摘 要

因部分地区的气候潮湿多雨，以及排水设施修建得不够完善，在暴雨后常常会出现城市积水内涝的现象。其中存在的隐患——井盖遗失、设施漏电、危房浸水倒塌、汽车抛锚等不计其数。

据近几年因城市积水内涝而引发的事故统计，内涝触电事故的发生尤其频繁。在目前的城市积水的漏电排查行动中，工作人员需携带设备涉水检测，处于高度的触电危险下；行人因无法肉眼探测水中电流并且缺乏相关防范意识，涉水行走时也很容易发生触电危险。

由此看来，因为水中的电流难探测以及致死率高，针对城市内涝漏电危险检测设施的改进是一个目前乃至未来都值得研究的问题。

随着城市内涝触电事故的发生率增高，水中电流探测设备也需要升级。未来的水中电流探测设备需要向着更安全、更高效的方向发展。自动水中漏电检测设备的运用响应了未来危险排查的发展方向，顺应时代发展，旨在降低漏电排查工作人员的工作危险，降低行人因无法探测而导致的触电危险，创造更强劲更安全的危险排查设备。

关键词：触电预警；城市积水；漏电探测；排查；无人化

Abstract

Because of the wet and rainy weather in some areas and the inadequate construction of drainage facilities, the city often floods after heavy rains. There are hidden dangers - manhole cover loss, equipment leakage, collapse of dangerous houses, cars and so on countless.

According to the statistics of accidents caused by urban waterlogging in recent years, the occurrence of waterlogging electrocution accidents is especially frequent. In the current urban water leakage detection operation, the staff should carry equipment to wading water detection, in a high risk of electric shock; Because pedestrians cannot visually detect the current in the water and lack of awareness of prevention, walking in the water is also prone to the risk of electric shock.

From this point of view, because the current in the water is difficult to detect and the fatality rate is high, the improvement of the detection facilities for the danger of waterlogging leakage in the city is a problem worth studying at present and even in the future.

As the incidence of electrocution in urban waterlogging increases, the current detection equipment in water also needs to be upgraded. Future underwater current detection equipment needs to be developed in a safer and more efficient direction. The application of automatic water leakage detection equipment responds to the development direction of future hazard detection and conforms to the development of The Times. It aims to reduce the work danger of leakage detection workers, reduce the risk of electric shock caused by pedestrians' inability to detect, and create stronger and safer hazard detection equipment.

Key Words：Electric shock alarm; Urban standing water; Leakage detection; Screening; Unmanned

第1章 绪论

1.1 课题背景

最近几个夏天，一些新闻常常吸引了人们的眼球，让人唏嘘不已——“连续的暴雨天气引发的城市积水使得桂林的一些学校被迫关闭”、“市政府官员承认，广西暴雨天气的频发，暴露出城市的建设并不完美”、“由于暴雨和严重的内涝，显现出城市的防洪系统薄弱”，这些新闻在最近的几个夏天频繁被报道，成为互联网上的热门话题。人们常常开玩笑称之为免费的海景，但这背后又隐藏了多少的问题？平日里繁华靓丽的现代大城市在几场暴雨之后变得疲惫不堪，这其中是不是揭示了城市排水系统的力不从心呢？

当城市因降水量过大、连续降水天气且城市的排水能力无法应对时，出现的积水现象被称作为城市内涝。降雨强度大、范围集中是洪涝灾害发生的客观原因。那么什么地方最容易积水呢？经过人们的观察，往往是降水量大而强烈，下雨天气频繁，雨天持续时间长的地方最容易出现雨水的堆积。

