楊明，張全林

（中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066002）

0 引言

本質(zhì)安全一詞，從煤礦工程中安全型電氣設(shè)備的解釋演繹擴(kuò)展而來，狹義來講是指機(jī)器、設(shè)備本身所具有的安全性能[1]；在工程建設(shè)項目上廣義來講指生產(chǎn)流程中的“人、機(jī)、法、環(huán)、管理”表現(xiàn)出的系統(tǒng)性的安全性能，即是針對工序內(nèi)容及作業(yè)環(huán)境特點(diǎn)，通過技術(shù)策劃及設(shè)計等手段優(yōu)化設(shè)備資源配置及施工工藝、工法，使各種危害因素始終處于受控制狀態(tài)，使整個系統(tǒng)安全可靠。技術(shù)的進(jìn)步與創(chuàng)新對于本質(zhì)安全管理帶來的推動既是形勢上的要求，更是深層次的本質(zhì)安全管理需求。

隨著國家加快建設(shè)交通強(qiáng)國、西部陸海新通道戰(zhàn)略實(shí)施，“平安百年品質(zhì)工程”成為水運(yùn)工程建設(shè)的新目標(biāo)、新要求，對水運(yùn)工程建設(shè)項目的本質(zhì)安全管理提出了全面、高標(biāo)準(zhǔn)的要求[2]。沉箱重力式碼頭施工過程中存在著水下作業(yè)、大型沉箱預(yù)制、出運(yùn)、安裝、胸墻臨水作業(yè)等施工內(nèi)容，具有作業(yè)難度大、安全風(fēng)險多的特點(diǎn)[3]。本文以欽州港大欖坪港區(qū)自動化集裝箱泊位的關(guān)鍵工序施工技術(shù)創(chuàng)新為例，論述技術(shù)創(chuàng)新對本質(zhì)安全帶來的提升及保障，具有較高的通用性和工程實(shí)用性，在同類工程中可推廣應(yīng)用。

1 工程背景

欽州港大欖坪港區(qū)大欖坪南作業(yè)區(qū)9 號、10號自動化集裝箱泊位工程為沉箱重力式結(jié)構(gòu)，沉箱尺寸23.94 m×15.8 m×21 m，重約3 600 t[4]。工程位于欽州保稅港區(qū)內(nèi)的南端，是國家西部陸海新通道的重點(diǎn)建設(shè)項目，是打造北部灣國際門戶港的關(guān)鍵工程，見圖1。

圖1 欽州港9 號、10 號泊位BIM 效果圖Fig.1 BIM rendering of No.9 and No.10 berths of Qinzhou Port

2 “2.0 版本沉箱預(yù)制場”創(chuàng)新技術(shù)

國家港口建設(shè)已向著大型化、深水化的趨勢發(fā)展，沉箱作為重力式碼頭最關(guān)鍵的預(yù)制構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)尺寸逐步向大型化發(fā)展。針對沉箱預(yù)制傳統(tǒng)施工工藝高空作業(yè)多、作業(yè)人員多的特點(diǎn)，在預(yù)制場場建設(shè)計、沉箱預(yù)制關(guān)鍵技術(shù)、沉箱移運(yùn)方面進(jìn)行工藝優(yōu)化及創(chuàng)新，通過基礎(chǔ)設(shè)施升級、關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)及工藝設(shè)計有效保障了沉箱預(yù)制安全生產(chǎn)。

2.1 預(yù)制場場建設(shè)計方面

預(yù)制場采用流水線生產(chǎn)布局，針對傳統(tǒng)沉箱生產(chǎn)中的移運(yùn)風(fēng)險大、鋼筋加工工序雜、拌和站風(fēng)阻大等安全問題，對沉箱預(yù)制橫縱移區(qū)、鋼筋加工車間、拌合站等關(guān)鍵場建進(jìn)行了設(shè)計創(chuàng)新。

1） 橫移軌道對稱布置保證沉箱移運(yùn)穩(wěn)定

傳統(tǒng)形式的預(yù)制平臺采用多平臺組合形式，單個平臺橫移軌道間距8 m，相鄰平臺軌道間距12 m?？缙脚_進(jìn)行沉箱預(yù)制時，受軌道間距分布不均影響，沉箱橫移時各軌道受力不均衡、臺車易損壞且存在沉箱位移甚至傾覆風(fēng)險。本次設(shè)計將橫移軌道全部按10 m 等間距布置，如圖2 所示，消除跨平臺布置預(yù)制臺座時軌道不對稱帶來的受力不均限制，大大提高了沉箱橫移的安全性。

