基于扫路机的人机效能测试评价方法研究

吴作清 瞿静 李军 邱声

摘要：对扫路机各类典型的应用场景进行了分析，介绍了测试场景的简化及布置情况，研究了扫路机的作业质量评价和作业效率评价，进而提出了扫路机机械作业与传统人工清扫保洁作业的人机效能测试评价方法。

关键词：扫路机；人工清扫保洁作业；人机效能；测试评价方法

中图分类号：U467  收稿日期：2023-04-20

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.08.028

1 前言

近年来，随着国家城镇化发展的不断深入，城市环卫管理越加精细化，为全面提升环卫作业效率和作业质量，扫路机等小型环卫机械设备走上了发展快车道。扫路机是采用非汽车底盘，装备有垃圾、尘土收集容器及清扫装置，并由动力装置驱动用于清扫、收集路（地）面上垃圾等污物的设备，主要用于背街小巷、人行辅道、广场、园区等城市毛细血管区域的清扫保洁。

相比人工清扫保洁作业，扫路机等小型环卫机械设备在作业效率、作业质量等方面均有一定的优势，但机械作业与人工作业在作业效率和作业质量上的对比值即人机效能究竟如何，机械替代人工的标准是多少等，目前行业上尚缺乏此方面的科学研究数据，给小型环卫机械设备的推广使用及用户合理采购设备、环卫运营作业模式等带来了一定的困扰。本文以扫路机为对象，通过分析其各类应用场景，简化并设置测试评价场景，进而给出一种扫路机的人机效能测试评价方法。

2 应用场景分析

2.1 典型应用场景

扫路机的应用场景呈多样化，各类场景的作业需求和作业模式均存在差异。根据场景特点和环卫作业需求，可分为人行道场景，辅道、非机动车道场景，背街小巷场景，城中村场景，广场公园场景等5类典型应用场景［1］。

