基于物聯(lián)網(wǎng)+塔機(jī)安全管控系統(tǒng)的應(yīng)用

方敏進(jìn)，段益慶，池秋平

（1.杭州品茗安控信息技術(shù)股份有限公司，浙江 杭州 310000；2.云南省建設(shè)投資控股集團(tuán)有限公司，云南 昆明 650000）

0 引言

塔機(jī)的普及顯著提高了建筑施工機(jī)械化作業(yè)水平，發(fā)揮了生產(chǎn)效率提升的重要作用，但作為施工現(xiàn)場(chǎng)重大危險(xiǎn)源之一，也深刻地影響著人民生命和財(cái)產(chǎn)安全。以物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等為代表的新一代信息技術(shù)與建筑行業(yè)正加速融合，在塔機(jī)使用安全上找到了結(jié)合點(diǎn)，促進(jìn)了塔機(jī)安全管控的數(shù)字化、智能化發(fā)展。

1 塔機(jī)事故分析

1.1 塔機(jī)事故統(tǒng)計(jì)

根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部通報(bào)數(shù)據(jù)，2015～2019年起重傷害一般事故257起，較大及以上事故26起，如表1所示。2011～2018年全國(guó)房屋市政工程塔機(jī)較大事故統(tǒng)計(jì)：年平均事故5.8起，年平均死亡人數(shù)19.8人[1]。通過(guò)分析，起重傷害事故統(tǒng)計(jì)可反映塔機(jī)事故的基本情況，塔機(jī)事故是起重傷害事故的主要類型。

表1 2015 ～2019 年起重傷害事故起數(shù)和死亡人數(shù)

1.2 事故原因分析

塔機(jī)事故原因很多，歸納起來(lái)有四大主要因素：設(shè)計(jì)施工技術(shù)、安拆違規(guī)操作、違規(guī)使用保養(yǎng)和塔機(jī)管理不當(dāng)。

設(shè)計(jì)施工技術(shù)因素分為設(shè)計(jì)因素和施工因素。設(shè)計(jì)因素主要包括：塔機(jī)選型不當(dāng)，如未考慮物料或設(shè)備的最大重量以及起重力矩的要求，以致塔機(jī)性能不滿足使用要求；塔基選型不當(dāng)，如未考慮基礎(chǔ)埋置深度、塔機(jī)投入使用時(shí)間等要求，以致出現(xiàn)室外工程破障施工、搬運(yùn)物料費(fèi)用增加效益降低等情況；位置選擇不當(dāng)，如未考慮建筑平立面變化對(duì)附著影響、擬建建筑建成后對(duì)拆卸影響、對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)影響等，以致出現(xiàn)超長(zhǎng)附著、高空拆卸、邊坡加固等技術(shù)難題，增添技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。施工因素主要包括：樁基礎(chǔ)、預(yù)埋構(gòu)件安裝及承臺(tái)等施工質(zhì)量缺陷，以致地基承載力、樁身承載力不足，或混凝土承臺(tái)平整度、型鋼平臺(tái)安裝精度不足，埋下安全隱患。

安拆違規(guī)操作因素主要包括：違反操作規(guī)程和使用說(shuō)明書，如先拆起重臂、頂升時(shí)旋轉(zhuǎn)起重臂、提前拆除標(biāo)準(zhǔn)節(jié)螺栓、外部攀爬操作平臺(tái)等；操作人員無(wú)證作業(yè)等。

違規(guī)使用保養(yǎng)因素主要包括：違反勞動(dòng)紀(jì)律，如疲勞、酒后駕駛等；違反“十不吊”和操作規(guī)程；違規(guī)拆除安全裝置，如起重力矩限制器；保養(yǎng)檢修不及時(shí)、不認(rèn)真，如疲勞裂紋、螺栓松動(dòng)、吊鉤敞口、鋼絲繩破損等。

塔機(jī)管理不當(dāng)因素主要包括：專項(xiàng)方案可操作性差，租賃和安拆合同安全責(zé)任不清，塔機(jī)安全技術(shù)檔案不全，安全警戒和安全防護(hù)不足，未有效執(zhí)行司機(jī)交接記錄，日常安全檢查流于形式，安全管理臺(tái)賬滯后、不完整等。

