塔式起重機(jī)安全事故分析及預(yù)防措施探討

溫傳詩

（甘肅第七建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，甘肅 蘭州 730000）

塔式起重機(jī)在建筑行業(yè)中受到廣泛的青睞，使用塔式起重機(jī)可以提高工作效率、降低工程造價(jià)，但是由于塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，作業(yè)環(huán)境也較復(fù)雜，存在工作人員缺乏安全意識(shí)以及管理不當(dāng)?shù)葐栴}，會(huì)導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，給國(guó)家和社會(huì)帶來人員財(cái)產(chǎn)損失。

1 塔式起重機(jī)的基本構(gòu)造及其特點(diǎn)

作為大型起重施工運(yùn)輸機(jī)械的塔式起重機(jī)，結(jié)構(gòu)組成部件眾多，主要由3 個(gè)部分組成，分別是金屬結(jié)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)控制裝置。塔式起重機(jī)基本構(gòu)造與具體結(jié)構(gòu)組成見圖1。

圖1 塔式起重機(jī)基本構(gòu)造

其中，金屬結(jié)構(gòu)主要起到承受塔式起重機(jī)自身和需要運(yùn)輸?shù)奈矬w的重量的作用，需要具備較高的強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性[1]。工作機(jī)構(gòu)是塔式起重機(jī)的重力裝置，用來保證塔式起重機(jī)的起升、回轉(zhuǎn)和變幅等功能。驅(qū)動(dòng)控制裝置為塔式起重機(jī)的正常運(yùn)行提供動(dòng)力。不同種類的塔式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)也有所不同。塔式起重機(jī)在施工過程中主要有4 個(gè)特點(diǎn)[2]：一是具有較多的服役數(shù)量。在建筑施工過程中，每棟樓至少需要1 臺(tái)塔式起重機(jī)，由于空間窄小，因此極易發(fā)生安全事故。二是工作人員需要具備較強(qiáng)的專業(yè)性。在施工過程中需要多人配合工作，一人失誤將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)施工過程發(fā)生危險(xiǎn)，因此工作人員需要有較強(qiáng)的專業(yè)性。三是起吊距離較高，且需要運(yùn)輸?shù)奈矬w數(shù)量較多，導(dǎo)致運(yùn)輸次數(shù)也較多。在建筑施工過程中，塔式起重機(jī)主要是負(fù)責(zé)垂直方向上的運(yùn)輸，隨著日漸增多的高層建筑，塔式起重機(jī)的起吊距離以及重量也隨之增大。四是工作量繁多。塔式起重機(jī)的日常重復(fù)性工作較多，而且一些安全問題以及設(shè)備維修問題也會(huì)加重工作量，工作人員容易疏忽大意，從而易導(dǎo)致安全問題的發(fā)生。

2 塔式起重機(jī)安全事故統(tǒng)計(jì)及分析

本文統(tǒng)計(jì)了100 起塔式起重機(jī)的安全事故，并且按照安全事故類型、事故發(fā)生階段，進(jìn)行了相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析。

2.1 塔式起重機(jī)安全事故類型的統(tǒng)計(jì)分析

將100 起塔式起重機(jī)安全事故按照類型進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)分析，可知類型分布情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果。圖2 為塔式起重機(jī)安全事故類型分布圖。

圖2 塔式起重機(jī)安全事故類型分布圖

由圖2 可知，100 起安全事故中倒塌事故所占比例最多，占安全事故總數(shù)的比例高達(dá)52%，遠(yuǎn)高于其他安全事故發(fā)生比例，這取決于塔式起重機(jī)的工作性質(zhì)與塔式起重機(jī)本身的特點(diǎn)[3]。僅次于倒塌事故的是高處墜落事故，占比約為16%，由此可看出塔式起重機(jī)高處作業(yè)的特點(diǎn)。此外，超載、其他類型的安全事故所占比例也較多，分別所占比例為12%和9%。斷臂、碰撞、脫鉤、觸電事故相對(duì)較少發(fā)生，均在5%以下，但是也應(yīng)引起重視。