城市里常见的积水现象不禁引人思考——为什么城市相对于农村而言反而更容易积水？城市内的排水系统难道不是更加发达吗?其实是因为，随着中国城市土地面积的增多，农村土地面积越来越少，这实际说明了城市的水泥地面渐渐取代了农村的土地地面。而土地地面疏松多孔的特性更容易吸收水分，水泥地面并不透水，所以水泥地面的增多对于排水而言并不占优势。人民对于生活居住环境的要求跟随者生活水平的提高而提高。人民群众已经对快节奏的生活方式习以为常 ，无法忍受突如其来的积水和交通瘫痪。只要一遇上连续的降雨天气，雨水除了城市中的下水道没有其他地方可去，自然会在各种路面上堆积，马路和人行道无一不成了“小泳池”低洼地区的建筑都被浸泡在雨水里。事实上，城市内涝现象的本身就是各种“城市病”作怪的结果。

这种常见的灾害现象实际上隐藏着相当大的危险。在城市内涝中，排水管道的压力增大，往往会将井盖推开，井盖上方的水会形成漩涡，对周围物体产生吸引力。这时，不注意的行人很容易被卷入漩涡。此外，暴雨可能会破坏城市的电力系统，导致一些设施出现漏电，电荷进入水体形成电场，对行人造成触电伤害。在城市的低洼地区，当路面被严重淹没时，洼地不仅会承受本地区的降雨量，而且在周围较高的地方收集的雨水也会流向洼地。在城市的路面结构中，这样的低洼处很容易出现在涵洞、立交桥、底层等处，使驶入的车辆发生熄火和故障。在这些风险中，触电的事故率较高，与其他风险相比死亡率尤其高，这是我们需要关注的问题，其原因如下：

1. 普通路灯的电压是220v，远远高于人体的安全电压36v，再加上水作为导体，涉水行人触电后更容易死亡。
2. 触电后非常难以挣脱，220v电压冲击后不抢救，3-4分钟内就可能死亡。
3. 一些发电设备无任何征兆的泄露，行人无法预防事故和辨别危险，大多数行人缺乏相关的知识。

综上所述，为了保护广大市民的生命安全，减少城市内涝期间触电事故的发生率，应该有新的设备和新的排险流程，解决目前排查触电危险流程的低效率，低安全系数的问题，使市民远离水下触电危险，给市民提供一个安全的生活环境。由于内涝灾害引发的触电事故为世界各地都有可能发生的普遍现象，解决伴随灾害而出现的隐患为必然的市场需求，降低触电这种致命的危险事故的发生率刻不容缓。

1.2 研究的目的及意义

本次设计以城市内涝漏电检测为主题，分析和研究目前城市积水后排查漏电危险的顺序与流程，旨在解决漏电排查工作人员工作危险系数高的问题，使漏电探测过程更安全更无人化；解决漏电排查工作人员极端条件下工作效率低的问题，使漏电探测过程更迅速，环境对探测过程的影响降低；解决目前漏电检测设备探测不精确的问题，使检测更灵敏并且使检测到的强弱电流由漏电源为中心呈梯度显示；解决行人无法探测触电危险的问题，使危险可视化，达到警示行人的作用等等。综上，本次设计的主要目标为：将水中测电的过程无人化自动化，使漏电排查工作更安全更高效；将水中的触电危险可视化，增加对行人的警示作用，降低触电危险的发生率。

随着城市内涝触电事故的发生率增高，水中电流探测设备也需要升级。未来的水中电流探测设备需要向着更安全、更高效的方向发展。自动水中漏电检测设备的运用响应了未来危险排查的发展方向，顺应时代发展，旨在降低漏电排查工作人员的工作危险，降低行人因无法探测而导致的触电危险，创造更强劲更安全的危险排查设备。

本选题的意义体现在：对于水中漏电排查工作人员而言，能降低工作风险，工作效率更高。对于行人而言，新型的自动水中漏电检测设备和更高效的探测方式，能及时检测和标记漏电源头，将四周电流强弱可视化，对行人起到警示作用，保护行人的人身安全。对于城市危险排查系统而言，突破传统排险设备的限制，使排查过程安全系数提升，效率提高。对无人自动危险检测领域的科技发展而言，新技术需求的提出，为无人自动危险检测设备的设计等相关技术的发展提供方向。

