上海中心城區(qū)大型爆破工程安全管理精細(xì)化探討

顧梅妮

(上海市公安局治安總隊(duì)治安管理處，上海 200080)

在過去上海30年的城市更新建設(shè)過程中，每年廢舊建筑拆除體量均超千萬平方米，很多待拆建筑物高度高、體量大、時(shí)間緊，而爆破工藝在此期間曾得到廣泛應(yīng)用。但近年隨著對(duì)公共安全和環(huán)保的要求越來越高，爆破工藝的應(yīng)用范圍越來越小。但爆破工藝對(duì)一些特定對(duì)象仍有難以替代的優(yōu)勢(shì)，如超高層建筑拆除、高聳構(gòu)筑物(冷卻塔、煙囪)拆除，在目前這種條件下，爆破過程如何創(chuàng)新監(jiān)管形態(tài)，適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)需求是一個(gè)值得思索的課題。

1 工程概況

待爆建筑為上海中環(huán)中心商務(wù)區(qū)4棟百米高樓，位于上海中心區(qū)普陀商圈內(nèi)，地處滬寧高速、中環(huán)線高架路交口。4棟樓爛尾超過15年。由于采用機(jī)械拆除形式費(fèi)時(shí)長、高空作業(yè)危險(xiǎn)性大，綜合比較各種拆除工藝，決定采用拆除爆破。

1.1 建筑結(jié)構(gòu)

爆破涉及麥德龍的T1、T2、T3等3幢塔樓及興利達(dá)公寓樓[1]。T1、T2均為25層，框架核心筒結(jié)構(gòu)，高106.2 m，面積約46 500 m2；T3為20層，全框架結(jié)構(gòu)，高91.4 m，面積約31 300 m2；公寓樓為31層，全剪力墻結(jié)構(gòu)，高96.05 m，面積為33 749 m2，爆破總面積15.8萬m2；屬于“A”類爆破項(xiàng)目。

1.2 周邊環(huán)境

工程周邊環(huán)境比較復(fù)雜(見圖1)，毗鄰中環(huán)百聯(lián)、麥德龍、百安居3個(gè)綜合體、兩條城市高速主干道。東側(cè)為真北路中環(huán)高架，距離待爆T2、T3樓最小距離63 m；西側(cè)為中環(huán)百聯(lián)商場(chǎng)，距離待爆公寓樓 29 m；南側(cè)為110 kV變電站，負(fù)責(zé)供應(yīng)區(qū)政府、上海市疾控中心用電，距離待爆T3樓 22 m，T3樓距離麥德龍商場(chǎng)60 m；北側(cè)為G2滬寧高架，距T1樓110 m。

圖1 爆破工程周邊環(huán)境

1.3 工程特點(diǎn)和難點(diǎn)

4棟大樓涵蓋全框架、框架核心筒、全剪力墻3種結(jié)構(gòu)類型，具有體量巨大、結(jié)構(gòu)牢固、材料強(qiáng)度高、構(gòu)件尺寸變化多的特點(diǎn)。爆破對(duì)象位于鬧市區(qū)，周邊和地下環(huán)境復(fù)雜，需保護(hù)目標(biāo)眾多，既要保障被拆除建筑物群的成功爆破又要保證周邊各種建(構(gòu))筑物和設(shè)施的絕對(duì)安全，因此該拆除工程面臨風(fēng)險(xiǎn)防控的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

1)爆破工作難度大、風(fēng)險(xiǎn)高。4棟百米超高層地處超大城市核心區(qū)商圈內(nèi)，環(huán)境復(fù)雜。拆除爆破體量16萬m2，一次性使用炸藥量超過7 t、雷管數(shù)量60 000多發(fā)；爆破時(shí)既要保證爆破網(wǎng)路可靠聯(lián)接、按時(shí)序準(zhǔn)爆，以保證4棟大樓按設(shè)計(jì)的方向坍塌；同時(shí)要采取可靠的爆破振動(dòng)、爆破飛散物防護(hù)措施，確保周邊建(構(gòu))筑物和相關(guān)設(shè)施安全。

2)夜間爆破，人員疏散難。爆破對(duì)象周邊涉及3個(gè)大型綜合體，人流量、車流量比較集中，人員疏散非常困難，只能夜間爆破。但夜間爆破，又面臨照明條件差的問題，爆破時(shí)要保證4棟樓周邊100 m范圍內(nèi)人員安全疏散，涉及疏散范圍將達(dá)15萬m2。