2.2 塔式起重機(jī)安全事故發(fā)生階段的統(tǒng)計(jì)分析

將100 起塔式起重機(jī)安全事故按照發(fā)生階段進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)分析，可知發(fā)生階段分布情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果。圖3 為塔式起重機(jī)安全事故發(fā)生階段分布圖。由圖3 可知，作業(yè)階段發(fā)生的安全事故數(shù)量最多，這是由于塔式起重機(jī)作業(yè)階段比安裝階段和拆除階段所需的時(shí)間長(zhǎng)，并且在作業(yè)階段塔式起重機(jī)需要面臨更復(fù)雜的環(huán)境，交叉作業(yè)的現(xiàn)象更容易出現(xiàn)。安裝階段和拆除階段發(fā)生安全事故的數(shù)量相差不多。安裝階段和拆除階段是塔式起重機(jī)上下連接最薄弱的時(shí)候，稍有差錯(cuò)就容易發(fā)生安全事故，此時(shí)需要較高的專業(yè)技術(shù)，因此安裝階段和拆除階段的難度較大[4]。3 個(gè)階段的特點(diǎn)各不相同，但由于塔式起重機(jī)的安裝工藝和拆除工藝有很多相同之處，因此安裝階段和拆除階段發(fā)生安全事故的特點(diǎn)大致相同，然而這兩個(gè)階段發(fā)生安全事故的特點(diǎn)與作業(yè)階段發(fā)生安全事故的特點(diǎn)明顯不同。

圖3 塔式起重機(jī)安全事故發(fā)生階段分布圖

2.3 塔式起重機(jī)安全事故致因的統(tǒng)計(jì)分析

通過對(duì)塔式起重機(jī)安全事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，初步了解了塔式起重機(jī)安全的事故發(fā)生特點(diǎn)；但是要進(jìn)一步了解塔式起重機(jī)安全事故的發(fā)生特點(diǎn)，還需要對(duì)事故致因進(jìn)行識(shí)別和進(jìn)一步的研究分析。事故致因理論中最典型的兩種理論是因果連鎖理論和綜合因素理論。因果連續(xù)理論認(rèn)為傷亡事故并不是一件孤立的事件，而是由一系列事件導(dǎo)致的，可以解釋為環(huán)境或者遺傳因素會(huì)導(dǎo)致人顯露缺點(diǎn)，從而產(chǎn)生一系列不安全行為或者較差的狀態(tài)而導(dǎo)致事故的發(fā)生，它表明這種事故是長(zhǎng)期的連鎖反應(yīng)，因此可在事故還未發(fā)生時(shí)采取有效措施避免事故的發(fā)生。綜合因素理論認(rèn)為事故是由直接原因和間接原因?qū)е碌?。結(jié)合因果連鎖理論，可將人、物以及環(huán)境因素歸因于直接原因，管理缺陷和管理責(zé)任歸于間接原因。只有管理出現(xiàn)問題時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)直接原因。圖4 為綜合因素理論關(guān)系圖。本文以這兩種理論為基礎(chǔ)，分析了多起塔式起重機(jī)安全事故，得到導(dǎo)致事故發(fā)生的不安全因素主要可分為4 類，分別是人、物、管理和環(huán)境因素[5]。通過分類可以找出事故發(fā)生時(shí)的連鎖反應(yīng)，也可以羅列事故發(fā)生的原因，從而可以幫人們更清楚地分析事故的風(fēng)險(xiǎn)因素。

