我国防汛抢险装备发展现状及应用场景初步研究

程 立，喻葭临，杨子儒，周兴波

(水电水利规划设计总院，北京 100120)

0 引 言

防汛抢险工作时间紧，任务重，作业种类多，专业性强，社会关注度高，且存在较大的不可预见性[1-2]；而防汛抢险装备利用频次相对较低、市场规模较小，且研发难度较大。因此，相比于常规水利水电等土建施工，防汛抢险对装备物资等有着特殊要求。结合防汛抢险工作特点，合理配置救援装备并借鉴地质灾害抢险、道路保通、森林消防及军事武警等其他领域已有先进装备，充分发挥装备最大效能，在关键时刻顶得上、靠得住，同时尽量控制日常采购、运行、维护成本是十分重要的。

为增强防汛抢险装备对于各类防汛抢险场景的适应性和实用效果，有效响应各类场景的需求，切实提高各级防汛抢险队伍的装备配置水平，有必要对全国防汛抢险装备现状进行调研梳理，从典型的防汛抢险场景出发，分析可能的应对措施，研究提出与之匹配性更好的装备组合，同时指出防汛抢险装备发展方向。

1 防汛抢险装备工作特点

防汛抢险常用机械装备主要有挖掘机、装载机、推土机、铲车、吊车等常规土建施工机械，也有沙袋装袋机、削桩机、打桩机、抛投车、挡水坝等专用装备物资[3]；随着社会发展、科技进步，近年来水陆两栖全地形车、全自动沙袋装袋模块、无人侦察机、机械化桥、拓荒机器人、高强度排水车等防汛抢险装备也出现在防汛抢险一线中。研究防汛抢险装备工作特点对确定装备研发方向至关重要。

1.1 工作环境恶劣

防汛抢险作业环境一般为江堤、山区等野外环境，常伴随暴雨、滑坡等自然灾害；交通条件差，甚至无可用道路，物资供应和施工机械进场困难。作业现场供电、供水、通讯、照明条件较差，常需自行紧急供应水、电、通讯及照明设施等。在暴雨、大风等天气，施工难度进一步增大。此外，部分堤防建设标准低、施工质量差或长期降雨降低堤防强度，施工现场存在安全隐患。

1.2 短时作业强度高

在防汛抢险工作中，救援工作启动越早、速度越快，减灾效果越理想。为了在尽量短时间内完成抢险任务，一般采取“人歇机不停”的工作模式持续高强度施工，对各类装备物资需求较大。因此，抢险装备应尽量通用且稳定性高，同时物资最好成本低、方便易得，如沙袋、木桩等可就地取材的物资。

1.3 装备机械维修困难

防汛抢险现场地理位置偏僻，交通不便，任务紧张。装备损坏时，难以及时维修或更换零件，影响救援效率；重型装备损坏无法移动时又可能占用狭窄的施工场地进一步影响施工进度。装备应维修简单，零件型号应尽量通用。

1.4 操作人员水平不高

自我国各级应急管理部门成立，应急抢险队伍日益专业化。但在紧急情况下，缺乏抢险经验的临近施工队伍甚至志愿者可能会进场承担任务。因此，装备操作不能过于复杂，应急人员应尽量经过现场适当培训后再进场作业；对于操作难度较大的专用装备，应加强日常培训。

1.5 专用装备较少

目前防汛抢险装备市场以技术含量不高的装备为主，且存在低水平同质化竞争现象；已有的高精尖装备也多是通过对自然灾害救援、军事武警、森林消防等领域成熟的装备进行改造研发，适用于防汛抢险的专用装备不多。因此，需进一步加大资源投入和政策扶持，加快专用装备研发进度。

1.6 对机械化、自动化、智能化需求日益迫切

新中国成立后很长时间，防汛抢险工作依靠人海战术，先进装备使用较少，抢险人员劳动强度大，且经常发生抢险人员伤亡事故，抢险效率不高。近年来，我国防汛抢险单位和企业研发了一系列先进产品，提高了抢险效率，但防汛抢险市场偏小，专用或“一招致胜”装备未得到大规模研发和推广使用。防汛抢险实践中仍存在人背肩扛、人工巡堤、卡车堵决口等传统方式，防汛抢险自动化、智能化需求日益迫切。