2.1.1 人行道场景

城市人行道的路面情况复杂，路面宽度和路面平整度差别大，但多为铺装路面；垃圾污染的情况变化多［2］。示例见图1，该场景可分为下列三类：

a.平整、宽敞类：路面宽敞，表面为平整、稳定的沥青、混凝土或砌块铺装路面；路边绿化树木、电线杆等障碍物相对较少。

b.多障碍物类：路面宽敞，表面为平整、稳定的沥青、混凝土或砌块铺装路面；路边绿化树木、电线杆等障碍物相对较多，排列不太规则。

c.狭窄类；路面较窄，表面不平整或铺装面不稳定；路边绿化树木、电线杆等障碍物较多，甚至树堆围占用了大部分路面。

2.1.2 辅道、非机动车道场景

对于辅道或非机动车道，大部分而言都较为宽敞，同时也存在部分路面的宽度较为狭窄，但路面主要为沥青路面，示例见图2。

2.1.3 背街小巷场景

背街小巷的场景较为复杂，人流量、垃圾污物等比较多，示例见图3。该场景可分为两类：

a.狭窄巷道类：路面狭窄、路障多，人口密集；小广告（牛皮癣）多，轻飘垃圾、白色垃圾多。

b.小型商业街类：小型的商业街上人口密集区，经常有小商贩摆摊设担，路面情况复杂。

2.1.4 城中村场景

城中村道路的路面大多比较狭窄，以砌块、瓷砖或沥青路面为主，示例见图4。污染物以轻飘物居多，砂石、泥土、灰尘、油污等也较为常见。这种场景可分为两类：

a.多轻飘物、多砂石类：路面较窄，污染物以轻飘物居多、砂石多，路面保洁资源相对缺乏，保洁频次相对较少。

b.多油污、多泥土类：路面较窄；污染物以灰尘、泥土居多，还有少区域的油污污染也比较常见。

2.1.5 广场公园场景

广场公园场景大多地面平整、稳定，路面有砌块、瓷砖、混凝土等类型，垃圾污物以轻飘物为主，示例见图5。该种场景可分为两类：

a.文化广场、休闲广场、公园广场类：地面大多平整、稳定，但地面承压能力通常较弱，垃圾污物以轻飘物、灰尘为主。

a.公园铺装路面类：公园类有很多通行道路是铺装、平整路面，路面承压能力不强；垃圾污物以树叶、纸片、白色污染物等轻飘物为主。

2.2 应用场景分析

综合上述典型应用场景及产品实际情况可得知，扫路机的应用场景虽然比较多样、复杂，但路面类型主要分为混凝土路面、沥青路面、砌块路面及其他铺装路面四种类型；路面垃圾污物主要有落叶、树枝、饮料瓶、塑料袋、果皮、纸屑、烟蒂、砂尘等。在对扫路机进行效能评价测试时，可在此基础上对测试场景进行模拟和简化，便于实际测试时的操作与执行。

3 测试场景简化及布置

3.1 测试时的垃圾试样准备

结合应用场景中的垃圾污物及实际应用情况，测试时的垃圾试样可按下列两种类型准备：

a.垃圾模拟物：按照行业标准JB/ 10856-2018《道路施工与养护机械设备扫路机》［3］中的规定准备。

b.垃圾混合物：落叶、树枝、饮料瓶、烟蒂等。

3.2 测试时的场地布置

为简化测试，测试场地设置为干燥平整的区域，具体测试场景按表1布置。

3.3 測试时的试验样机准备

目前行业上的扫路机按车轮数量可分为三轮式扫路机、四轮式扫路机，按结构类型可分为铰接式扫路机、整体式扫路机，按除尘方式可分为湿式扫路机、干式扫路机。同时，同一类型产品，其性能、功能也会存在区别，鉴于不同类型产品一一验证的可操作性难度较高，且对于作业效能评价而言，只要是基于同一平台进行即可，也就是作业质量和作业效率的评价维度一致，以及测试的场景保持一致。因此一般情况下的测试评价只需扫路机是经检验合格的产品，且已经按产品使用说明书的要求完成磨合。

4 作业质量评价

4.1 综述

作业质量评价一般有感官质量评价和定量质量评价两种方式，CJJ/T 126-2022《城市道路清扫保洁与质量评价标准》［4］规定了城市道路清扫保洁作业的定量质量评价，包括道路可见垃圾及污渍密度的检测评价和路面尘土量的检测评价。JB/T 10856-2018《道路施工机械与养护机械设备扫路机》［3］规定了扫路机的清扫效果用扫净率进行评价。这两项标准关于作业质量的评价方式存在一定的区别，这是因为两项标准的立足点不同而形成的，CJJ/T 126-2022《城市道路清扫保洁与质量评价标准》更多是从城市市容管理和使用方的维度对城市道路清扫保洁提出的环境卫生要求，而JB/T 10856-2018《道路施工机械与养护机械设备  扫路机》是扫路机的产品标准，更多是在兼顾各方需求后提出的设备性能要求。

鉴于上述因素，相关场景拟采用的评价方式见表2。

4.2 感官质量评价

在充分参考CJJ/T 126-2022《城市道路清扫保洁与质量评价标准》及北京、上海、广州、深圳等一线城市关于“环境卫生质量”的地方标准后，感官质量按下列要求评价：场地整体感观清洁，无成片垃圾、污渍、积水（水渍不计为污渍）。

4.3 定量质量评价

4.3.1 扫净率评价要求

定量质量评价采取检测“扫净率”的方式时，综合考虑行业实际，扫路机的扫净率可按不小于92%的要求操作，实际测试评价时按需确定。

4.3.2 “废弃物控制点”评价要求

定量质量评价采取检测“废弃物控制点”的方式时，测试场地内不能留有带状或当量直径大于等于5 cm的块状残留物，且符合表3要求。

4.4 测试方法

按第3部分的要求完成测试场景布置后，按下列步骤进行测试：

a.样机以生产厂家规定的作业行驶速度和风机转速（或滚刷转速）沿测试场地直行进行清扫作业。说明：由于不同产品之间的性能差异问题，加之，普扫和保洁作业时的行驶速度也会存在较大区别，速度与作业质量及作业效率密切相关，不在此限定速度。

