖維混凝土井蓋、再生樹脂復(fù)合材料井蓋、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料井蓋。這三種井蓋都不含或含有少量金屬，沒有回收價(jià)值，可以較好的解決傳統(tǒng)的鑄鐵井蓋被盜問題。

3 聚合物基復(fù)合材料檢查井蓋的優(yōu)化設(shè)計(jì)

由于聚合物基復(fù)合材料井蓋的強(qiáng)度與鑄鐵井蓋相比較低，要達(dá)到鑄鐵井蓋的承載能力和使用等級(jí)，必須將與鑄鐵相同承載等級(jí)的復(fù)合材料井蓋各個(gè)部件做得很厚，這樣復(fù)合材料井蓋才能有較大的使用范圍。這種依靠加厚井蓋部件的方法無形中增加了井蓋的用料和成本。因此，對井蓋進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，選擇合理的井蓋結(jié)構(gòu)型式，并使井蓋的物理性能達(dá)到平衡，減少井蓋結(jié)構(gòu)的用料，具有較強(qiáng)的實(shí)際意義。

基于APDL的ANSYS（有限元法）是APDL技術(shù)的延伸和擴(kuò)展，ANSYS有限元優(yōu)化技術(shù)必須借助APDL實(shí)現(xiàn)參數(shù)化有限元分析過程才能實(shí)現(xiàn)。目前，對復(fù)合材料井蓋優(yōu)化主要有兩種方法：第一種是對井蓋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，通過采用不同形式的井蓋，如平底型、加肋型、魚肚型等結(jié)構(gòu)，對各種結(jié)構(gòu)形式的井蓋做出靜力應(yīng)力場分析，選用承載能力最大且物理性能達(dá)到最好井蓋結(jié)構(gòu)。該種形式的井蓋就是最優(yōu)方案的井蓋。另一種方法是對井蓋結(jié)構(gòu)本身的優(yōu)化，這種方法是對既定結(jié)構(gòu)形式的井蓋各個(gè)部件的尺寸如井蓋蓋板厚度、加強(qiáng)筋的高度、肋板厚度進(jìn)行優(yōu)化，在井蓋工作容許的范圍內(nèi)，找力學(xué)性能最優(yōu)、用料最省的井蓋優(yōu)化方案。

4 加強(qiáng)城市井蓋維護(hù)管理方面的綜合治理

4.1 目前城市井蓋管理方面存在的問題

目前城市各類井蓋的產(chǎn)權(quán)單位有近20個(gè)之多，除了市政、電力、路燈、網(wǎng)通、移動(dòng)、自來水、燃?xì)?、熱力等管線設(shè)施的井蓋外，另有一部分屬于沿線單位或物業(yè)公司的井蓋。管線窖井的建設(shè)和管理目前仍處于“誰需要、誰建設(shè)、誰維護(hù)”的多頭管理模式，這種各自為政的多頭管理體制和模式給城市井蓋的日常維護(hù)管理造成較大的困難，遇到問題時(shí)各方相互推辭扯皮的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

目前，城市井蓋維護(hù)管理中有兩方而的問題較為突出：首先是井蓋被盜丟失問題，井蓋大量被盜、丟失不但給行人和車輛造成了巨大的安全隱患，也給相關(guān)的維護(hù)管理部門造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失，盜賣者僅以每套幾十元的低價(jià)將盜竊來的井蓋當(dāng)做廢鐵賣掉.而更換一套新井蓋的成木則需幾百元甚至上千元。再者就是井蓋被機(jī)動(dòng)車壓毀的現(xiàn)象，輕型井蓋多用在禁止機(jī)動(dòng)車通行的慢車道和人行道上，但在洛陽及其他一些城市因?qū)Ｓ玫耐＼噲鋈狈Γ瑱C(jī)動(dòng)車甚至重車占用人行道、慢車道停車的現(xiàn)象很普遍，井蓋被機(jī)動(dòng)車壓壞的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

4.2 城市井蓋日常管理的綜合治理措施

目前，全國各地城市為了加強(qiáng)路而井蓋的日常維護(hù)管理工作，出臺(tái)了不少綜合性的治理措施。以城市為例，市政府有關(guān)部門在城市井蓋管理方面已經(jīng)采取了一些行之有效的綜合治理措施，例如：增加城市管理信息員的隊(duì)伍，采取分路段包干的形式加大巡查力度；12319城建專線24小時(shí)接聽市民反映的城市管理中存在的問題，一旦接到井蓋缺損的電話立即轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)屬單位補(bǔ)裝更換井蓋，提高了井蓋補(bǔ)裝效率；各產(chǎn)權(quán)單位建立接到電話2小時(shí)到達(dá)現(xiàn)場，8小時(shí)內(nèi)修復(fù)的制度。