2 防汛抢险典型装备

2.1 运输桥梁类装备

运输桥梁类装备主要包括自卸车、卡车、平板拖车等路上运输装备，以及驳船、气垫船、冲锋舟、救生艇等水面运输装备。近年来，出现了履带式水陆两栖全地形车、水陆两栖艇、应急架桥车、应急动力舟桥等专用装备。部分具有两栖等特殊运输能力装备经过改造，可作为移动平台，搭载救援、挖掘推铲、抽排水、通讯指挥等模块，这种“载体+模块”装备也是防汛抢险专用装备发展的重要方向。

2.2 挖掘推铲类装备

挖掘推铲类装备主要用于土石方开挖、平整、推运等，包括推土机、挖掘机、铲运机、装载机等常规工民建装备。近年来，出现了可快速换装打桩机、插板机等超10种属具的抗洪抢险多功能挖掘机，部分厂商也研发了水陆两栖挖掘机、旋转型伸缩臂叉车、步履式挖掘机、无人遥控挖掘机、冲击碾等适用于抢险特定场景的新型装备。

2.3 装袋打桩类装备

防汛抢险装袋、打桩等专用装备包括木桩削桩机、打桩机、沙袋装袋机、皮带输送机、堤防砍伐机器人等。该方向也是近年来防汛抢险装备的研发热点，不断有升级改造产品出现。以沙袋装袋机为例，2012年河北某厂商研发了首款沙袋装袋机，产品原理简单，可自动上料、称重、灌装等，大大提高装袋效率；随后湖南多家大型厂商及武警研究院又研发了砂石打包模块车、多功能黏土装袋机等，具有快速机动、全自动装袋、就地取材等特点，每小时最多装袋可达1 000包。

2.4 指挥通讯装备

指挥通讯装备包括卫星通信装备、雷达、无线电导航及无线电遥控装备、广播电视装备、无线电台(自组网、背负式、对讲机等)、移动网络通信装备(3/4/5G装备)、光纤通信装备等，是重要辅助装备。近年实战中，结合无人机、两栖车辆等建立指挥通讯系统。如，航空工业集团研发的翼龙-2H应急救灾型无人机可在灾区通讯中断时[4]，通过融合空中组网、高点中继等技术，实现图像、语音、数据上下贯通横向互联。搭载指挥系统的专用车辆可组成现场应急指挥系统，便于抢险时及时做出判断和处置。

2.5 供电照明类装备

供电类装备包括蓄电池、发电机、移动电站、液/气压动力装备等，用于抢险现场紧急供电、提供动力，是重要的辅助装备。应急照明装备包括佩戴式照明装备、手持式照明装备、移动式照明装备、车载/船载照明装备等。近年来，也出现了便携式照明无人机，例如某款装备约18 kg，携带方便，可在到场3 min内完成部署，升空高度50 m，光通量10万流明，单机模式有效照亮8 000 m2。

2.6 抽排水装备

抽排水装备主要包括大流量排水车、排水泵、泥浆泵等，是渗水抽排的关键装备，也是目前研发的热点装备。国内某款成熟的“龙吸水”排水抢险车最大排水流量可达3 000 m3/h，扬程达15 m，在堤防渗水、城市内涝中可发挥定海神针作用。

3 防汛抢险装备需求分析与优选

3.1 基于险情处置的需求分析路径

一般来说，险情场景与装备组合没有直接的对应关系，不同场景可能采用同样的装备组合，而同一场景或相近场景也可能因处置方案不同而选用不同的装备。险情场景和装备组合之间，需要由险情处置措施形成有效关联。总体上，对于某一险情，对应有多种可能的应对措施或方案。

对于每一种险情场景，实际采用的措施主要基于对险情成因、险情处置紧急程度的认识和判断。为此，有必要从场景分析到措施分析，再从措施分析对应到装备组合分析，在此基础上归纳提出基于险情处置的装备需求清单或配置清单。

