吞人的下水道，缺失的井盖究竟如何设计才能避免西安男童的悲剧？
这几日，西安一名三岁儿童牵动了大家的心。5月12日21点左右，这名儿童不慎掉入下水管网，失联已超80小时，搜救工作仍在进行中。根据媒体的报道，事发井口是个长矩形，井口盖有铁板，四颗固定螺丝已脱落三颗，第四颗螺丝将铁板直接钉在水泥地上，井口部分暴露在外。事发下水道
下水道吞人，并不算是偶发事故。随手搜了一下，从2019年8月至今，已发生6起类似事件。据最高人民检察院统计，仅2019年，全国因窨井施工、管理、养护不当致人伤亡案件有155件，造成16人死亡。当然，这里面的统计可能不仅仅是人员掉落事故。表1中的不完全统计结果显示，人员掉落后，能够及时救出的，仅占33%。
表1 近几年下水道吞人事件（不完全统计）
从表1的原因，也可以看到，问题就出在井盖上。要么是井盖破裂，要么就是缺失没盖住。实际上，这次西安的井盖，就是一个临时性质的铁板，根本不能称之为井盖。
事故过后的井口
井盖的选择--力学分析井盖的设计都有标准可查，我搜到有一个标准GB/T23858-2009《检查井盖》，它把井盖按照承载能力分成了6个等级。最低级的（A15级）适用于人行道、绿化带区域内，没有车辆进入，承载能力较小。最高级的（F900）适用于机场跑道，需要承受飞机的碾压之力。
按承载能力分级
实际上，井盖的标准有很多种，包括不同材质、不同层数等。常见的井盖分矩形和圆形两种，同样的形状，尺寸的大小也不相同。作为使用方，在选择具体井盖的时候，主要是根据使用环境，确定它的承载能力，然后根据尺寸和形状，选取合适的井盖。井盖的设计和使用很大程度上已经非常的成熟，根据相关的标准选型即可。可能（请注意我用的是可能）已经同螺栓之类的标准件一样，不存在设不设计的问题。
圆形的井盖
但是，类似于标准件的井盖，显然是需要经过力学的计算分析的。从井盖的选型过程就可以发现，最重要的一个因素就是载荷。最低级的井盖，只需要承受人体的重力即可。而最高级的井盖，则需要承受飞机的重量。井盖的承载能力从5t-80t不等。承载能力越大，井盖就需要设计得越结实，通俗点说就是会越厚。必须指出，准确的力学分析，绝不仅仅是越厚那么简单，就像上图，加强肋的存在可以显著提升整体的性能。
方形的井盖
在分析井盖载荷的时候，不仅仅是车辆的正压力，这种正压力一般都是静态载荷，相对比较容易满足。复杂的是车辆碾压的这种动态载荷，由此会导致整体振动、局部疲劳，大大缩短了井盖的使用寿命。所以，井盖标准中规定的尺寸，通常都是安全系数取得比较大的，以确保安全。
井盖维护的缺失--悲剧的主因虽然，从力学上，我们可以设计出给定载荷下符合条件的结实的井盖。这一点，在力学上其实并不难。我们甚至还可以设计出更加结实的井盖，只要经费充足。实际上，标准中规定的井盖尺寸就已经是非常结实的了，有着非常大的结构强度富余。但是，任何一个结构，都有自己的使用寿命。现在高级一点的设计中，包含着全寿命的设计，它把结构的使用寿命算的准准确确的（大体上）。特别是在航空航天领域，使用寿命如果设计的是100天，那么可能就是100天这个结构就会失效。这里面，主要是疲劳寿命的预测，分析起来难度还是挺高的。
飞机的维护
算准结构的使用寿命，目的就是防患于未然。在一些比较严格的场景中，比如民航领域，每一次飞行之前，都需要机务人员根据标准严格检查，排除一切安全隐患。除此之外，一些零部件也需要定期维护。人命关天，马虎不得。井盖的维护虽然没有必要像飞机那么严格，但是不代表可以缺失。实际的情况，可能是相关的管理部门对此认识不够。
井盖所处环境恶劣
长期车辆碾压造成的井盖局部疲劳损伤，长时间日晒雨淋对结构的侵蚀，这些都在缩短着井盖的使用寿命。而这些，都可以在维护阶段及时发现端倪，避免悲剧发生。
总结：力学虽然可以设计出更加结实耐用的井盖，但是任何结构再结实也是有其使用寿命的。如果缺乏日常的维护，再结实的井盖也会变得破烂不堪，甚至会加剧其破坏，缩短预计的使用寿命。悲剧本可避免，希望相关管理部门能够吸取教训。
来源：无聊的力学微信公众号（ID：BoringMech），作者：Nerd王小胖。
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