高層建筑施工中塔吊智能化控制的作用

楊美鳳

（中鋼設備有限公司，北京 100080)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市集群化和土地費用的升高導致我國樓房建設呈高層化發(fā)展趨勢，在高層建筑建設過程中各類大型建筑機械設施的使用越來越頻繁[1-4]。而起重機械的使用不僅可以減輕勞動強度，還可提高工程效率，但在高樓建設過程中容易出現(xiàn)因管理不善而導致的安全事故，嚴重影響整個建筑施工工程質(zhì)量和時間，還容易危害人員生命安全，國內(nèi)外因起重機械原因，每年均發(fā)生多起嚴重的安全事故，造成重大財產(chǎn)損失和人身傷亡事故[5-7]。加強建筑施工現(xiàn)場起重機械的安全監(jiān)管，值得相關部門和從業(yè)人員高度重視。

隨著全球移動互聯(lián)網(wǎng)技術的蓬勃發(fā)展，多樣化的智能終端設備走進了我們的生活，與之相伴的人工智能技術的快速發(fā)展，促使了各種樣式的人工智能機器人開始走進各個領域。尤其是無人駕駛汽車，它的誕生無疑為我國工業(yè)生產(chǎn)提供了更大的助力，現(xiàn)今在高層建筑施工過程中也開始應用無人駕駛汽車所實行的環(huán)境感知及導航定位技術，實現(xiàn)塔吊的自動吊取，讓塔吊操作更加安全且效率更高，進而促進建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展[8-10]。

1 建筑工程概況

國內(nèi)某地區(qū)高層建筑工程項目為一棟高層住宅樓房，總高度為22層，地下為2 層，它的總設計建筑面積約為16698m2，高度達到62.8m?；A工程采用鉆孔形式的灌注C30 鋼筋砼結(jié)構，它的外墻多采用吊籃腳手架施工方式，現(xiàn)澆鋼筋砼墻板，并在局部內(nèi)墻中加入加氣砼塊。該高層建筑物內(nèi)的隔墻不僅采用較多的珍珠巖板材料，而且在實際施工建設過程中，采用至少10 臺平臂吊及動臂吊的施工方式，為此在施工過程中需要適當加強塔吊間的配合度，只有實施塔吊間的智能化操作，才能確保按時保質(zhì)保量地完成該高層建筑工程項目。

2 智能化塔吊防碰撞系統(tǒng)工程應用的作用

2.1 高層建筑施工中塔吊防撞系統(tǒng)智能化優(yōu)勢

在該高層建筑施工現(xiàn)場應用的智能型防碰撞系統(tǒng)主要是通過網(wǎng)絡控制來完成的，并對高層施工現(xiàn)場的塔吊實際操作狀態(tài)進行實時監(jiān)測，同時塔吊防撞系統(tǒng)還需具有參數(shù)遠程設置、事故調(diào)查和安全預警等功能，以此保障該高層建筑施工過程中塔吊間的安全正常運行，而相關工作人員在無需親臨建筑施工現(xiàn)場的條件下，可在辦公室里實時遠程在線觀察該高層建筑在施工中塔吊間的運行狀態(tài)，并將施工過程中塔吊報警等相關信息上傳至網(wǎng)絡平臺，以方便工作人員和管理人員及時掌握必要信息。一旦在高層施工過程中出現(xiàn)任何不良狀況時，觀察人員可立即使用對講機與高層建筑現(xiàn)場的施工人員及時對話，可有效防止塔吊間發(fā)生碰撞事故。同時，該系統(tǒng)還可以調(diào)取一天以內(nèi)塔吊在施工運行中的工作狀態(tài)記錄，方便管理人員考核現(xiàn)場施工人員的工作業(yè)績。此外，在塔吊中的操控室內(nèi)中還專門設置了控制器，如果自身塔吊與臨近塔吊的距離超過安全設定的標準距離時，則進行安全危險預警，隨著塔吊間的距離越近，則報警聲音會越加強烈，并且對臨近塔吊的操控人員給出同樣的報警信息，促使塔吊操控人員能夠及時有效了解塔吊間的實際距離，減少塔吊間的碰撞幾率，讓高層建筑施工過程中塔吊間的操作更加安全，更加高效。