3.2 面向装备的防汛抢险场景分类

为提高装备技术需求分析效率，有必要基于险情成因和险情处置紧急程度，对防汛抢险场景进行分类，以便更好地与处置措施和装备组合相对应。

结合已有防汛抢险场景分类，重点从险情成因角度，对防汛抢险场景进行分类。经分析，总体上分为背水坡渗水(漫浸)、管涌或渗透破坏、裂缝、漏洞、背水坡滑坡(脱坡)、迎水坡滑坡或坍塌(含风浪影响)、陷坑(跌窝)、漫溢、堤防决口等九大类场景[3]。

这九类场景既是险情成因，又随着险情发展相互关联，可能呈现比较复杂的相互关系，如图1所示。如，裂缝、漏洞、管涌和渗透破坏等都可能导致比较严重的背水坡渗水，而背水坡渗水刚开始并不明显且危害性不大，但如果不及时控制，进一步发展可能导致比较严重的渗透破坏，危及堤防安全。为提高分类分析的有效性，险情分类应尽量限定在比较直接的险情成因。

图1 各类险情场景的可能关联

结合应急响应分级的思路，同时考虑到防汛抢险场景大多为紧急场景，对于可以小范围自行应对的IV级响应一般情况下不属于需要大规模调动资源的抢险场景。为此，将抢险紧急程度定义如下：①十分紧急。险情迅速恶化，预期损失严重，必须立即安排抢险处置，疏散影响区人员；通常可对应I级或II级响应。②紧急。险情存在较为明显的恶化趋势或可能，但总体恶化速率不显著，预期损失严重，一般情况下，要求48 h内安排抢险处置，安排专人每0.5～2 h巡查一次，并做好现场警戒；通常可对应II级或III级响应。③一般紧急。险情恶化趋势不明显，但预期损失严重，一般情况下，每2～12 h巡查一次，根据巡查和专家分析结论，决定是否继续巡查监视，还是转为紧急或十分紧急情况予以处置；通常可对应III级或个别IV级响应。

3.3 装备技术优选

防汛抢险装备的研发与应用应遵循适应性、安全性、先进性、单一性、通用性原则[5]，充分发掘装备使用效能。

(1)适应性。装备选择要满足防汛抢险进度、技术标准等要求，还要和抢险现场道路交通情况、地形、气候等相适应，尽量避免不必要、不合适装备选用。同时，也需考虑救援队伍实际情况，对于专业防汛抢险队伍，尽量选择专用装备；兼职队伍，则需考虑平战结合，以日常工程机械为主。

(2)安全性。由于防汛抢险作业环境恶劣，且可能伴随次生灾害，抢险过程中应充分考虑机械装备安全可靠性，并在条件具备时使用可遥控操作或智能化装备。

(3)先进性。施工机械选择应具有性能优越稳定、工作安全可靠、故障率低、高效低耗等优点，但先进装备的使用应以可靠稳定为前提。

(4)统一性。在满足抢险任务的前提下，同类施工机械型号、生产厂家或生产国别应尽量单一，一方面避免装备维修和零件替换等带来不便，另一方面有利于操作人员熟练操作。

(5)通用性。抢险机械应尽量一机多用，简化程序，减少作业场地，扩大使用范围，提高机械利用率，维修方法与零件通用，降低装备日常采购和维护成本。

3.4 防汛抢险典型场景及装备

在防汛抢险实践中，应结合抢险方案，根据抢险内容、作业工程量、抢险进度、抢险要求等配置合适的机械装备，常用装备与“一招制胜”的专用装备相结合，防汛抢险典型场景及装备总结如下。

3.4.1 背水坡渗水(散浸)

(1)情况一，背水坡小范围渗清水，迎水坡无明显变形或孔洞。紧急程度为一般紧急。应对措施为背水坡反滤导渗、背水坡反滤层法、背水坡透水后戗法。常规装备采用挖掘机、推土机、震动夯、碾压机、装载机、土工织物、水泵等；专用装备采用多功能挖掘机、装配式折叠型防汛围井围板、防管涌抢护单元等。