1.3 课题研究内容和目标

1.3.1 研究内容

通过收集资料了解引发触电问题的根本原因、目前城市内涝积水后漏电危险检测的流程，以及现有检测方式、所应用的技术手段。同时了解漏电排查工作人员的工作习惯和工作需求，在此基础上分析未来水中漏电危险检测的发展趋势和所应用技术手段。同时模拟漏电危险检测场景，对城市积水的环境做出完整的设想，提出行人和漏电排查工作人员在漏电检测工作中所扮演的角色，得出较为全面的设计需求。对需求进行取舍，完成对水中漏电检测设备功能性的定位，提出完整的使用流程和使用方式。

根据水中漏电检测设备产品功能的定位，确定产品实现功能的形式。将该产品按功能划分为几个部分，分别列出该部分所需实现的功能并列举数条解决方案。最终探究各个部分的配合方式。查找与所涉及机械结构和材料相关的书籍论文，学习机械运作方式原理以及配合原理，了解可能使用的材料和纹样，为该设备的整体设计做好基础。

参考危险排查相关产品的配色和材料，分析用户对不同配色组合的视觉与心理感受，确定该漏电检测设备设计的配色大方向；分析可能使用的不同材料的强度、硬度、密度等性能，参考其加工难度和价格，确定最合适的漏电检测设备材料。

1.3.2 研究目标

基于频繁暴雨天气后城市内涝触电事故频繁发生的普遍现象，总结触电事故发生的原因，分析处理事故的流程，改进产品，寻找更优的解决方案。结合机械结构设计、设计心理学等学科，参考流程地图，同类产品分析等调研方法，优化现有触电事故处理流程，改良深化出安全系数更高，工作效率更高，贴合社会需求的水下漏电探测设备。

（1）在功能上，满足自主水下前进、改变前进方向、自主上下沉浮等基本功能；能探测水下电流，能向四周水面投影激光。

（2）在造型上，遵循内部结构安排，符合大部分群众的审美，在严格配合其机械结构的基础上，使其外形简洁有设计感。

（3）在结构上，严格与功能相配合，变换形态时的浮板开合结构可行，不过于繁琐复杂；能满足产品的目标功能。

第2章 市场调研与分析

2.1关于城市内涝引发事故的研究

2.1.1 城市内涝引发的危险

虽然很多城市建设比较好的现代化的国内外城市排水系统相对于三四线城市更加完善和先进，但是也不能排除意外情况下，排雨量过多，超过了城市所能承载的排水量，降雨的速度如果过快，超过了排水的速度，城市的排水系统往往就会濒临崩溃。这种情况难以避免，更不用说排水系统和城市建设更不完善的中小城市了。在城市的低洼地区如自然低洼区域、人工下沉式立交路段、涵洞等最容易积水，汽车驶入时，水面高度若超过排气管，水便会完全堵住汽车发动机的排气管通道，导致汽车尾气无法排出，发动机内的活塞无法正常运作，发动机便会熄火。在积水更深的区域，因为车门外部的水压，车内的人难以打开车门从而被困在车中，造成交通的瘫痪。由于排水设施不完善，雨污未进行分流等原因，当下水管道汇集了太多雨水,便会导致管道内水压过大,雨水将铁制的井盖顶开，行人难以察觉便容易落入其中。再者，暴雨瞬时雨量大，冲击力强，容易使一些不稳定房屋垮塌。其次若暴雨在山区发生，可能引起二次灾害例如洪水或泥石流，破坏房屋，更容易导致人身危险和财产损失。

引人注意的是，城市积水期间致死率最高，预防力最差的事故往往为触电事故。跟随着时代的快速进展，电已经成为我们生活中不可或缺的一部分，存在于群众生活的各个角落，城市积水后的漏电隐患更是难以察觉。当一定程度的电流通过人体时，会刺激人体各组织，使其失去正常功能，导致呼吸或心脏骤停。如果是高压，就会产生热量，从而导致烧伤。根据一项调查，在中国每年有成千上万的人死于触电。因此，解决城市积水期间的触电危险排查问题刻不容缓。