2 物聯(lián)網(wǎng)+塔機(jī)安全管控系統(tǒng)

針對(duì)塔機(jī)事故發(fā)生的主要原因，結(jié)合信息技術(shù)打造基于物聯(lián)網(wǎng)的塔機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)在當(dāng)前塔機(jī)事故多發(fā)的環(huán)境下，是極為必要的。物聯(lián)網(wǎng)+塔機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)，依托物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等信息技術(shù)，對(duì)人、物、環(huán)、管等安全要素管控進(jìn)行科技增強(qiáng)，圍繞專項(xiàng)施工方案、安全監(jiān)控、防碰撞、司機(jī)管理、隱患排查、機(jī)械管理等業(yè)務(wù)，提供塔基附著安全計(jì)算、司機(jī)操作監(jiān)測(cè)和視線增強(qiáng)、塔機(jī)狀態(tài)感知和風(fēng)險(xiǎn)干預(yù)、起重機(jī)械在線化管理和合規(guī)性自查等功能，賦能塔機(jī)安全管控“技防”抓手，降低塔機(jī)使用安全風(fēng)險(xiǎn)，提升建筑生產(chǎn)效率。

其由塔基附著設(shè)計(jì)軟件、塔機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)、吊鉤視頻系統(tǒng)、司機(jī)管理系統(tǒng)、起重機(jī)械管理系統(tǒng)等組成，構(gòu)建了在使用期的塔機(jī)安全生產(chǎn)智能管控體系。

2.1 塔基附著設(shè)計(jì)軟件

2.1.1 軟件背景

塔機(jī)傾覆、附著失效事故時(shí)有發(fā)生，有些是因?yàn)檫x型不當(dāng)和計(jì)算錯(cuò)誤。隨著工程技術(shù)進(jìn)步，矩形板式基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、組合式基礎(chǔ)等復(fù)雜塔基日漸增多，《使用說(shuō)明書》難以滿足工程實(shí)際需要?！端狡鹬貦C(jī)混凝土基礎(chǔ)工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ/T 187填補(bǔ)了塔基設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)空白。

2.1.2 軟件說(shuō)明

軟件主要解決塔基附著計(jì)算不完整、不準(zhǔn)確、不規(guī)范的技術(shù)難題。采用參數(shù)人機(jī)交互方式，對(duì)地基、基礎(chǔ)和附著進(jìn)行計(jì)算，具有計(jì)算示意圖、計(jì)算書、計(jì)算審核表等功能，對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率提高、安全生產(chǎn)促進(jìn)具有重要作用。支持的塔基類型有板式、十字梁式的天然地基基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)和組合式基礎(chǔ)?；A(chǔ)計(jì)算內(nèi)容有強(qiáng)度、配筋、抗傾覆、穩(wěn)定性等，地基計(jì)算內(nèi)容有承載力、變形、穩(wěn)定性等，附著計(jì)算內(nèi)容有軸力、強(qiáng)度、穩(wěn)定性等。

2.1.3 實(shí)施效果

軟件操作簡(jiǎn)易，推進(jìn)了塔基和附著設(shè)計(jì)的電算化普及發(fā)展；計(jì)算準(zhǔn)確，緊隨標(biāo)準(zhǔn)更新和技術(shù)創(chuàng)新，貼合施工現(xiàn)場(chǎng)。作為《塔式起重機(jī)混凝土基礎(chǔ)工程技術(shù)規(guī)程》JGJ/T187-2009的配套軟件[2]，現(xiàn)有6類15項(xiàng)100多種計(jì)算模型，滿足專項(xiàng)方案編制和審核的需要，從塔機(jī)管理程序的源頭上確保安全。

2.2 塔機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)

2.2.1 系統(tǒng)背景

違規(guī)操作、違章指揮、群塔碰撞、夜間施工、超高層作業(yè)、大型構(gòu)件吊裝等不安全因素，僅靠人力現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管是不夠的，需要有科技手段加持，才能保障塔機(jī)作業(yè)安全、高效。