圖2 橫移軌道均勻布置圖Fig.2 Uniform arrangement of traversing tracks

2） 智能化鋼筋加工車間減人增效

傳統(tǒng)鋼筋加工由剪切機(jī)、對焊機(jī)、彎曲機(jī)組合成流水線，下料、配料、生產(chǎn)等各步驟均由人工控制，生產(chǎn)交叉且需要人工較多。本項目采用智能聯(lián)動生產(chǎn)線，應(yīng)用“一航鋼筋”翻樣軟件下料控制，按“先對焊、后剪切彎曲、再移運(yùn)”進(jìn)行工藝技術(shù)創(chuàng)新。通過自動化下料設(shè)計，固定并合并了作業(yè)流程，減少操作人員，降低作業(yè)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了本質(zhì)安全管理的提升，如圖3 所示。

圖3 鋼筋智能加工工藝流程圖Fig.3 Flow chart of intelligent processing process of steel bars

3） 拌和站基礎(chǔ)穩(wěn)根固基

傳統(tǒng)拌和站基礎(chǔ)采用擴(kuò)大承臺基礎(chǔ)，防風(fēng)防臺能力不足，需設(shè)置斜向防風(fēng)鋼索進(jìn)行加固。正常生產(chǎn)中防風(fēng)鋼索也易與進(jìn)出車輛、人員發(fā)生碰撞，安全管控風(fēng)險點(diǎn)多。本項目創(chuàng)新采用PHC 樁基礎(chǔ)設(shè)計，加強(qiáng)拌和站抗風(fēng)抗傾覆能力，經(jīng)計算可抵抗12 級臺風(fēng)，實(shí)際生產(chǎn)過程中經(jīng)歷了2021年第22 號臺風(fēng)“雷伊”臺風(fēng)的襲擊，現(xiàn)場風(fēng)力為10 ～11 級。同時取消了防風(fēng)鋼索，消除了鋼索在日常生產(chǎn)中帶來的安全隱患。

通過以上3 個方面可以看出，通過場建基礎(chǔ)設(shè)施的創(chuàng)新設(shè)計，在沉箱移運(yùn)、鋼筋加工、拌和站管理等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了本質(zhì)安全提升。

2.2 沉箱預(yù)制關(guān)鍵技術(shù)方面

1） 沉箱分段預(yù)制高度設(shè)計創(chuàng)新

本工程沉箱高度21 m，按傳統(tǒng)工藝分6 段（底段3 m，標(biāo)準(zhǔn)段3.6 m）進(jìn)行預(yù)制。為提升預(yù)制速度，減少預(yù)制段數(shù)，本項目將原標(biāo)準(zhǔn)段3.6 m加高至4.5 m，單座沉箱由傳統(tǒng)的分6 段預(yù)制減少為分5 段預(yù)制。通過前期工藝創(chuàng)新設(shè)計，成批量減少了鋼筋、模板吊裝作業(yè)及人員高空作業(yè)等內(nèi)容，從作業(yè)數(shù)量上減少了人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)的產(chǎn)生。

2） 沉箱鋼筋分段綁扎整體吊裝技術(shù)創(chuàng)新

沉箱作為承受碼頭重要荷載的關(guān)鍵構(gòu)件，鋼筋的使用量很大，本工程單個沉箱用量達(dá)240 t。傳統(tǒng)沉箱預(yù)制鋼筋綁扎外墻、長隔墻鋼筋采用分片綁扎吊裝方式，短向隔墻鋼筋采用高空人工穿筋作業(yè)，存在吊車吊人穿筋高空作業(yè)、網(wǎng)片吊裝整體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等風(fēng)險。本項目設(shè)立地面綁扎臺座，設(shè)計專用吊裝架，加大起重設(shè)備能力，實(shí)現(xiàn)分段鋼筋整體吊運(yùn)，如圖4 所示。與傳統(tǒng)工藝比較，鋼筋綁扎由高空轉(zhuǎn)至地面作業(yè)，取消吊車吊人穿筋工序，消除高空作業(yè)風(fēng)險；鋼筋安裝由6次吊裝+穿筋作業(yè)縮減為1 次吊裝完成，減少了起重吊裝作業(yè)頻次[5]。

