屋頂分布式光伏發(fā)電項目墜落防護的探討與實踐

馬二龍

(道達爾遠景能源服務(上海)有限公司，上海 200050)

0 引言

太陽能作為主要的清潔能源和可再生能源，是各國應對全球變暖、實現(xiàn)能源清潔低碳的主要手段之一，因此太陽能的開發(fā)得到越來越多國家的重視。隨著各國對太陽能產(chǎn)業(yè)的布局，越來越多的傳統(tǒng)能源企業(yè)也開始重視太陽能的開發(fā)和應用。光伏發(fā)電是目前太陽能開發(fā)和應用最多，也是最有效的方式。

光伏發(fā)電模式主要分為集中式光伏發(fā)電模式和分布式光伏發(fā)電模式，其中，分布式光伏可以更好地利用工商業(yè)廠房、辦公樓屋頂?shù)拈e置區(qū)域為用戶提供電力，因此受到了需要使用和有意愿使用綠色能源的企業(yè)的青睞。截至2021年9 月底，中國分布式光伏的累計并網(wǎng)裝機容量已達到93991 MW[1]，有望成為碳中和實現(xiàn)的有力支撐。

但隨著分布式光伏發(fā)電項目建設的增多，尤其是屋頂分布式光伏發(fā)電項目，在安裝和運維過程中的墜落風險也成為各投資企業(yè)需要關注的重要問題，比如采光帶墜落、屋面邊緣墜落等高處墜落形式是屋頂分布式光伏發(fā)電項目施工作業(yè)中的常見事故類型，也是造成施工人員受傷甚至死亡的事故類型之一。因此，若要更安全地完成屋頂分布式光伏發(fā)電項目的安裝和運維工作，需要針對此類項目的高處作業(yè)場景和墜落位置進行分析，并結(jié)合實際情況提出適用于屋頂分布式光伏發(fā)電項目主要安裝和運維場景的墜落防護措施，以降低墜落風險，確保工作人員的安全。

基于ISO 45001—2018《職業(yè)健康安全管理體系 要求及使用指南》中提出的風險控制等級理論，并根據(jù)目前中國針對高處墜落防護的要求和筆者所在公司已完成的若干屋頂分布式光伏發(fā)電項目的實際情況，本文探討了中國屋頂分布式光伏發(fā)電項目墜落防護的現(xiàn)狀，分析了不同墜落場景下基于風險控制等級的墜落防護措施及相關要求，并給出了具體的防護方式和建議。

1 中國屋頂分布式光伏發(fā)電項目墜落防護的現(xiàn)狀

1.1 屋面墜落區(qū)域

屋頂分布式光伏發(fā)電項目的安裝場景主要以混凝土屋頂和彩鋼瓦屋頂為主[2]。占據(jù)屋面最大面積的光伏組件的安裝方式主要采用附著在建筑物上的方式，不會改變建筑屋頂原有功能[3]。因此，基于安裝場景和安裝方式，這兩類屋面上可能導致墜落的位置為無防護的屋面邊緣、女兒墻較低的邊緣和透光用的采光帶等位置。

1.2 屋面墜落區(qū)域的墜落防護現(xiàn)狀

當前，針對上述屋面墜落區(qū)域中墜落位置的墜落防護現(xiàn)狀主要為：安裝永久性臨邊護欄并設置警示標志[4]、在采光帶周邊設置圍欄并張貼安全警示標志[5]等，這些管理要求很早就已提出。但通過對索比光伏網(wǎng)、北極星太陽能光伏網(wǎng)等媒體發(fā)布的有關新建成的屋頂分布式光伏電站的文章進行調(diào)研，并結(jié)合筆者所在公司自有電站(墜落防護措施改造前)的實際情況可以發(fā)現(xiàn)，大部分屋頂分布式光伏發(fā)電項目并未對屋面邊緣及薄弱區(qū)域進行防護，如圖1 所示。

圖1 某些屋頂分布式光伏發(fā)電項目的屋面邊緣和采光帶防護情況Fig. 1 Protection of rooftop edges and daylighting belts for some rooftop distributed PV power generation projects

從上述情況可以看出，目前絕大部分屋頂分布式光伏發(fā)電項目的開發(fā)還處于占領市場的階段，各投資企業(yè)和建設單位為了更快速建設項目的同時花費更少的成本，并未考慮屋面的墜落風險，這也是屋頂分布式光伏發(fā)電項目墜落防護未被普及的主要原因。