圖4 綜合因素理論關(guān)系圖

為了解各項(xiàng)事故致因在所調(diào)查的100 起塔式起重機(jī)事故中的分布情況，對(duì)100 起塔式起重機(jī)安全事故進(jìn)行反復(fù)查閱與核對(duì)，最終統(tǒng)計(jì)得到了10 項(xiàng)事故致因的頻數(shù)與頻率，塔式起重機(jī)事故致因統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。由表1 可知，排在前三位的事故致因分別是工人違章操作、現(xiàn)場(chǎng)安全管理問題和無安全教育培訓(xùn)。其中，工人違章操作的統(tǒng)計(jì)頻率高達(dá)79%，這是導(dǎo)致塔式起重機(jī)安全事故的首要高頻事故致因，需要引起重視。工人違章操作的主要原因是工人的安全意識(shí)薄弱，缺乏安全知識(shí)?，F(xiàn)場(chǎng)安全管理問題的統(tǒng)計(jì)頻率為29%，主要原因是施工現(xiàn)場(chǎng)的安全管理人員不到位、安全管理技術(shù)較差以及安全管理人員對(duì)安全問題不重視。排在第三位的事故致因是無安全教育培訓(xùn)。無安全教育培訓(xùn)的主要原因是安全教育流于形式或者未組織工作人員進(jìn)行安全教育培訓(xùn)。安全生產(chǎn)管理職責(zé)不明、安全管理制度不健全、未進(jìn)行安全技術(shù)交底與專項(xiàng)施工方案這3 個(gè)事故致因雖然頻率不高，但是均在10%以上，也需要引起注意。

表1 塔式起重機(jī)事故致因統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3 塔式起重機(jī)安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建

反向傳播（Back Propagation，BP）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的非線性映射能力，塔式起重機(jī)事故的影響因素較多，樣本量較少，相關(guān)性較弱，因此容錯(cuò)性較強(qiáng)的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可用于塔式起重機(jī)事故的預(yù)測(cè)中。BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的各層均由神經(jīng)元組成，神經(jīng)元的輸入和輸出關(guān)系可以表示為

式中：f（zi）為傳遞函數(shù)；wij為權(quán)值；bij為閾值。

但是BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有一定的局限性，處理時(shí)間較長(zhǎng)、沒有確定隱含神經(jīng)元的標(biāo)準(zhǔn)方法，容易陷入局部最小值問題。為了避免此問題的出現(xiàn)，采用遺傳算法（Genetic Algorithm，GA）對(duì)BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，使目標(biāo)函數(shù)實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)。遺傳算法具有良好的可擴(kuò)展性，容易與其他算法相結(jié)合。遺傳算法對(duì)BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化主要是對(duì)權(quán)值和閾值的優(yōu)化，在優(yōu)化過程中首先要明確權(quán)值和閾值的編碼方式，然后生成初始種群，接著將BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化為適應(yīng)度函數(shù)來計(jì)算個(gè)體適應(yīng)度，采用誤差函數(shù)E 的倒數(shù)作為適應(yīng)度函數(shù)F，表達(dá)式為

式中：E 越小，適應(yīng)度函數(shù)F 越大。最后進(jìn)行遺傳算法操作，得到最優(yōu)解。

本文將100 起事故進(jìn)行數(shù)據(jù)化處理，并構(gòu)建GA-BP 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型，構(gòu)建步驟為：一是網(wǎng)絡(luò)層數(shù)和各層神經(jīng)元數(shù)量的確定，常用的神經(jīng)元數(shù)量估算公式為

式中：m、l、n 分別為輸入層、隱含層和輸出層神經(jīng)元的數(shù)量；a 為常量。二是傳遞函數(shù)和學(xué)習(xí)函數(shù)的選取。三是將權(quán)值和閾值進(jìn)行初始化。四是對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。五是確定遺傳算法的相關(guān)參數(shù)。建立好模型后，從100 起事故中隨機(jī)選取10 起事故進(jìn)行測(cè)試，使用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和遺傳算法優(yōu)化后的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)事故類型和事故安全等級(jí)進(jìn)行預(yù)測(cè)，塔式起重機(jī)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)精度見表2。經(jīng)過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，相比未經(jīng)優(yōu)化的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，遺傳算法優(yōu)化后的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)事故類型和事故安全等級(jí)的預(yù)測(cè)精度較高，表明遺傳算法優(yōu)化后的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可以提高風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

