起重機械全生命周期檢查技術(shù)及平臺研究應用

王云飛 ,鄭 軍 ,方章聰 ,韓文鶴 ,黃志棟 ,董恒堯

（1.上海市建筑科學研究院有限公司，上海 200032；2.上海建筑機械安全智能控制工程技術(shù)研究中心，上海 200032；3.上海市臨港新片區(qū)城市建設(shè)交通運輸事務中心，上海 201306）

建筑起重機械易引發(fā)群死群傷，一直是建筑工地安全監(jiān)管的重點。近年來，不管是從標準技術(shù)上，還是從安全管理上，要求都在不斷提高，但建筑起重機械事故仍舊層出不窮，在住建部統(tǒng)計的較大事故中，其數(shù)量仍占有較大比例。無論從理論上、還是從實踐上，有效的建筑起重機械安全控制手段和實踐方法仍舊與實際需要有較大差距。如何有效控制建筑機械的風險將一直是行業(yè)內(nèi)的研究熱點。通過建筑起重機械檢查技術(shù)研究并加強數(shù)字化應用，成為解決上述問題的一個方向。

1 政府購買技術(shù)服務

建筑起重機械作為重大危險源，一直是建設(shè)行政主管部門安全監(jiān)管工作的重點，但起重機械內(nèi)容龐雜，技術(shù)要求高，管理專業(yè)性強，對人員要求較高，建設(shè)行政主管部門人力資源配置的限制無法完全滿足安全監(jiān)管的需要。在實踐中，主管部門一般會聯(lián)合專業(yè)技術(shù)機構(gòu)以協(xié)同檢查、專家參與等方式對建筑起重機械的安全狀況進行檢查，部分彌補了上述監(jiān)管缺陷，但其實施系統(tǒng)性不足，總體效果還無法滿足實踐中的大量需要。

隨著《國務院辦公廳關(guān)于政府向社會力量購買服務的指導意見》、國務院安委會《關(guān)于實施遏制重特大事故工作指南構(gòu)建雙重預防機制的意見》等文件的出臺，財政提供資金，政府購買技術(shù)服務蓬勃發(fā)展，逐漸成為建筑起重機械使用過程的主流監(jiān)管模式。從政府購買服務的效果來看，專業(yè)技術(shù)機構(gòu)的介入加強了起重機械長期使用過程中的有效監(jiān)管，減少了設(shè)備重大隱患的發(fā)生率，并間接提高了相關(guān)單位和從業(yè)人員的安全意識，提升了整個行業(yè)在安全風險識別、隱患排查治理等方面的能力。

上述政府購買技術(shù)服務通常以月度或者季度為周期，以隨機抽取的方式對在用的建筑起重機械（主要是塔式起重機、施工升降機、物料提升機等）進行安全技術(shù)檢查，其關(guān)注的機型較局限，關(guān)注的重點是機械設(shè)備本體的使用安全狀態(tài)，主要包括結(jié)構(gòu)件、零部件及各類安全保護裝置等。而大量的建筑起重機械事故研究表明，建筑起重機械使用階段人員違章因素突出，涉及工作環(huán)境、吊具索具的事故超過20%，這些事故與設(shè)備本體安全并無直接關(guān)系；另外，建筑起重機械關(guān)鍵節(jié)點（主要包括安裝、頂升加節(jié)、拆卸3 個階段）的事故數(shù)量已經(jīng)達到了使用階段事故數(shù)量的40%以上，且違章操作、安全管理程序缺欠成為事故發(fā)生的主要原因?？梢钥闯?，僅對建筑起重機械實施本體安全檢查的常規(guī)政府購買服務有不少隱患管控盲點，急需進行建筑起重機械安全控制手段和實踐方法的創(chuàng)新發(fā)展。

2 建筑起重機械全生命周期檢查技術(shù)