3)多部門協(xié)調(diào)工作難度大。工程地處普陀區(qū)，大部分工作由普陀區(qū)相關(guān)部門管理。但由于管理隸屬關(guān)系不同，工程?hào)|側(cè)的中環(huán)高架屬于城市環(huán)線干道，交通管理由市交警總隊(duì)負(fù)責(zé)；北側(cè)滬寧高速高架路是G2、G42國家干線，其高架路由嘉定區(qū)交警總隊(duì)負(fù)責(zé)；北側(cè)滬寧高速高架路下方地面道路是曹安路，由普陀區(qū)交警負(fù)責(zé)。爆破時(shí)如需封閉周圍交通，需要兩個(gè)區(qū)、市交警總隊(duì)三方協(xié)調(diào)。

4)有效應(yīng)對(duì)輿論。工程周圍除3個(gè)商業(yè)體外，東側(cè)和北側(cè)還涉及4個(gè)居民小區(qū)。凌晨0∶30分爆破，需要切實(shí)做好居民的宣傳、解釋、溝通工作。同時(shí)爆破過程不可避免會(huì)產(chǎn)生大量粉塵和爆破振動(dòng)，宜做到讓居民和周邊相關(guān)單位安心、放心。同時(shí)需要第一時(shí)間及時(shí)、準(zhǔn)確傳遞相關(guān)信息、有效引導(dǎo)輿論。

2 總體方案

基于周邊復(fù)雜的目標(biāo)保護(hù)和嚴(yán)苛的危害效應(yīng)控制要求，決定采用高層建筑物大切口、多切口倒塌爆破設(shè)計(jì)方法；實(shí)現(xiàn)多幢超高層建筑拆除爆破穩(wěn)定引爆和多切口折疊延時(shí)逐層、逐跨分散塌落起爆技術(shù)[2-3]。采用同向2～3個(gè)切口的爆破工藝，能使大樓在空中解體，切口閉合逐段折疊后再觸地，上部觸地構(gòu)件折疊在下部樓體已觸地的構(gòu)件上，極大地降低了上部樓體倒塌的動(dòng)能。切口閉合后，上部樓體重心落高小，能夠極大、有效地控制塌落振動(dòng)[4-6]。

T1、T2大樓總高106.2 m，大樓倒塌觸地質(zhì)量較大，會(huì)產(chǎn)生較大的觸地振動(dòng)，采用同向雙切口定向倒塌，從周邊建筑分布情況看，T1大樓向北傾倒有較寬裕場(chǎng)地， T2大樓向西傾倒可較好的避開中環(huán)高架，將大樓設(shè)計(jì)成2個(gè)爆破切口，大樓1～5層和13～15層各施工一道爆破切口定向傾倒；

T3大樓總高91.4 m，同樣將大樓設(shè)計(jì)成2個(gè)爆破切口，大樓1～5層和11～13層各施工出一道爆破切口向北定向傾倒。

公寓樓采用同向3切口向北定向倒塌，利用大樓北側(cè)的50 m場(chǎng)地，將大樓設(shè)計(jì)成3個(gè)爆破切口，大樓1～5層、13～15層以及21～23層各施工出一道爆破切口向北定向傾倒。

同向2～3切口能使大樓在空中解體，切口閉合逐段折疊后再觸地，上部觸地構(gòu)件折疊在下部樓體已觸地的構(gòu)件上，極大地降低、緩沖了上部樓體倒塌的動(dòng)能。切口閉合后，上部樓體重心落高小，能夠極大、有效地控制塌落振動(dòng)，爆破切口布置如圖2所示。

圖2 爆破切口布置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和安全要求，為了保證各樓之間的爆破不受影響，本工程采取4棟樓結(jié)成一個(gè)大的復(fù)合網(wǎng)路，各樓采用不同激發(fā)段位的半秒導(dǎo)爆管雷管激發(fā)，從而控制各棟樓之間的延時(shí)時(shí)間，依次倒塌[7]，爆破時(shí)間及起爆順序如表1所示。

表1 爆破時(shí)間及起爆順序

爆破器材用量：2號(hào)巖石乳化炸藥7 416 kg，導(dǎo)爆管雷管60 200發(fā),塑料導(dǎo)爆管40 000 m。

3 爆破工程精細(xì)化管理

3.1 壓實(shí)爆破工程施工、監(jiān)理、評(píng)估三方責(zé)任

3.1.1 確保技術(shù)方案可行

世界級(jí)城市核心城區(qū)密集空間的超高層樓群一次性爆破，須確保萬無一失。在方案設(shè)計(jì)階段，督促施工企業(yè)基于該工程開展相應(yīng)的理論分析、通過數(shù)值仿真、多重案例比選，擬定了多切口數(shù)碼控制爆破設(shè)計(jì)方案；施工企業(yè)方案交由評(píng)估公司評(píng)估的同時(shí)，對(duì)類似重大工程要求評(píng)估公司邀請(qǐng)權(quán)威專家論證，確保方案可行。并先后組織2次試爆，確定了不同構(gòu)件的炸藥單耗，驗(yàn)證了復(fù)式數(shù)碼網(wǎng)路毫秒延時(shí)間隔的合理性。

