先进制造技术

2017 年 2 月 23 日，习近平总书记在实地考察雄安新区时强调，建设雄安新区，一定要把白洋淀修复好、保护好。2018 年 4 月，中共中央、国务院批复了《河北雄安新区规划纲要》，纲要特别要求，实施白洋淀生态修复，加强生态环境建设，开展环境综合治理，推动区域流域协同治理，全面提升生态环境质量。2019 年 1 月，河北省正式印发《白洋淀生态环境治理和保护规划（2018-2035 年）》文件，强调淀区生态修复，并提出先行开展内源治理试点工作。2020 年河北召开关于白洋淀生态修复保护的会议，会议着重强调要进一步完善工作方案，细化工程举措，分类分布、精准科学推进白洋淀内源污染治理。2021 年 2 月 22 日，河北省第十三届人民代表大会第四次会议通过了《白洋淀生态环境治理和保护条例》，该条例已于 4 月 1 日实行。为落实规划要求，本项目对白洋淀内源污染问题进行调查研究，发现水体中沉水植物在生长期能够通过吸收、富集、迁移、转化等作用，降低底泥中氮磷释放对上覆水的污染，从而有效净化水体。但是，在生长停滞并逐渐枯萎死亡后，沉水植物在腐解过程中可向水体释放氮磷和有机质，造成淀区内源污染；水陆过渡带沉水植物沼泽化现象明显，大面积水域为沉水植物所覆盖，植物凋亡时容易造成二次污染；沉水植物过度生长，抢夺占据有限的水域生存空间，不仅造成河道堵塞，还会影响阳光穿透河水深度，加之植物腐解消耗水体溶解氧，均会恶化其他水生生物生存环境，降低水环境的生物多样性。因此，对沉水植物进行适时收割十分有必要。白洋淀沉水植物大都生长在浅水区或沼泽区，收割环境复杂，人工收割效率低下，用国内流行的水草船收割，理论上工作效率大大提高，但只能在水深 1 米左右的区域工作，尤其在沟叉纵横、深浅不一的淀区，收割船的机动性和通过性受到明显限制。因此，轻型水陆两栖作业装备的研制也十分必要。本项目设计开发了两栖作业装备，具体包括：①水陆两栖作业装备本体，高强度橡胶织物材料履带和铝合金浮筒为底盘设计，产生的地面压力较低，特别适合于湖泊、河道、湿地等环境，可进入人、车、船等无法进入的沼泽、湿地等复杂水域。②针对改善水域环境的配属工具，通过快速更换模块化工具，一机多能，具有收割，清理，收集，旋耕，清淤，溢油，清理，挖掘，打桩，破碎，撒布机等功能，各种工具可根据工况快速更换，并且具有高效、环保、全地形适应等优势。③控制系统的开发优化及应用，具备高操作精度和灵活性，介于白洋淀地形河道较窄，沼泽地较多，大型设备很难进入淀内，小型设备处理体量较小，效率较低，而两栖作业装备的控制系统简单、经济、适用及维护方便，可使操作者在狭窄的通道或有障碍物的区域自由操控，在全速前进时，制动距离小于 0.5 米。针对白洋淀因沉水植物等造成的内源污染问题，河北工业大学研发了水陆两栖作业装备产品，适合人工湿地、公园、水库、河流等水域环保需求，是水域环保治理的“利器”，该设备现已完成了二代迭代重生，市场需求和潜力巨大，并且现已针对该产品进行了研发和产业转化工作，并形成了专利、设计图纸、样机两台，目前该设备已在白洋淀进行了实验性的测试和使用。该设备的实验性成功，不仅为车辆学科、机械学科、控制学科和材料学科提供有效的技术支持，而且对水域环保行业有重要社会意义。

若干年以来，我国社会经济迅猛增长的同时，生态环境污染和破坏的现象加剧，尤其是河湖污染问题愈加严峻，因缺少有效的治理措施，已经危害到整体生态系统，制约经济社会可持续发展。国家出台了一系列关于水环境治理的政策法规，例如十四五时期发布《全国重要生态系统保护和修复重大工程总体规划(2021—2035 年)》的文件，发改委发布了《“十四五”重点流域水环境综合治理规划》等系列政策文件，为水环境综合整治指明了方向。水陆两栖作业装备的研制，针对性的解决了在湿地、沼泽等复杂条件下，因水生植物凋亡、水动力阻滞等带来的内源污染问题，具有极大的市场需求，预计能释放出 100 亿级市场。目前，芬兰生产的 Watermaster 设备，可水陆两用，搭载多种附件，灵活多变，可实现打桩、挖掘、耙、清淤等环境治理作业。该设备采用涡轮增压柴油发动机，液压动力系统，最大作业深度可达 6.5 米。该设备比较笨重，进口价格约 90 万欧元/台。瑞典生产的水陆两栖装备是市场上性能最优的，售价约为 25 万欧元/台。国外两种设备均价格昂贵，供货时间长，零部件缺乏，维修极为不便。河北工业大学开发的水陆两栖作业装备预计每台售价 150 万元人民币，可大大降低成本、提高功效，批量化生产后，将会为我国水环境治理提供高效作业装备，具有很强的市场竞争力。水陆两栖作业装备适合人工湿地，公园，水库，河流等全地型作业，有效的缓解了收割机、人工收割等达不到的作业要求，是水域环保治理的“利器”。综合研判，产品投入初期，国内市场上不会有竞争对手的出现。而国外市场的水陆两用设备产量小，价格贵，供货时间长，售后无保障。随着水陆两栖作业装备在市场的销售，用户的不断增加，预计在前 5 年内会迅速占领市场。同时随着技术水平的不断提升和进步、品牌的打造、市场份额会不断加大，在未来的 10 年会占主导地位。此设备将提升华北同纬度地区(雄安新区白洋淀湿地、衡水湖湿地、天津南大港湿地、七里海湿地、北大港湿地、团泊湖湿地等)乃至全国湿地生态治理产业装备的水平。