2 基于風險控制等級的墜落防護措施及國內(nèi)相關要求

2.1 基于風險控制等級的墜落防護措施

ISO 45001—2018 在第8.1.2 條中提出了風險控制等級的概念，即“消除危害，減少職業(yè)健康和安全風險”，并在附錄A 中對風險控制等級的使用給出了詳細的解釋。依據(jù)此風險控制等級，結(jié)合屋頂分布式光伏發(fā)電項目各場景，繪制了基于風險控制等級的墜落防護措施圖，如圖2 所示。圖中：PPE 為個人防護設備。

圖2 基于風險控制等級的墜落防護措施圖Fig. 2 Diagram of fall protection measures based on risk control levels

考慮不同的屋頂分布式光伏發(fā)電項目會有不同的墜落場景，因此可根據(jù)項目現(xiàn)場的實際情況選擇合適的墜落防護措施，且在必要時可以不同防護措施搭配使用，例如，在坡度較大的屋面建設的屋頂分布式光伏發(fā)電項目，即使安裝工程控制措施后，也可能需要使用生命線和安全帶等PPE 進行防護。

2.2 國內(nèi)相關標準的要求

目前國內(nèi)針對光伏電站管理的相關標準要求主要有GB 50794—2012《光伏發(fā)電站施工規(guī)范》、GB/T 35694—2017《光伏發(fā)電站安全規(guī)程》。GB 50794—2012 中第9.1.3 規(guī)定了光伏電站危險區(qū)域應設置明顯的安全、警示標志或隔離帶，但并未就具體的危險場景和控制措施給出建議。而GB/T 35694—2017 更多的是針對光伏電站運維期間的管理要求，并未針對墜落防護給出具體要求。

除上述規(guī)范要求外，參考JGJ 80—2016《建筑施工高處作業(yè)安全技術規(guī)范》的相關要求，其第4.2.1 規(guī)定，洞口作業(yè)時應采取墜落防護措施，主要方式為：1)豎向洞口短邊邊長小于500 mm時，在臨空一側(cè)設置高度不小于1.2 m 的防護欄桿；2)非豎向洞口短邊邊長為500～1500 mm 時，應采用蓋板覆蓋或防護欄桿等措施，并固定牢固。但該規(guī)范針對屋頂分布式光伏發(fā)電項目建設的要求較少且不明確，即使參考建筑施工高處作業(yè)的要求，也僅有洞口作業(yè)一條能夠匹配。

由此可見，目前國內(nèi)尚未有針對屋頂分布式光伏發(fā)電項目的墜落場景和防護措施的具體定義和要求。因此筆者所在公司對墜落防護的安裝實踐更多是在參考國內(nèi)現(xiàn)有要求的基礎上，結(jié)合項目現(xiàn)場的實際情況進行防護設置，當然所有防護措施的設計和設置必須以結(jié)構(gòu)計算作為支撐。

3 屋頂分布式光伏發(fā)電項目墜落防護的實際使用建議

基于前文圖1 的墜落場景、墜落位置及國內(nèi)相關要求，在滿足相關國家標準的基礎上，本文提出了適合絕大部分墜落場景的墜落防護措施，并給出了各種防護措施的實際使用建議和案例實物圖片。

3.1 屋面邊緣或女兒墻較低的邊緣

針對屋面邊緣或女兒墻較低的邊緣，應設置高度不低于1 m 的硬質(zhì)護欄，并在屋面邊緣無阻攔的位置設置踢腳線、橫桿和頂部欄桿，這些部件兩兩之間的距離應不大于50 cm，以確保人員在意外傾倒時不會由欄桿間的空隙滑落。踢腳線高度應大于10 cm，以防止小件維護設備由屋頂滑落后傷人；踢腳線應選用鋼絲網(wǎng)，避免大雪天氣時積雪對屋頂結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不好的影響。護欄及鋼絲網(wǎng)踢腳線的實物圖如圖3 所示。

圖3 護欄及鋼絲網(wǎng)踢腳線的實物圖Fig. 3 Photos of guardrail and wire mesh skirting

需要注意的是，由于硬質(zhì)護欄為永久性防護措施，應在光伏組件的排布階段考慮硬質(zhì)護欄會產(chǎn)生的陰影遮擋影響，合理排布光伏組件以避免陰影遮擋。

