基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的全過程塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)研究

渠克 張玲 沈晨

我國塔式起重機2015年保有量已經(jīng)超過42萬臺，每年還以2萬到3萬臺的速度在增長；與此同時近年來塔式起重機事故頻頻發(fā)生，給人民生命財產(chǎn)造成了巨大傷害，塔式起重機事故已得到社會普遍關(guān)注，政府職能部門高度重視。我國針對塔式起重機的設計、生產(chǎn)、使用、維護都進行了較為完善的規(guī)定，發(fā)布了一系列相關(guān)的規(guī)范與標準。2010年7月19日，《國務院關(guān)于進一步加強企業(yè)安全生產(chǎn)工作的通知》（國發(fā)[2010]23號）中明確提出：大型起重機械要安裝監(jiān)控管理系統(tǒng)。2012年12月，國家發(fā)布了標準GB/T28264-2012《起重機械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》。

一、 塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，充分使用現(xiàn)代測量、計算機、通信、網(wǎng)絡技術(shù)實現(xiàn)塔式起重機安全監(jiān)控，是社會發(fā)展的必然趨勢。

據(jù)公開資料顯示，國內(nèi)早在2004年就開始研究塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)，2007年開始，一些諸如“塔吊黑匣子”、“塔吊防碰撞”、“塔吊工作空間限制器”等安全監(jiān)控系統(tǒng)開始出現(xiàn)在市面上，這些系統(tǒng)可以歸結(jié)為第一代安全監(jiān)控系統(tǒng)。從產(chǎn)品的設計角度分析，第一代安全監(jiān)控系統(tǒng)其主要功能是為安全生產(chǎn)監(jiān)控的政府部門使用，例如黑匣子在塔吊事故后分析起到的作用。

2011年起，國內(nèi)有許多公司，如杭州品茗、山東富友、北京安邦等國內(nèi)廠商開始推出基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的塔式起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)，相對于早期第一代產(chǎn)品，這些產(chǎn)品功能已經(jīng)比較完善，其主要功能有：產(chǎn)品功能、防止超限超載、重力和力矩監(jiān)控、風速監(jiān)控、塔身垂直度監(jiān)控、塔機間防碰撞功能、塔機作業(yè)區(qū)域限制與提醒、現(xiàn)場報警與提示、定位功能、遠程監(jiān)控中心。

雖然不同公司的不同型號產(chǎn)品在功能實現(xiàn)方式存在一定的區(qū)別，但從核心功能來說，這些產(chǎn)品基本上都滿足了GB/T 28264-2012《起重機械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》的要求，本質(zhì)上沒有明確的區(qū)別。

這些產(chǎn)品在市場獲得一定的應用，但由于產(chǎn)品與系統(tǒng)設計理念仍然側(cè)重于政府安全生產(chǎn)監(jiān)控部門使用，所以在政府文件要求強制推廣塔式起重機安全監(jiān)控的地區(qū)，例如：內(nèi)蒙古、黑龍江、浙江省等，由于不安裝塔機監(jiān)控系統(tǒng)不允許開工，所以塔機安全監(jiān)控產(chǎn)品已經(jīng)得到了廣泛推廣，取得了一定的效果，但是從實際使用效果來看，塔機安全監(jiān)控設備安裝的多，但真正有效使用的少，很多產(chǎn)品安裝時能夠正常使用，但由于對用戶直接幫助不大，缺少維護，使用一段時間就出現(xiàn)故障，無法起到真正的作用；另外，由于塔機監(jiān)控系統(tǒng)設計的出發(fā)點并不是塔機的產(chǎn)權(quán)單位、租賃單位等，所以監(jiān)控系統(tǒng)的推廣并不能激起他們的積極性，安裝的塔機監(jiān)控系統(tǒng)利用率低下，產(chǎn)生問題的主要原因有：

1.產(chǎn)品側(cè)重于塔機技術(shù)狀態(tài)的監(jiān)控，缺乏對駕駛員的監(jiān)控和塔機安裝監(jiān)控；

2.缺乏駕駛員身份管理和駕駛行為管理；

3.產(chǎn)品缺乏塔機定期檢查提示和塔機全過程壽命管理；

4.產(chǎn)品缺乏對塔機基礎(chǔ)管理，對塔身傾斜沒有預警機制；

5.沒有全過程的服務理念，監(jiān)控功能通常僅供建筑安全監(jiān)控部門使用。

二、 全過程的塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)設計

塔式起重機是一項復雜度很高的垂直運輸機械，從生產(chǎn)到使用，涉及多方管理，包括制造廠商、機械檢測、甲方、監(jiān)理、塔吊產(chǎn)權(quán)單位、檢測單位；隨著計算機技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應用，建設全過程管理的塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成為可能。一套合適的塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)要實現(xiàn)全過程監(jiān)控，需要考慮到這個產(chǎn)業(yè)鏈上相關(guān)的所有環(huán)節(jié)，如何把這些環(huán)節(jié)有機組合起來是研究的重點。