2.2 完善現(xiàn)場施工管理

在該高層建筑施工現(xiàn)場應用的智能型防碰撞系統(tǒng)中除具有上述功能外，還能起到監(jiān)督現(xiàn)場施工狀態(tài)的作用，它可以準確計算出塔吊所需吊取的貨物實際重量，并與貨物設計圖中提供的數(shù)據(jù)進行核實，避免由于被吊取的貨物因重量不符而出現(xiàn)的現(xiàn)場施工材料不符合安全操作規(guī)程的現(xiàn)象，導致安全風險問題。另外，待貨物安全送達指定地點后，防碰撞系統(tǒng)頁面會馬上顯示“0”的數(shù)值，以便工作人員及時了解現(xiàn)場的施工進度，讓管理人員能夠?qū)崟r掌握現(xiàn)場的施工動態(tài)。同時，在該高層建筑施工現(xiàn)場的材料稱重時，也可以借助該智能防碰撞系統(tǒng)，將該材料的實際數(shù)據(jù)上傳至工程項目指揮部信息界面平臺，管理人員可遠程監(jiān)督，便于工程管理的規(guī)范性。當工程項目會計部進行日常賬目統(tǒng)計時，也可以借助該系統(tǒng)中記錄的詳細信息，及時匯總當月使用材料數(shù)據(jù)，并對塔吊吊取構件重量進行統(tǒng)計分析，為后期項目管理和優(yōu)化分析提供重要的參考依據(jù)。

2.3 降低塔吊施工中安全風險

在高層建筑施工現(xiàn)場智能化塔吊防碰撞系統(tǒng)中，自身設有風速儀和數(shù)據(jù)傳輸設備，它能夠高效協(xié)助現(xiàn)場施工管理人員及時有效了解周邊地區(qū)的風速變化，正因為高層建筑施工現(xiàn)場塔吊風速與附近建筑物的風速存在差異，本項目采用防碰撞系統(tǒng)，不僅可以有效避免接收信號的工人與塔吊司機間對于風速不一致的長時間討論，減少爭議，提升了實際工作效率，而且強化了對現(xiàn)場施工中的安全管控。

3 人工智能技術在塔吊上的應用分析

3.1 圖像傳感技術

目前，圖像傳感技術是無人駕駛汽車中重要的應用手段，無人駕駛汽車之所以可以實現(xiàn)自動駕駛，其主要原因是借助圖像傳感器技術，能夠及時檢測到汽車是否偏離正常的道路運行軌跡，并進行預判。在無人駕駛汽車正常行駛過程中，能通過感知技術及時有效了解到汽車附近障礙物的存在信息，并利用圖像傳感技術將路況信息上傳至網(wǎng)絡平臺上，實現(xiàn)路況資源共享，同樣，這對于高層建筑施工過程中塔吊間安全運行也至關重要。受天氣狀況、相機位置和汽車車速等因素的影響，可能會導致汽車對周邊路況信息判斷出現(xiàn)偏差，但整體方向不會出現(xiàn)重大失誤，正因為如此，該項技術可以保證無人駕駛汽車的安全運行。而這種技術完全可以應用在高層建筑施工條件下塔吊的駕駛過程中，讓塔吊自動完成建筑物件吊取操作工作。由于塔吊在操作過程中存在一定技術難度，造成人員的塔吊操控技術水平差異較大，存在安全隱患，同時還要對實際操作人員進行定期考核和培訓，然而通過塔吊人工智能系統(tǒng)的機械操作，不僅可以有效減少人為因素的干擾，而且還可提升高層建筑施工效率和安全等級。