施工現(xiàn)場起重機械全生命周期檢查技術(shù)是對建筑起重機械安全控制手段和實踐方法的創(chuàng)新發(fā)展，不僅關(guān)注設(shè)備本體安全，還關(guān)注設(shè)備環(huán)境及配套設(shè)施、作業(yè)人員及各方安全行為，很好地彌補了上述檢查技術(shù)與方式的不足。其涵蓋了從設(shè)備進場安裝、頂升加節(jié)（含附著）、使用、吊裝、拆卸等施工現(xiàn)場涉及起重機械的全節(jié)點過程，囊括單位、人員、設(shè)備、資料、現(xiàn)場條件、行為等要素，檢查方法包括起重機械本體結(jié)構(gòu)安全檢查、各方安全行為檢查、安全設(shè)施及作業(yè)人員檢查等，檢查方式包括現(xiàn)場實物檢測、資料核查、過程檢查等，涉及機型從常見的塔機、施工升降機拓延至流動式起重機（汽車起重機、履帶起重機）、高處作業(yè)吊籃及樁工機械等施工現(xiàn)場常見的施工機械。施工現(xiàn)場建筑起重機械全生命周期檢查技術(shù)體系如圖1 所示。

圖1 施工現(xiàn)場建筑起重機械全生命周期檢查技術(shù)體系

從實施節(jié)點與方式，該檢查技術(shù)具體可分為起重機械使用評估方法、起重機械關(guān)鍵節(jié)點檢查方法、應急響應檢查方法，其技術(shù)體系如圖1 所示。

1）起重機械使用評估方法 包括起重機械各方安全行為檢查、設(shè)備安全使用評估、安全設(shè)施檢查及作業(yè)人員檢查4 個方面。安全使用評估機型包括塔式起重機械、施工升降機、流動式起重機、樁工機械、高處作業(yè)吊籃等。

2）起重機械關(guān)鍵節(jié)點 主要指起重機械安裝、加節(jié)附著、拆卸等涉及起重機械自身安拆裝的節(jié)點，這些節(jié)點施工周期短，危險性大，一直是起重機械安全監(jiān)管的盲區(qū)。起重機械關(guān)鍵節(jié)點檢查方法包括資料核查、人員檢查、現(xiàn)場條件檢查、設(shè)備檢查、輔助起重機械檢查等幾個方面，除了資料與設(shè)備本身的靜態(tài)檢查外，重點增加了程序作業(yè)安全性檢查，主要包括人員現(xiàn)場操作規(guī)范性、工藝程序順序檢查等。起重機械使用過程中涉及的吊裝工程，由于危險性較大，也作為關(guān)鍵節(jié)點形成了吊裝檢查技術(shù)方法，除了上述內(nèi)容的檢查外，額外還增加了吊裝作業(yè)的檢查方法，主要包括起吊作業(yè)、吊裝動作順序、設(shè)備動作順序、操作規(guī)范性等幾個方面。

除此之外，根據(jù)南方沿海夏季多臺風的特點，還形成了針對臺汛天氣的應急響應檢查方法，主要包括設(shè)備穩(wěn)定性和強度相關(guān)的基礎(chǔ)、附著、主要連接件與安全裝置、垂直度及安全距離等幾個方面。

3 建筑起重機械數(shù)字化智慧監(jiān)管

上述檢查技術(shù)方法，尤其起重機械關(guān)鍵節(jié)點檢查方法，其實施前提是要能夠及時獲知各起重機械的節(jié)點狀態(tài)；在面對較多工地設(shè)備需要一定頻率安全檢查的情況下，如何有效實施檢查，如何處理海量檢查數(shù)據(jù)，使檢查針對性更強，風險及時得到管控，并最終實現(xiàn)差別化監(jiān)管、重點監(jiān)管，是一個有價值的研究方向。實踐證明，上述檢查方法緊密結(jié)合管理要求、現(xiàn)場風險狀況，用數(shù)字化手段支撐，通過GIS 地圖應用、事件列表、數(shù)據(jù)可視化、智能預警技術(shù)等，可實現(xiàn)檢查視角的大數(shù)據(jù)驅(qū)動的起重機械數(shù)字化智慧監(jiān)管，實現(xiàn)起重機械隱患的感知、排查、管控、治理的全周期管理。