2.2.2 系統(tǒng)說(shuō)明

系統(tǒng)包含安全監(jiān)控和防碰撞兩個(gè)模塊，主要解決塔機(jī)工況感知靠經(jīng)驗(yàn)的高風(fēng)險(xiǎn)和全天候人工協(xié)同作業(yè)低效的難題。安全監(jiān)控模塊，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)吊重、力矩、幅度、高度、速度（起升、回轉(zhuǎn)、小車運(yùn)行等）。防碰撞模塊，適用于群塔、周邊環(huán)境復(fù)雜等條件下的塔機(jī)作業(yè)防碰撞場(chǎng)景。顯示屏上實(shí)時(shí)呈現(xiàn)塔機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和臨近環(huán)境工況，語(yǔ)音播報(bào)預(yù)警消息，輔助司機(jī)指令判斷和安全操作，必要時(shí)采取減速、制動(dòng)等干預(yù)措施，預(yù)防事故發(fā)生[3]。數(shù)據(jù)通過(guò)通信傳輸單元，發(fā)送至現(xiàn)場(chǎng)管理端、企業(yè)管理端和行業(yè)監(jiān)管端，實(shí)現(xiàn)可量化、可分析、可追溯的數(shù)字化塔機(jī)安全監(jiān)管。

2.2.3 實(shí)施效果

現(xiàn)今，在線塔吊數(shù)量5萬(wàn)余臺(tái)，每日數(shù)據(jù)逾1000萬(wàn)條，每日?qǐng)?bào)警提醒信息超10萬(wàn)次。在中國(guó)西部科技創(chuàng)新港項(xiàng)目中，196種防碰撞模型實(shí)現(xiàn)了96臺(tái)塔機(jī)協(xié)同作業(yè)零碰撞目標(biāo)。系統(tǒng)有效地減少了違規(guī)操作現(xiàn)象，降低了碰撞風(fēng)險(xiǎn)，保障了塔機(jī)使用安全。數(shù)據(jù)積累對(duì)市場(chǎng)監(jiān)管、分包管理、設(shè)備維保、工效分析產(chǎn)生了積極作用，讓塔機(jī)管控更加精細(xì)化。

2.3 吊鉤視頻系統(tǒng)

2.3.1 系統(tǒng)背景

塔機(jī)作業(yè)任務(wù)多、作業(yè)面廣、影響范圍大，除了對(duì)自身運(yùn)行安全要求外，其與活動(dòng)范圍內(nèi)設(shè)施、人員、物料的空間關(guān)系和危害反饋，也尤為重要。在混凝土澆筑、鋼結(jié)構(gòu)安裝、周轉(zhuǎn)材料吊運(yùn)、隔山吊、地下空間和超高層吊裝等作業(yè)場(chǎng)景中，需要提供除了對(duì)講、信號(hào)等指揮外，能增強(qiáng)司機(jī)視野的技術(shù)措施，賦予司機(jī)可視化精準(zhǔn)操作和風(fēng)險(xiǎn)主動(dòng)避讓的能力。

2.3.2 系統(tǒng)說(shuō)明

系統(tǒng)采用智能算法對(duì)吊鉤位置進(jìn)行跟蹤，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦和變焦，可視化輔助司機(jī)駕駛。按攝像頭安裝位置分為小車視頻和大臂視頻兩種型式[4]。現(xiàn)在，視頻已與塔機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)共屏，在節(jié)約空間、費(fèi)用的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)同和信息集中。

2.3.3 實(shí)施效果

系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于建筑工程塔機(jī)起重作業(yè)，在超高層施工中應(yīng)用普遍，與塔機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)互為補(bǔ)充，是“黃金搭檔”。塔機(jī)非工作時(shí)，攝像頭可作為制高點(diǎn)巡檢球機(jī)使用。吊鉤視頻的硬盤錄像機(jī)可接入塔機(jī)重點(diǎn)監(jiān)控部位的視頻，也可將視頻對(duì)接至視頻AI系統(tǒng)，借助司機(jī)認(rèn)證、疲勞駕駛、人數(shù)統(tǒng)計(jì)等智能算法，形成多維度、多部位的可視化、智能化管理，實(shí)現(xiàn)價(jià)值鏈、創(chuàng)新鏈的串聯(lián)和延伸。

2.4 司機(jī)管理系統(tǒng)