3.2 雷達技術

無人駕駛汽車中所應用的還有毫米波雷達與激光雷達等技術，也可以應用于塔吊施工中。毫米波雷達主要是為了輔助駕駛員正確判斷與障礙物之間的實際距離，比如在倒車時可準確測量方位及距離，現(xiàn)如今多數(shù)車輛都安裝了毫米波雷達，可起到有效躲避障礙物的作用。而激光雷達主要是為了檢測動態(tài)障礙物，通過對它的特征及運動軌跡的分析，可以為無人駕駛汽車提供重要的參考依據(jù)，以便在駕駛過程中不會與動態(tài)障礙物發(fā)生摩擦和碰撞，確保在整體環(huán)境中的駕駛安全，這對于高層建筑施工現(xiàn)場的塔吊實際操作過程可發(fā)揮重要作用，為避免塔吊與飛翔的生物或其它動態(tài)物體發(fā)生碰撞提供技術支撐，有助于提升塔吊運行過程中的安全性。

3.3 執(zhí)行系統(tǒng)

人工智能系統(tǒng)與智能型防碰撞系統(tǒng)具有相似的作用，均利用傳感器尋找目標物，并合理判斷塔吊運輸路徑是否存在安全問題。人工智能系統(tǒng)中的執(zhí)行系統(tǒng)，它主要是通過環(huán)境差異，智能選取適宜的操作途徑，實現(xiàn)真正的智能運作。當塔吊一旦接收到傳輸系統(tǒng)提供的運輸貨物指令時，首先需判斷塔吊在該路徑運行中是否存在影響塔吊行進的障礙物，若發(fā)現(xiàn)可能存在碰撞現(xiàn)象時，則立即發(fā)出報警提示，待系統(tǒng)重新輸入貨物運輸路徑指令后塔吊再重新運輸；當給出塔吊在行進路徑中不存在障礙物時，會根據(jù)傳輸系統(tǒng)的指令將貨物運輸?shù)街付ǖ攸c，并根據(jù)毫米波雷達判斷定位信息是否準確，若由于天氣原因出現(xiàn)不準確現(xiàn)象則發(fā)出警報，讓工作人員手動調(diào)整定位，若系統(tǒng)判斷準確無誤，則按照系統(tǒng)指令，塔吊完成繩索下放貨物運輸工作；當所需塔吊吊取的貨物超出正常范圍時，則系統(tǒng)會將具體信息上報給操控人員，并由工作人員自行調(diào)整貨物重量，若在工程項目規(guī)定的范圍內(nèi)，則系統(tǒng)會自行判斷是否存在偏離重心現(xiàn)象，重心若不穩(wěn)很容易發(fā)生安全事故。如果存在此問題時，塔吊人工智能系統(tǒng)會實時預警，待工作人員重調(diào)重心后塔吊繼續(xù)正常操作，在這過程中所形成的信息會全部由黑匣子記錄起來，以便后期出現(xiàn)問題可以找到相關數(shù)據(jù)，便于計算的優(yōu)化和改進。

人工智能技術已經(jīng)充分應用在無人駕駛汽車中，而且能夠確保其正常在路面上行駛。而若將這一技術應用在高層建筑施工的塔吊作業(yè)中，并與之完美結(jié)合，則可實現(xiàn)管理人員對現(xiàn)場塔吊使用狀態(tài)遠程監(jiān)控，而且所使用的報警系統(tǒng)也可以幫助工作人員及時發(fā)現(xiàn)問題，并加以妥善解決，可以有效降低安全風險。通過將人工智能系統(tǒng)與塔吊操控系統(tǒng)進行有機結(jié)合，可以解決現(xiàn)實施工中由于視線不清和指揮不當所造成的塔吊碰撞安全事件，以及重大傷亡事故，未來人工智能技術必將廣泛應用在塔吊工作中，并可有效促進建筑行業(yè)的高效發(fā)展。

4 結(jié)束語

綜上所述，將無人駕駛汽車環(huán)境感知、導航定位技術和防撞技術應用于高層建筑塔吊施工中，可以有效實現(xiàn)貨物自動快速提取操作，同時通過應用智能型防碰撞系統(tǒng)來解決以往塔吊起重臂桿時常碰撞現(xiàn)象，以此保證工作人員的人身安全，另外，隨著人工智能技術的不斷改進，高層建筑施工中塔吊的應用會更加安全和高效。