該數(shù)字化智慧監(jiān)管平臺由知識庫、數(shù)據(jù)庫支撐形成基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來自施工現(xiàn)場，通過關(guān)鍵節(jié)點申報小程序、檢查技術(shù)服務APP 進行動態(tài)數(shù)據(jù)采集和調(diào)整，實現(xiàn)了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、動態(tài)化的起重機械協(xié)同智慧安全監(jiān)管。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示，主要技術(shù)亮點或難點如下。

圖2 起重機械智慧監(jiān)管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的動態(tài)整合

系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)，包括工地、設(shè)備、人員等的一系列基礎(chǔ)信息、動態(tài)信息、交互信息等，涉及數(shù)據(jù)特征提取、異構(gòu)數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)壓縮及數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)葞讉€方面，如何采集、建立結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)并保持數(shù)據(jù)的正確性是關(guān)鍵。系統(tǒng)整合了與時間、空間、事件相關(guān)的一系列數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了入口采集、動態(tài)跟蹤、動態(tài)調(diào)整的機制。系統(tǒng)專門開發(fā)了微信小程序用來動態(tài)申報，獲取起重機械關(guān)鍵節(jié)點如安裝、加節(jié)、吊裝、拆卸等狀態(tài)；系統(tǒng)開發(fā)了技術(shù)服務APP 用來收集技術(shù)服務過程的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化的關(guān)聯(lián)及動態(tài)更新；另外系統(tǒng)支持通過新開工地臺賬動態(tài)整合、掃馬路資料驗證等方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的梳理更新，并打上標簽進行關(guān)聯(lián)整合。

3.2 GPS、GIS集成技術(shù)及設(shè)備健康電子地圖應用

系統(tǒng)集成GPS、GIS 技術(shù)，通過工地坐標建立、坐標定位、坐標轉(zhuǎn)換等，最終實現(xiàn)了基于數(shù)據(jù)可視化的設(shè)備健康電子地圖應用。坐標數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)并可動態(tài)更新時間數(shù)據(jù)、事件數(shù)據(jù)，在可視化大屏上，基于知識庫支撐，能夠?qū)崟r看到工地分布、設(shè)備狀態(tài)分布、檢查動態(tài)及趨勢，以及歷史數(shù)據(jù)查詢定位等。根據(jù)不同的篩選條件，電子地圖上可動態(tài)展示人們關(guān)心的可視化數(shù)據(jù)。

3.3 差別化隱患感知與閉環(huán)管控治理

傳統(tǒng)起重機械檢查模式是以抽樣或全數(shù)檢查的方式進行，即隨機抽工地、工地隨機抽設(shè)備或者全數(shù)進行檢查，由于缺乏數(shù)據(jù)的系統(tǒng)采集及結(jié)構(gòu)化處理，某次檢查與以往抽查的歷史數(shù)據(jù)沒有關(guān)聯(lián)，隱患發(fā)現(xiàn)有一定的隨機性和無序性。數(shù)字化智慧監(jiān)管系統(tǒng)支持多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的采集及動態(tài)整合，支持工地、設(shè)備全覆蓋無差別的檢查，也能實現(xiàn)重點工地、風險較突出工地的差別化檢查，可對歷次檢查設(shè)備隱患突出的加大檢查頻次、對周期較短的流動式起重機械以及涉及吊裝過程的進行優(yōu)先檢查安排，能夠支持對小程序新報設(shè)備以及長期未檢查的工地、新開工地進行重點提醒等，從而實現(xiàn)基于第三方服務的差別化隱患感知。隱患發(fā)現(xiàn)后，通過生成隱患清單、動態(tài)提醒與警示等方式，閉環(huán)實現(xiàn)隱患管控治理。