2.4.1 系統(tǒng)背景

在塔機(jī)安全事故原因分析中發(fā)現(xiàn)，有的是因?yàn)樗緳C(jī)不熟悉塔機(jī)性能和故障排除情況而導(dǎo)致的，其既是受害者也是參與者。因?yàn)樗C(jī)高處作業(yè)的特性，傳統(tǒng)方式難以有效、客觀地評(píng)估司機(jī)的專業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)。

2.4.2 系統(tǒng)說(shuō)明

系統(tǒng)采用指紋、人臉生物識(shí)別技術(shù)，運(yùn)用人工智能算法，提供起重機(jī)械操作許可、上下塔考勤、疲勞提醒、抽煙報(bào)警等功能，掃描二維碼在線提交每日使用前檢查表。

2.4.3 實(shí)施效果

結(jié)合塔機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)司機(jī)認(rèn)證、行為、技術(shù)的高效監(jiān)管，助推全員安全生產(chǎn)責(zé)任制有力落實(shí)。

2.5 起重機(jī)械管理系統(tǒng)

2.5.1 系統(tǒng)背景

對(duì)施工企業(yè)管理部門，因?yàn)轫?xiàng)目分布廣、塔機(jī)數(shù)量多、進(jìn)度不一，難以高效實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)事前計(jì)劃、設(shè)備管理合規(guī)性事中控制、安全隱患整改事后分析。

2.5.2 系統(tǒng)說(shuō)明

系統(tǒng)主要依據(jù)《建筑起重機(jī)械安全監(jiān)督管理規(guī)定》建設(shè)部令第166號(hào)，從起重機(jī)械的進(jìn)場(chǎng)計(jì)劃到退場(chǎng)管理，對(duì)塔機(jī)和施工升降機(jī)，分別提取了設(shè)備管理關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)15項(xiàng)。通過(guò)APP拍照上傳關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的管理文檔，如簽字蓋章封面，形成一機(jī)一檔，自動(dòng)合規(guī)性評(píng)分和項(xiàng)目排名[5]。系統(tǒng)集成了安全隱患排查、塔機(jī)安全監(jiān)控、設(shè)備人員管理、電子臺(tái)賬檢查等功能，形成了基于一個(gè)端的集成化應(yīng)用，使用便捷。

2.5.3 實(shí)施效果

系統(tǒng)在充分發(fā)揮起重機(jī)械管理人員的主觀能動(dòng)性的同時(shí)，也集成了其他系統(tǒng)的功能和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了塔機(jī)安全管理“條線”的整體布局和集成應(yīng)用。中建八局華南公司從2018年4月應(yīng)用至今，階梯式推進(jìn)實(shí)現(xiàn)了全部項(xiàng)目上線，提升了企業(yè)起重機(jī)械管理信息化水平。

3 結(jié)語(yǔ)

在塔機(jī)安全管理新方式發(fā)掘上，本文提出的物聯(lián)網(wǎng)+塔機(jī)安全管控系統(tǒng)是一套具有獨(dú)特應(yīng)用點(diǎn)的成熟系統(tǒng)，有力促進(jìn)了塔機(jī)使用和管理的數(shù)字化、智能化發(fā)展，保障了使用過(guò)程的安全性，取得了很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，值得進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。

站在物聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)理念新高度上，如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)插拔應(yīng)用、功能靈活集成和數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，是數(shù)字時(shí)代的機(jī)遇和要求。物聯(lián)網(wǎng)+塔機(jī)安全管控系統(tǒng)是一個(gè)技術(shù)創(chuàng)新、功能融合、數(shù)據(jù)創(chuàng)造的系統(tǒng)性整體方案，作為一種新型的技術(shù)管理模式探索，現(xiàn)階段還存在一定不足，這就要求我們持續(xù)地貼近現(xiàn)場(chǎng)、親近需求，不斷提升先進(jìn)性、易用性和有效性，重點(diǎn)突破5G、人工智能、大數(shù)據(jù)的應(yīng)用技術(shù)和場(chǎng)景，攻堅(jiān)克難，為推動(dòng)塔機(jī)智慧時(shí)代到來(lái)貢獻(xiàn)力量。