經(jīng)過分析與調(diào)研，塔機的安全監(jiān)控系統(tǒng)設計要服務于塔機產(chǎn)權(quán)單位、塔機使用單位，從源頭做起；要想讓使用單位積極使用，就必須解決塔機使用中的問題；塔機產(chǎn)權(quán)單位和使用單位都希望塔機能夠安全生產(chǎn)，但是塔機歸根結(jié)底是由人操作的設備，除了正確對塔機操作外，我們還應對以下部位進行監(jiān)控：

1.鋼絲繩狀況、減速器油溫油位、起重機荷載、應力和振動情況、制動器摩擦襯片的壽命和溫度狀況等；

2.起重量限制器、高度限位器、力矩限制器、回轉(zhuǎn)限位器、幅度限位器；

3.起重力矩、起重量、幅度、回轉(zhuǎn)角和允許高度控制；

4.塔機的轉(zhuǎn)動、吊重以及小車變幅

5.塔機間的碰撞；

6.進入限制區(qū)域警告（對于馬路、高壓線等危險區(qū)域）；

上述這些要求，塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)應滿足外，還需要增加幾點新功能：

塔機芯片（IC卡）管理、塔司自動識別、駕駛行為分析、安全預警、塔機基礎(chǔ)監(jiān)測、吊鉤可視化系統(tǒng)。

三、全過程塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)組成

塔機安全監(jiān)控的功能要求是實現(xiàn)全過程塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，基于此研究設計的整套監(jiān)控系統(tǒng)，塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控中心設備、現(xiàn)場塔機安全監(jiān)控終端和多種傳感器、顯示器和控制部件等組成。

圖1 全過程塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

1.監(jiān)控中心設備與軟件

組成包括：服務器組、網(wǎng)絡設備、IC卡讀寫卡器、電子地圖、數(shù)據(jù)庫、應用軟件；監(jiān)控中心使用成熟、可靠的硬件平臺，監(jiān)控中心設備必須接入Internet；主要研發(fā)工作集中于監(jiān)控系統(tǒng)，BS架構(gòu)，含JavaScript、SSH（Struts+Spring+Hibernate）集成開發(fā)框架、Mysql數(shù)據(jù)庫等。

軟件最主要、最重要的是數(shù)據(jù)集成，因為數(shù)據(jù)庫、芯片（IC卡）等包含的信息是分散的，要將其整合在一個平臺（如圖1），更進一步的要求在智能終端，例如手機APP上可以便捷操作。數(shù)據(jù)的分享和查看的權(quán)限也要放開，不止政府安全生產(chǎn)監(jiān)督管理部門可以使用，甲方、施工單位、監(jiān)理單位、租賃單位等也擁有同樣的機會。

2.塔機安全監(jiān)控終端與現(xiàn)場監(jiān)控設備

如圖2所示，塔機安全監(jiān)控的終端可以按功能、按部位等方式排列。

按功能排列，可以分為各式傳感器、顯示器和傳輸線，以及相關(guān)配套開發(fā)的軟件。

按部位排列，可以分為塔機基礎(chǔ)、塔司操作室、吊鉤等部位。

我們采用不用的方式解決塔機使用網(wǎng)絡的問題，RFID、藍牙基站和無線上網(wǎng)，考慮使用、周轉(zhuǎn)的成本和塔機數(shù)據(jù)大小，各公司及項目結(jié)合實際情況選擇使用。

圖2 塔機監(jiān)控終端現(xiàn)場裝置構(gòu)成圖

四、結(jié)語

綜上所述，我們通過應用先進的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，從源頭出發(fā)，真正地服務于產(chǎn)權(quán)單位、使用單位，設計的理念與實現(xiàn)，需要在實踐上進一步去驗證和調(diào)整，塔機全過程安全監(jiān)控系統(tǒng)將是遏制塔吊事故發(fā)生的一道重要的安全防護?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)的應用將更加有利于實現(xiàn)施工現(xiàn)場塔式起重機的安全管理，防止施工起重機械重大安全事故的發(fā)生。