但是，對于在城市井蓋管理中尚存在的一些薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)引起政府有關(guān)部門的高度重視，并研究采取切實(shí)有效的對策。例如，有些井蓋產(chǎn)權(quán)單位的界定問題對強(qiáng)化井蓋的日常管理至關(guān)重要。建議首先應(yīng)盡快做好地下管線普查工作，建立地下管線信息計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，對每座檢查井頒發(fā)身份證，標(biāo)明檢查井詳細(xì)位置、井蓋規(guī)格編號(hào)、產(chǎn)權(quán)單位，對應(yīng)現(xiàn)場檢查井逐一標(biāo)明井蓋編號(hào)、產(chǎn)權(quán)單位、統(tǒng)一的舉報(bào)電話。如果這些監(jiān)管措施能得到有效落實(shí)，一旦哪個(gè)井蓋丟失損壞了，不僅專業(yè)巡查人員能準(zhǔn)確說出位置、類型，任何市民也可在第一時(shí)間撥打電話準(zhǔn)確投訴井蓋身份，使接聽辦件人能夠盡快確定井蓋的規(guī)格類型、權(quán)屬單位等信息，在第一時(shí)間通知到特定的產(chǎn)權(quán)責(zé)任人，避免了各井蓋產(chǎn)權(quán)單位之間相互推辭，井蓋的補(bǔ)裝效率可以大大提高。國內(nèi)已有濟(jì)南等城市已開始嘗試將射頻識(shí)別技術(shù)（UHF-RFID）等更先進(jìn)的技術(shù)手段應(yīng)用于城市市政管線資源。例如，只要對城市中的各類市政公用設(shè)施井蓋加貼上電子標(biāo)簽，有關(guān)管理人員只需用電子識(shí)別器掃描標(biāo)簽，即可明確具體的井蓋產(chǎn)權(quán)單位，解決了井蓋丟失后補(bǔ)裝處理時(shí)間過長等問題；同時(shí)，有關(guān)城市市政設(shè)施管理部門只要打開計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，全部加貼電子標(biāo)簽的井蓋是否完好、歸誰管理等管理信息就可一目了然，極大地提高了管理效率。

對于井蓋丟失問題，除加大對破壞、偷盜井蓋等不法行為的處罰力度、提高對舉報(bào)破壞偷盜井蓋線索人的獎(jiǎng)勵(lì)標(biāo)準(zhǔn)外，建議建立統(tǒng)一的井蓋回收制度：對碎、裂、廢、舊井蓋設(shè)施一律由城市管理機(jī)構(gòu)統(tǒng)一組織回收，其他任何單位和個(gè)人不得擅自處理或收購井蓋，從法規(guī)和制度上防控井蓋丟失現(xiàn)象。對于機(jī)動(dòng)車占用人行道、慢車道造成的井蓋損毀現(xiàn)象，應(yīng)由公安交警、城市規(guī)劃等各部門的齊抓共管，以最大限度地減少井蓋損毀。另外，建議道路紅線范圍內(nèi)，無論快車道、人行道統(tǒng)一采用重型井蓋設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)，以解決機(jī)動(dòng)車占用人行道、慢車道易造成井蓋損毀的問題。

5 結(jié)語

城市路面井蓋管理問題關(guān)乎社會(huì)民生，井蓋管理水平的好壞也反映了一個(gè)城市的市政設(shè)施綜合管理水平，在某種程度上可以說是對承擔(dān)社會(huì)公共管理職能的政府智慧和能力的考驗(yàn)，體現(xiàn)了一個(gè)城市或地區(qū)的社會(huì)整體發(fā)展水平。在目前的社會(huì)條件下，要有效改善城市路面井蓋的維護(hù)管理水平，僅僅靠一兩個(gè)部門的監(jiān)管是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要建立健全的相關(guān)法律、法規(guī)體制，更需要科學(xué)的系統(tǒng)性管理機(jī)制和體制的有效保障以及全社會(huì)的關(guān)注和參與。