(2)情况二，背水坡渗水明显，迎水坡有明显变形或孔洞。紧急程度为紧急。应对措施为临河侧截渗；背水坡反滤导渗、背水坡反滤层法、背水坡透水后戗法。常规装备采用驳船、卡车、推土机、挖掘机、装载机、自卸车、震动夯、碾压机、土工织物、水泵、排水车等；专用装备采用多功能挖掘机、堤防割草机、沙袋装袋机、削桩机、打桩机、抛投机、皮带输送机、装配式折叠型防汛围井围板、防管涌抢护单元、装配式防洪子堤连锁袋、埃斯科防爆墙子堤等。

3.4.2 管涌或渗透破坏

(1)情况一，小规模管涌或渗流破坏(翻沙鼓水)。紧急程度为紧急。应对措施为反滤围井、无滤减压围井、反滤压盖、水下管涌抢护。常规装备采用驳船、卡车、挖掘机、推土机、震动夯、碾压机、装载机、土工织物、水泵、排水车等。专用装备采用多功能挖掘机、堤防割草机、装配式折叠型防汛围井围板、防管涌抢护单元、装配式防洪子堤连锁袋、埃斯科防爆墙子堤、吸水膨胀袋等。

(2)情况二，大规模管涌或渗流破坏。紧急程度十分紧急。应对措施为反滤压盖、透水压渗台。常规装备采用驳船、卡车、挖掘机、推土机、震动夯、碾压机、装载机、土工织物、水泵、排水车等。专用装备采用多功能挖掘机、堤防割草机、沙袋装袋机、装配式防洪子堤连锁袋、埃斯科防爆墙子堤、吸水膨胀袋、抗洪专用囊、大功率排水车等。

3.4.3 裂缝

(1)情况一，不甚严重的纵向裂缝和不规则纵横交错裂缝。紧急程度为一般紧急。应对措施为暂不处理，加强观察，必要时封堵裂缝。常规装备采用铁锹等简易装备。专用装备采用堤防割草机等。

(2)情况二，不甚严重的贯穿性横向裂缝或比较严重的纵向裂缝。紧急程度为紧急。应对措施为横向裂缝设横墙隔断、深度大横向裂缝可土工膜盖堵；纵向裂缝先按塌岸、滑坡抢护，再采用开挖回填法处理。常规装备采用驳船、卡车、推土机、挖掘机、装载机、铲运机、振动碾、土工织物等。专用装备采用多功能挖掘机、堤防割草机、沙袋装袋机、削桩机、打桩机、抛投机、皮带输送机等。

(3)情况三，严重的贯穿性横向裂缝。紧急程度为十分紧急。应对措施为横墙隔断法、临水坡前戗、背水坡反滤导渗；竖井截堵；土工膜或复合土工膜覆盖。常规装备采用驳船、卡车、推土机、挖掘机、装载机、铲运机、振动碾、土工织物、水泵、排水车等。专用装备采用多功能挖掘机、堤防割草机、沙袋装袋机、削桩机、打桩机、抛投机、皮带输送机、装配式折叠型防汛围井围板、防管涌抢护单元、装配式防洪子堤连锁袋、钢框架竹胶板沙袋组合坝、埃斯科防爆墙子堤、吸水膨胀袋、抗洪专用囊、大功率排水车。

3.4.4 漏洞

(1)情况一，渗水量较为稳定且漏洞没有明显扩大。紧急程度为紧急。应对措施为临水侧抛投填塞、临水侧截渗、背水坡反滤导渗。常规装备采用驳船、卡车、推土机、挖掘机、装载机、自卸车、土工织物、水泵等。专用装备采用多功能挖掘机、堤防割草机、沙袋装袋机、削桩机、打桩机、抛投机、皮带输送机、吸水膨胀袋等。

(2)情况二，渗水量增加明显或漏洞明显扩大。紧急程度为十分紧急。应对措施为抛土袋和黏土填筑前戗、临水筑月堤、背水坡反滤导渗。常规装备采用驳船、卡车、推土机、挖掘机、装载机、铲运机、振动碾、土工织物、水泵等。专用装备采用多功能挖掘机、堤防割草机、沙袋装袋机、削桩机、打桩机、抛投机、皮带输送机、装配式折叠型防汛围井围板、防管涌抢护单元、装配式防洪子堤连锁袋、钢框架竹胶板沙袋组合坝、埃斯科防爆墙子堤、吸水膨胀袋、抗洪专用囊等。