3.1.2 現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格管控，確保技術(shù)措施落地

督促第三方監(jiān)理公司加強(qiáng)監(jiān)督，督促施工企業(yè)嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)方案，將技術(shù)參數(shù)定位到4棟樓、9個(gè)爆區(qū)、6萬多炮孔上，并隨時(shí)監(jiān)督施工，保證設(shè)計(jì)方案的實(shí)施。爆破器材用量大、區(qū)域分散，進(jìn)場(chǎng)后需要加強(qiáng)監(jiān)管，要求施工企業(yè)在每個(gè)爆破器材發(fā)放點(diǎn)，每棟樓各個(gè)爆區(qū)安設(shè)影像采集設(shè)備，并通過網(wǎng)卡，實(shí)時(shí)傳輸至治安總隊(duì)值班室，實(shí)行24 h無死角監(jiān)控。

3.2 加強(qiáng)爆破危害效應(yīng)的控制，提高爆破監(jiān)測(cè)手段和水平

要重視爆破有害效應(yīng)影響問題。在爆破設(shè)計(jì)、施工中須因地制宜，采取可靠的安全技術(shù)措施，確保周圍建(構(gòu))筑物和設(shè)備等不受危害[7]。重點(diǎn)防控爆破振動(dòng)和爆破揚(yáng)塵。

3.2.1 爆破揚(yáng)塵控制措施

隨著人們對(duì)生活品質(zhì)的要求越來越高，在重點(diǎn)城區(qū)實(shí)施爆破，環(huán)保要求高，尤其是爆破粉塵不能影響周邊環(huán)境。工程中把消防工程的一些做法引入到建筑工程中，采取了消防噴淋防塵措施：在市政管網(wǎng)進(jìn)口安設(shè)揚(yáng)程150 m的變頻水泵，沿爆區(qū)四周布設(shè)1.2 km長消防管網(wǎng)，在爆區(qū)四周形成一排立體水幕，阻擋粉塵。在重點(diǎn)方向上，安設(shè)9個(gè)消防霧炮，配備灑水車降塵。

4棟樓9個(gè)爆區(qū)，全部用防塵安全網(wǎng)密封，延緩、減弱粉塵外溢；爆破預(yù)處理階段安排灑水車進(jìn)行流動(dòng)降塵。

3.2.2 提高輿論應(yīng)對(duì)權(quán)威性

爆破工程容易引起周邊相鄰單位糾紛的往往是爆破振動(dòng)問題。此次爆破體量大、高度高；周邊毗鄰110 kV變電站、商業(yè)綜合體、多個(gè)居民小區(qū)，在采取措施控制爆破振動(dòng)的同時(shí)，邀請(qǐng)上海地震局作為社會(huì)公益第三方參與爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)。爆破后，地震局及時(shí)發(fā)聲，有效解除了公眾對(duì)爆破振動(dòng)的恐慌。

3.3 采用無人機(jī)紅外搜捕系統(tǒng)，確保人員完全疏散

爆破時(shí)四棟樓周邊100 m范圍內(nèi)人員需要疏散，涉及疏散范圍15萬m2；夜間光線暗，如何確認(rèn)疏散范圍內(nèi)徹底清空與否難度很大。經(jīng)過多方比較，決定將無人機(jī)紅外搜捕系統(tǒng)[8-9]引入疏散區(qū)內(nèi)人員檢查，除采用常規(guī)人力拉網(wǎng)式搜索外，采用無人機(jī)紅外搜捕探測(cè)系統(tǒng)，無人機(jī)搭載的紅外熱像儀具有真正的夜視功能，可穿透濃煙、霧霾等惡劣情況，在夜間照明條件差的情況下，只要區(qū)域內(nèi)有動(dòng)物熱源，無人機(jī)紅外搜捕探測(cè)系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)報(bào)警，確保疏散區(qū)域內(nèi)人員絕對(duì)真空。

同時(shí)還可利用無人機(jī)機(jī)載外掛高音通話器進(jìn)行空中喊話，引導(dǎo)人們疏散方向。此次無人機(jī)熱像儀探測(cè)器尺寸單個(gè)探測(cè)元的大小采用25 μm，成像的質(zhì)量分辨率為640×480 DPI。分辨率高，成像效果清晰(見圖3)。