護欄的材質(zhì)、力學參數(shù)和結(jié)構(gòu)要求可參考GB 4053.3—2009《固定式鋼梯及平臺安全要求第3 部分：工業(yè)防護欄桿及鋼平臺》中的有關要求，第4.2 條規(guī)定了防護欄桿及鋼平臺采用鋼材的力學性能不應低于Q235-B，并應具有碳含量合格保證；第4.3 條規(guī)定了防護欄桿安裝后頂部欄桿應能承受水平方向和垂直方向不小于890 N的集中荷載和不小于700 N/m 的均布荷載，相鄰立柱間的最大撓曲變形應不大于跨度的1/250，水平和垂直荷載，以及集中和均布荷載均不疊加；中間欄桿應能承受在中點圓周上施加的不小于700 N 的水平集中荷載，最大撓曲變形不大于75 mm；端部或末端立柱應能承受在立柱頂部任何方向上施加的890 N 的集中荷載。根據(jù)GB 4053.3—2009 中第5 章的防護欄桿結(jié)構(gòu)要求，防護欄桿應采用包括扶手(頂部欄桿)、中間欄桿(橫桿)和立柱的結(jié)構(gòu)形式，或采用其他等效的結(jié)構(gòu)；防護欄桿各構(gòu)件的布置應確保中間欄桿(橫桿)與上下構(gòu)件間形成的空隙間距不大于500 mm，構(gòu)件的設置應阻止攀爬。

3.2 采光帶位置

針對采光帶，應依據(jù)采光帶的實際寬度和長度設置金屬防護網(wǎng)，如圖4 所示。防護網(wǎng)應將采光帶完全覆蓋并固定牢固，以確保人員意外傾倒時不會從采光帶或洞口墜落。但需要注意的是，采光帶防護網(wǎng)的目的是防止人員意外傾倒，嚴禁有意踩踏，因此還需要額外添加警示標志，明確嚴禁踩踏。

圖4 采光帶防護網(wǎng)的實物圖Fig. 4 Photo of protective net of daylighting belt

防護網(wǎng)的樣式可選擇方形，絲徑需要不小于3 mm，材質(zhì)可選用鍍鋅鋼材質(zhì)，以延長使用壽命。力學性能上，防護網(wǎng)應能通過“1200 J 能量測試”(該測試為歐洲類似項目使用的防護網(wǎng)的傳統(tǒng)測試)[6]，以確保能承受屋頂分布式光伏發(fā)電項目施工人員和運維人員意外傾倒時的沖擊。

3.3 采光帶過寬且過長的位置

為了減少屋頂分布式光伏發(fā)電項目施工人員和運維人員在屋面行走的距離，從而降低人員意外傾倒的風險，針對采光帶過寬且過長的位置，應設置跨采光帶硬質(zhì)走道板，如圖5 所示。

圖5 跨采光帶硬質(zhì)走道板的實物圖Fig. 5 Photo of rigid walkway board across daylighting belt

跨采光帶硬質(zhì)走道板的具體寬度不應小于施工人員雙腳站立的寬度的兩倍，以確保施工人員或運維人員能夠順利安全的通過采光帶上方而不發(fā)生墜落。走道板的材質(zhì)和力學性能可根據(jù)項目的實際情況，由結(jié)構(gòu)工程師確定。

3.4 小結(jié)

以上提出的在屋頂分布式光伏發(fā)電項目中實際使用的措施均為永久墜落防護措施。通過現(xiàn)場實踐和驗證，這些永久墜落防護措施有效降低了施工人員、運維人員及臨時參觀人員的墜落風險，并且在確保安全的前提下，有效提升了項目的施工進度，以及運維的精度和速度。

但由于國內(nèi)還未針對屋頂分布式光伏發(fā)電項目建設和運行過程中涉及的所有墜落防護制定專門的標準，即尚未將墜落防護的要求標準化，比如采光帶防護。因此，各分布式光伏電站投資公司在設計和建造屋頂分布式光伏發(fā)電項目時，僅通過結(jié)構(gòu)計算選擇或設置墜落防護措施，并無經(jīng)第三方認證的實際具體數(shù)據(jù)進行支撐，導致各公司所選擇或設置的墜落防護措施的效果和性能參差不齊。

4 結(jié)論

本文探討了中國屋頂分布式光伏發(fā)電項目墜落防護的現(xiàn)狀，對不同墜落場景下基于風險控制等級的墜落防護措施及相關要求進行了分析，給出了具體的防護方式和建議。

期望本文的探索和實踐能為屋頂分布式光伏發(fā)電項目的墜落防護的標準化、規(guī)范化提供更多思路。相信隨著技術的進步，材料成本會逐漸降低，安裝便捷且經(jīng)過第三方認證的模塊化的墜落防護措施也會應運而生，屋頂分布式光伏發(fā)電項目的墜落防護要求也會變得愈加完善。