b.如若场地较宽或测试样机清扫宽度较窄时，样机到达场地另一端后，调头沿着另一侧反向直行进行清扫作业。

c.作业完成后，检测作业质量是否符合前述要求，其中，扫净率检测按图6所示取样，按下式计算：

式中，μ为扫净率；W0为清扫前抽样段垃圾模拟物质量，g/m2；W1为清扫后抽样段垃圾模拟物质量，g/m2。

5作业效率評价

作业效率应是在作业质量达成要求的条件下完成清扫保洁作业的工作效率，在第4部分的作业质量评价过程中，测量作业开始至作业结束时所用的作业时间t（测试样机需要调头作业时，调头时间计入作业时间内），及样机作业时的作业噪声N，其中，作业噪声参照《道路施工与养护机械设备  扫路机》JB/T 10856-2018中6.4.1中给出的方法测量。作业效率η按下式计算：

式中，η为作业效率，m2/h；S为清扫面积，按测试场景确定，m2；t为清扫时间，s。

6 扫路机人机效能评价

6.1 扫路机作业效能评价方法

扫路机作业效能评价时，可采取以下两种方案：

a.对设备本身、作业质量和作业效率进行评测打分，然后三者分别乘以相应的权重分值再总体相加后得出设备总体效能的分值，并可根据相应分值判定其处于何种等级。

b.采取系数制，以设备本身性能、作业质量满足要求为前提的条件下，其能达到的作业效率为评价结果。本文采取的是系数制的评价方法。

扫路机的作业效能按单位时间内完成的作业面积进行评价，按下式计算：

式中，η0为设备效能，㎡/h；η1为作业效率，㎡/h；k1为感观作业质量达成系数；k2为定量作业质量达成系数；k3为设备性能达成系数。

说明：k1、k2、k3以某一指标作为达成基准，取值为1.0，以完成作业的不同程度为基准来设置不同的达成系数。具体达成系数基准可以根据实际需求或管理要求进行设置。

6.2 清扫保洁人工定额

在现场测试评价时，人工作业的测试场景与扫路机的场景一致，在作业后对其作业质量和作业效率进行评价。

在不具备人工现场测试评价条件时，可参照住房和城乡建设部或当地清扫保洁作业的人工定额标准。

6.3 扫路机人机效能评价方法

结合前述可得知，扫路机的人机效能评价按下式计算：

式中，n为人机效能比，量纲一参数；η2为清扫保洁作业人工定额标准。

7 结语

本文研究了扫路机的各类应用场景，简化并提炼出扫路机的作业效能评价方法，进而给出一种扫路机机械作业与传统人工清扫保洁作业的人机效能测试的评价方法。

由于应用场景较为复杂，在当前技术水平下，扫路机等小型环卫机械设备的应用不可避免地存在“应用盲区”，无法完全替代人工作业，在较长一段时间内将是“机械作业+人工作业”的协同作业模式。行业仍将继续探索应用场景特征及更科学的综合作业模式，挖掘和释放机械作业效能，在降低环卫作业成本的同时，环卫作业效率和作业质量必将得到更进一步的提升。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.城镇市容环境卫生劳动定额（HLD47-101-2008）[M].北京：中国计划出版社，2008.

[2]盈峰环境科技集团股份有限公司.环卫工人收入现状及环卫装置替代人工发展潜力白皮书[EB/OL]//（2021-05-12）http：//www.inforeenviro.com/news/index420.html.

[3]JB/T 10856-2018 道路施工机械与养护机械设备扫路机[S].

[4]CJJ/T 126-2022 城市道路清扫保洁与质量评价标准[S].

作者简介：

吴作清，男，1986年生，工程师，研究方向为工程机械、标准化。