表2 塔式起重機(jī)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)精度

4 塔式起重機(jī)安全事故預(yù)防措施

4.1 加強(qiáng)工作人員的管理

通過對(duì)塔式起重機(jī)事故致因進(jìn)行分析，可以看出工作人員操作失誤是導(dǎo)致事故發(fā)生的重要原因，因此需要加大對(duì)工作人員的管理。首先，需要加強(qiáng)工作人員的考核機(jī)制。塔式起重機(jī)的工作人員必須經(jīng)過各種作業(yè)考核并取得相應(yīng)的資格證，從而提高工作人員的整體素質(zhì)，并定期對(duì)工作人員進(jìn)行考核，可將考核成績(jī)與績(jī)效進(jìn)行掛鉤，實(shí)行獎(jiǎng)懲制度，以此來減少違章操作行為的出現(xiàn)，提高工作人員的安全生產(chǎn)效率。其次，需要提高工作人員的安全意識(shí)。各單位在作業(yè)前必須對(duì)工作人員進(jìn)行必要的安全生產(chǎn)教育培訓(xùn)，提高工作人員的安全意識(shí)，沒有經(jīng)過安全教育培訓(xùn)的工作人員不允許上崗，同時(shí)要正確佩戴各種安全用具，做好防護(hù)措施。最后，工作人員需要嚴(yán)格遵守勞動(dòng)規(guī)程。嚴(yán)禁工作人員疲勞作業(yè)或者酒后作業(yè)，每日進(jìn)場(chǎng)前必須接受安全教育并進(jìn)行安全交底，加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)的交接班制度，減少違章操作或指揮。

4.2 加強(qiáng)安全管理

在塔式起重機(jī)安全事故中，由安全管理引起的事故也占有較大的比例。因此需要加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)的安全管理。首先，需要加大參建單位的安全管控。施工單位作為現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的總責(zé)方，應(yīng)該建立健全完善的管理制度，落實(shí)工作人員的職責(zé)，監(jiān)督工作人員進(jìn)行安全教育培訓(xùn)，并定期開展安全檢查工作。監(jiān)理單位也應(yīng)履行監(jiān)理職責(zé)，對(duì)專項(xiàng)方案進(jìn)行嚴(yán)格審查，同時(shí)也要嚴(yán)格審查工作人員的工作資質(zhì)，做好安全備案。塔機(jī)租賃和安裝拆除單位在各個(gè)環(huán)節(jié)都需要對(duì)工作人員進(jìn)行崗前培訓(xùn)和安全教育，一定要確保所有工作人員均持證上崗。建設(shè)單位要開展施工活動(dòng)，加大現(xiàn)場(chǎng)巡查頻率，同時(shí)定期對(duì)各參建單位以及檢修單位進(jìn)行巡檢并且評(píng)估。

4.3 加強(qiáng)設(shè)備以及環(huán)境的管理

由于設(shè)備和環(huán)境因素導(dǎo)致的安全事故所占比例不高，但也需要引起重視。塔式起重機(jī)安全事故多數(shù)是功能部件失靈或者結(jié)構(gòu)構(gòu)件撕裂破壞所導(dǎo)致的，由于繁重的工作，工作人員可能會(huì)忽視功能部件和結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)塔式起重機(jī)的影響，因此需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期的檢查維修和保養(yǎng)來保障塔式起重機(jī)的安全運(yùn)行。施工現(xiàn)場(chǎng)雜亂無章也是導(dǎo)致塔式起重機(jī)安全事故頻發(fā)的原因之一，因此需要定期打掃施工現(xiàn)場(chǎng)。天氣問題也是導(dǎo)致塔式起重機(jī)安全事故發(fā)生的原因，工作人員應(yīng)該提前關(guān)注天氣預(yù)報(bào)，做好工作指揮協(xié)調(diào)，提高安全生產(chǎn)的效率。

5 結(jié)束語

塔式起重機(jī)在施工現(xiàn)場(chǎng)的頻繁使用難免會(huì)產(chǎn)生安全隱患，隱患未經(jīng)處理將會(huì)產(chǎn)生安全事故，造成巨大損失。本文查閱了100 起塔式起重機(jī)安全事故，分析發(fā)現(xiàn)塔式起重機(jī)安全事故主要是倒塌造成的，安全事故主要發(fā)生在作業(yè)階段，人的因素是塔式起重機(jī)安全事故致因的主要因素。采用遺傳算法對(duì)BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的預(yù)測(cè)模型對(duì)事故類型和事故安全等級(jí)的預(yù)測(cè)精度都有所提高。因此為了盡量減少安全事故的發(fā)生，必須加強(qiáng)對(duì)工作人員、設(shè)備以及環(huán)境的管理。