3.4 預警提示及數(shù)據(jù)可視化

系統(tǒng)可實現(xiàn)風險源預警、閾值超期預警等。對于嚴重隱患，系統(tǒng)支持事件列表的形式進行大屏預警展示，并可自動實現(xiàn)數(shù)據(jù)推送。對于超期未整改的隱患以及未及時實施設(shè)備保養(yǎng)的，可以進行小程序端預警提示。數(shù)據(jù)可視化幫助人們理解數(shù)據(jù)的含義、趨勢和相關(guān)性，秉持管理駕駛艙的理念，系統(tǒng)動態(tài)展示了第三方技術(shù)檢查視角的大數(shù)據(jù)驅(qū)動的起重機械過程和隱患結(jié)果數(shù)據(jù)可視化，體現(xiàn)了起重機械隱患的感知、排查、管控、治理的全周期管理的理念。

4 建筑起重機械智慧監(jiān)管示范應用

中國（上海）自由貿(mào)易試驗區(qū)臨港新片區(qū)（以下簡稱“新片區(qū)”）自2019 年成立以來，發(fā)展進入快速航道，隨著建筑工地規(guī)模越來越大，起重機械安全監(jiān)管工作難度不斷提高，為深度聚焦設(shè)備施工安全、完善施工機械安全治理維度、有效控制施工機械安全風險，上海市建筑科學研究院有限公司、上海市臨港新片區(qū)城市建設(shè)交通運輸事務中心基于上述檢查技術(shù)和智慧監(jiān)管系統(tǒng)的建設(shè)，聯(lián)合進行了建筑起重機械智慧監(jiān)管的示范應用探索。

示范應用嵌入管理流程要求，實現(xiàn)了檢查關(guān)鍵節(jié)點申報、檢查任務預排、任務實施、隱患閉環(huán)處理的相關(guān)功能，支持隱患清單即時生成、數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)的融合展示、設(shè)備電子地圖的動態(tài)展示等，如圖3 所示。

圖3 起重機械智慧監(jiān)管示范應用

截至2021 年12 月，智慧監(jiān)管系統(tǒng)支撐完成工地檢查近300 個，使用評估檢查1 000 余臺次，關(guān)鍵節(jié)點檢查近200 臺次，形成安全隱患清單300 余張，發(fā)現(xiàn)塔機隱患600 余條，施工升降機隱患300 余條，樁工機械隱患近1 000 條，吊裝隱患近300 條等。檢查發(fā)現(xiàn)塔機預埋節(jié)以小代大、鋼結(jié)構(gòu)開裂，汽車起重機以小充大超載使用、吊裝作業(yè)人員通道常見缺失等典型問題，并形成了若干隱患提示文件。

5 結(jié)語

上述起重機械檢查方法及智慧監(jiān)管系統(tǒng)豐富了管理維度，提高行業(yè)數(shù)字化應用水平，顯著提高了機械監(jiān)管效率，對保障經(jīng)濟和生命安全有重要作用。在示范應用中，我們也看到，關(guān)鍵節(jié)點檢查中發(fā)現(xiàn)的流動式起重機械、場地條件、輔助設(shè)施、安全行為方面的問題較突出，而關(guān)鍵節(jié)點施工周期短，部分項目關(guān)鍵節(jié)點設(shè)備動態(tài)申報不及時，且有規(guī)避關(guān)鍵節(jié)點檢查的傾向，如何有效保證關(guān)鍵節(jié)點檢查技術(shù)的落地需要進一步研究推進。系統(tǒng)數(shù)據(jù)量龐大，如何在數(shù)據(jù)可視化中讓使用者更快定位到期望的數(shù)據(jù)，以及隨著系統(tǒng)的使用和完善，進行更有深度的歷史數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)融合與挖掘也是未來的研究重點。

隨著物理傳感技術(shù)的成熟，起重機械物理感知系統(tǒng)配置比例在不斷提高，視覺感知技術(shù)在施工現(xiàn)場也開始有了探索應用，大數(shù)據(jù)技術(shù)的進步同時也為設(shè)備使用大數(shù)據(jù)采集與分析提供了基礎(chǔ)，這些都為未來增加更多數(shù)據(jù)維度來進行更深入的起重機械智慧監(jiān)管研究與平臺研發(fā)提供了可能。