圖3 無人機(jī)紅外探測(cè)生命體影像

3.4 加強(qiáng)無人設(shè)備黑飛管控

在爆破時(shí)如何防止無人機(jī)飛到警戒區(qū)內(nèi)，保持警戒區(qū)附近凈空非常重要。對(duì)此采用上海特金公司TDOA城市級(jí)網(wǎng)格化無人機(jī)管控系統(tǒng)[10-11]，簡稱“網(wǎng)格化系統(tǒng)”(見圖4)。該網(wǎng)格化系統(tǒng)采用分布式技術(shù)，實(shí)現(xiàn)超寬頻譜100～6 000MHz掃描，可實(shí)時(shí)偵測(cè)城市中的無人機(jī)電磁信號(hào)，偵測(cè)范圍覆蓋主流廠商無人機(jī)與自制DIY無人機(jī)。結(jié)合人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)，系統(tǒng)可快速識(shí)別無人機(jī)的特征信息，實(shí)時(shí)與黑白名單進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)一步執(zhí)行有效管控或處置。

圖4 無人機(jī)管控系統(tǒng)

當(dāng)網(wǎng)格化系統(tǒng)偵測(cè)到一架‘黑飛’無人機(jī)時(shí)，會(huì)即刻通知所在轄區(qū)的執(zhí)法機(jī)構(gòu)，必要時(shí)系統(tǒng)將啟動(dòng)反制設(shè)備，對(duì)目標(biāo)無人機(jī)實(shí)行驅(qū)離、迫降或誘捕，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的精準(zhǔn)管控。

3.5 多部門分層次合作

重大項(xiàng)目爆破工程的周邊協(xié)調(diào)、溝通工作涉及面廣，需要多部門分層聯(lián)動(dòng)。本次爆破工程影響大，從街道到社區(qū)居委，從網(wǎng)格辦到信通處各方通力合作。爆破后由施工企業(yè)和建設(shè)方做好即時(shí)宣傳解釋工作，爆破確認(rèn)無誤后第一時(shí)間發(fā)聲，區(qū)政府、街道、居委社區(qū)分層引導(dǎo)線下疏解，信通處隨時(shí)關(guān)注網(wǎng)絡(luò)輿論，及時(shí)發(fā)出準(zhǔn)確信息并對(duì)某些錯(cuò)誤信息加以引導(dǎo)。爆破工作實(shí)現(xiàn)了上下聯(lián)動(dòng)，取得了良好的社會(huì)效果。

此次爆破工程警戒工作，在交通管控工作涉及到跨區(qū)協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)，請(qǐng)市交警總隊(duì)主持牽頭，兩個(gè)行政區(qū)聯(lián)動(dòng)，交通管控工作運(yùn)行通暢，為今后類似工程提供了借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

4 爆破效果

2020年4月20日0∶30分，順利實(shí)施爆破(見圖5)。由于安全管控措施到位，爆破飛散物控制在40 m范圍內(nèi)，爆破振動(dòng)速度控制在0.9 cm/s(爆破安全規(guī)程3.0 cm/s)之內(nèi)[12]，影響可控。同時(shí)對(duì)爆破后一些零星輿論反饋及時(shí)響應(yīng)，確保了爆破工作的安全順利。

圖5 爆破瞬間紅外影像

5 結(jié)語

1)拆除爆破作為一項(xiàng)拆除工藝，在現(xiàn)代化城市建設(shè)過程中，是不可缺少的一個(gè)選項(xiàng)。中心城區(qū)爆破，不是爆破技術(shù)越來越難，而是協(xié)調(diào)工作越來越難，從某種程度上說，是人們對(duì)爆破這項(xiàng)工作的認(rèn)識(shí)偏差和協(xié)調(diào)難度阻礙了這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用。在這方面，爆破工作需要從事爆破工作的有關(guān)各方多做宣傳、多做溝通。

2)爆破技術(shù)和爆破器材方面要與時(shí)俱進(jìn)，尤其是爆破瞬間粉塵的問題，必須要找到一個(gè)合理可行的方案，這是制約爆破發(fā)展的一個(gè)重要障礙。

3)中心城區(qū)爆破管理工作要與時(shí)俱進(jìn)，要應(yīng)用新技術(shù)、新的工作手段，尤其是人工智能、無人機(jī)、影像同傳等技術(shù)的應(yīng)用，可以將爆破工作的每個(gè)環(huán)節(jié)納入掌控范圍，有助于爆破管理實(shí)現(xiàn)全方位、全時(shí)監(jiān)控。