3.4.5 背水坡滑坡(脱坡)

(1)情况一，滑坡后整体稳定且渗流量增加不大。紧急程度为紧急。应对措施为削坡减载、临水坡截渗铺盖、封堵裂隙。常规装备采用驳船、卡车、推土机、挖掘机、装载机、铲运机、土工织物、水泵等。专用装备采用堤多功能挖掘机、防割草机、沙袋装袋机、削桩机、打桩机、抛投机等。

(2)情况二，滑坡后继续坍塌或淘刷，合并管涌等渗透破坏。紧急程度为十分紧急。应对措施为滤水土撑法、滤水后戗法、滤水还坡法、护脚阻滑法、土工织物反滤布及土袋还坡法。常规装备采用驳船、卡车、推土机、挖掘机、装载机、铲运机、土工织物、水泵等。专用装备采用多功能挖掘机、堤防割草机、沙袋装袋机、削桩机、打桩机、抛投机、皮带输送机、大功率排水车等。

3.4.6 迎水坡滑坡或坍塌(含风浪影响)

(1)情况一，淘脚基本稳定，滑坡或坍塌后没有明显恶化，风浪影响可控。紧急程度为紧急。应对措施为加强变形渗漏观察；采用护脚固基防冲法、沉柳缓溜防冲法、桩柴护岸法、柳石软搂法等加固迎水坡坡脚，并增加迎水坡削坡、背水坡护坡脚稳定性。常规装备采用驳船、卡车、推土机、挖掘机、装载机、铲运机、土工织物、水泵等。专用装备采用多功能挖掘机、沙袋装袋机、削桩机、打桩机、抛投机、皮带输送机、多功能堤坝安全防护软体排、埃斯科网箱护坦、大流量排水抢险车等。

(2)情况二，淘脚不稳定，滑坡或坍塌后明显快速恶化，风浪影响不可控。紧急程度为十分紧急。应对措施为堤身加高；背水坡加厚及土包砌脚、导渗；迎水坡削坡；迎水坡打桩、抛投加固。常规装备采用驳船、卡车、推土机、挖掘机、装载机、铲运机、土工织物等。专用装备采用多功能挖掘机、装配式防洪子堤连锁袋、装配式折叠型防汛抗洪子堤、注水式移动折叠防汛挡水坝、钢框架竹胶板沙袋组合坝、埃斯科防爆墙子堤、沙袋装袋机、削桩机、打桩机、抛投机、皮带输送机、多功能堤坝安全防护软体排、埃斯科网箱护坦、大流量排水抢险车等。

3.4.7 陷坑(跌窝)

(1)情况一，陷坑(跌窝)后没有明显恶化趋势，堤防整体稳定。紧急程度为一般紧急。

(2)情况二，形成了明显贯通，但陷坑(跌窝)后渗流没有明显变化。紧急程度为紧急。

(3)情况三，严重陷坑或跌窝，且有快速恶化趋势。紧急程度为十分紧急。

出现陷坑情况，应对措施均为松土清除、土料填实还原；背水坡跌窝则反滤置换；迎水坡跌窝，袋土围堰，抽水翻挖清除隐患后回填。常规装备采用驳船、卡车、推土机、挖掘机、装载机、铲运机、排水管或水泵等。专用装备采用多功能挖掘机、沙袋装袋机、削桩机、打桩机、抛投机、皮带输送机、大流量排水抢险车等。

3.4.8 漫溢

漫溢紧急程度为十分紧急。应对措施为抢筑子堰、抢筑桩梢子堤。常规装备采用驳船、卡车、推土机、挖掘机、装载机、铲运机等。专用装备采用多功能挖掘机、沙袋装袋机、削桩机、打桩机、抛投机、皮带输送机、装配式防洪子堤连锁袋、装配式折叠型防汛抗洪子堤、注水式移动折叠防汛挡水坝、埃斯科防爆墙子堤、抗洪专用囊、钢框架竹胶板沙袋组合坝等。

3.4.9 堤防决口

(1)情况一，决口刚形成，经分析具备抢险封堵的条件。紧急程度为十分紧急。应对措施为决口封堵。常规装备采用驳船、卡车、推土机、挖掘机、装载机、铲运机等。专用装备采用多功能挖掘机、沙袋装袋机、削桩机、打桩机、抛投机、皮带输送机、装配式箱型/四面体封堵体、钢框架竹胶板沙袋组合坝、埃斯科防爆墙子堤、大流量排水抢险车、大跨度应急桥梁等。

(2)情况二，决口已经形成但基本稳定，同时为降低损失，经分析确需实施决口封堵的情况。紧急程度为十分紧急。应对措施为决口封堵。常规装备采用驳船、卡车、推土机、挖掘机、装载机、铲运机等。专用装备采用多功能挖掘机、沙袋装袋机、削桩机、打桩机、抛投机、皮带输送机、装配式箱型/四面体结构、钢框架竹胶板沙袋组合坝、埃斯科防爆墙子堤、大流量排水抢险车、大跨度应急桥梁等。

4 防汛抢险装备发展问题及建议

4.1 “一招制胜”关键专用装备匮乏

目前防汛抢险实践中，大功率照明、抽排水泵、吸水膨胀袋、土工膜等已得到广泛应用的成熟装备物资较多，但水陆两栖全地形车、一体化装袋机、快速打桩机、堤防清理装备等在防汛抢险中可极大解放生产力或起到关键作用的专用装备较少。这与之前防汛抢险市场较小，专业厂商较少有关。2018年以后，我国主要工程机械制造厂商陆续涉足防汛应急领域，不断有新型关键装备出现。因此，一旦确定合适需求和研发方向，国家和行业应加大政策扶持力度，促进“一招制胜”关键装备的发展与生产。

4.2 关键装备需求端有待进一步统筹和明确

2018年防汛应急管理体系调整以后，应急抢险专业化日益增强。但是各级、各类参与防汛抢险力量间协调沟通仍存在不充分现象。部分单位转隶限制了原有防汛抢险装备的科研、配置、应用等的统筹和形成合力。防汛抢险场景多、装备多，但头部效应并不明显。关键装备需求不明确，也难以集中力量对关键装备研发予以重点突破。因此，需进一步对防汛抢险场景、需求及装备配置现状进行充分调研和分析，明确关键装备需求。

4.3 关键装备供给端有待进一步规划和指导

防汛抢险工作涉及装备物资种类繁多，可与多个行业的工程机械装备研发制造单位关联。但目前我国防汛抢险管理体制还在调整磨合中，装备制造厂商积极性高但也还在熟悉防汛抢险管理体制过程中，各方沟通渠道不多，需求方难以充分了解抢险装备发展动态，不利于先进装备全面推广。另一方面，市场规模不大，但专用装备研发投入较高，造成防汛抢险专业化厂商少的情况，研发力量分散，可能造成低水平重复研发、关键装备研发匮乏等情况。建议加强对防汛抢险装备供给端的规划和指导。

4.4 装备序列化、标准化有待加强

防汛抢险工作时间紧，任务重，工作量大，对装备需求量大，要求装备质量优异，同时考虑到装备维修方便，对装备序列化、标准化有着较高的要求。建议对于技术成熟装备，加快制定相关标准，加强装备物资间兼容性。

5 结 语

近年来，水利水电等土建工程建设已由机械化迈入信息化、数字化、智能化时代，施工质量和效率得到很大提高。但在防汛抢险一线，传统的“人海”战术仍有存在。由于需求不明确、行业引导有限等，导致部分工程装备制造厂商研究出的先进适用装备并没有得到大规模推广应用；另一方面部分关键抢险场景的最迫切需求也没有得到技术领先的工程装备制造厂商充分认识。

目前，防汛抢险专用装备以军事武警、自然灾害抢险等领域常规装备改造而成居多，针对防汛抢险的专用装备，尤其是可“一招致胜”装备匮乏，防汛抢险应急装备建设任重道远。2018年应急管理体系改革后，随着国家和行业加大政策扶持力度，国内工程装备制造龙头厂商陆续关注防汛抢险应急领域，高科技先进适用装备逐渐出现，防汛抢险专用装备研发有望取得较大突破。