圖4 鋼筋整體吊裝施工圖Fig.4 Construction drawing of integral lifting of steel bars

3） 沉箱模板全平臺防護(hù)

傳統(tǒng)沉箱內(nèi)芯模板由井字架+模板組合成整體結(jié)構(gòu)，底段內(nèi)芯井字架無頂面鋼板，標(biāo)準(zhǔn)段內(nèi)芯井字架和模板間存在上下空擋，人員在平臺上作業(yè)存在墜落風(fēng)險。本項目創(chuàng)新在底段、標(biāo)準(zhǔn)段模板上增加了鏤空防護(hù)蓋板和可調(diào)節(jié)式護(hù)欄，作業(yè)平臺全封閉，實(shí)現(xiàn)了混凝土澆筑、模板安拆過程人員操作便捷、平穩(wěn)安全，保障了施工全過程的安全。

4） 沉箱智能噴淋系統(tǒng)技術(shù)

沉箱因尺寸大、高度高，養(yǎng)護(hù)難度較大，傳統(tǒng)采用人工頻繁登平臺灑水養(yǎng)護(hù)，操作難度大，作業(yè)風(fēng)險高。本項目采用“自動控制噴淋技術(shù)”，可通過計算機(jī)端及手機(jī)APP 遠(yuǎn)程、定時自動操控，減少了養(yǎng)護(hù)人員，基本消除了高處作業(yè)，達(dá)到了降低作業(yè)風(fēng)險、消除安全隱患的效果[6]。

2.3 沉箱移運(yùn)關(guān)鍵技術(shù)方面

沉箱移運(yùn)是沉箱由陸上運(yùn)至水上的關(guān)鍵工序，傳統(tǒng)沉箱出運(yùn)多采用步履頂推臺車或卷揚(yáng)機(jī)牽引氣囊移運(yùn)工藝。步履頂推臺車工藝步驟繁多，包含布頂、頂升、臨時支墊、軌道槽蓋板拆除、臺車就位、二次頂升、支墊拆除、沉箱上車并橫移、三次頂升落座等9 道工序，操作人員需在半封閉坑槽中作業(yè)，作業(yè)風(fēng)險較大。氣囊移運(yùn)工藝，通過對橡膠氣囊均勻的加壓、滾動實(shí)現(xiàn)沉箱的頂升移運(yùn)，技術(shù)控制點(diǎn)多，沉箱失穩(wěn)的風(fēng)險較大。

本項目創(chuàng)新應(yīng)用電驅(qū)頂運(yùn)一體臺車移運(yùn)大型沉箱技術(shù)，整合傳統(tǒng)步履式頂推工藝9 道工序為“頂、移、落”1 道工序，減少作業(yè)人員與工序，消除人員半封閉坑槽內(nèi)作業(yè)風(fēng)險。對比氣囊移運(yùn)工藝，車體模塊化設(shè)計，電驅(qū)動多臺車間隔驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可靠的同步行走功能，提高對軌道接頭高差的適應(yīng)能力，大大提高了緊急情況下的設(shè)備安全保證率[7]。

3 水上水下施工技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用

3.1 深水基床拋石振平一體船技術(shù)

基床位于沉箱底部，水深較大，傳統(tǒng)施工包含基床拋石、夯實(shí)、整平3 道工序，其中整平工序需要潛水員水下進(jìn)行作業(yè)，作業(yè)效率低，受炸礁施工、深水條件、潮汐的影響存在較大安全風(fēng)險。本項目采用拋石振平工藝，如圖5 所示，取消了潛水人員作業(yè)，規(guī)避了水深流大、炸礁施工等環(huán)境影響，徹底消除了潛水作業(yè)安全風(fēng)險[8]。

圖5 拋石振平一體船施工圖Fig.5 Construction drawing of rock throwing and leveling integrated ship

3.2 大型沉箱智能安裝技術(shù)

沉箱安裝是碼頭工程施工的關(guān)鍵工序，傳統(tǒng)沉箱出運(yùn)依靠人工開啟閥門注水，人工測繩監(jiān)控倉格水位的方式，確保沉箱穩(wěn)定吃水。沉箱安裝過程受風(fēng)浪、船舶拖帶力、海流等影響，在沉箱上的作業(yè)人員對沉箱吃水、姿態(tài)變化情況反應(yīng)慢，技術(shù)控制點(diǎn)多，安全風(fēng)險較大。

本項目創(chuàng)新研發(fā)智能安裝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)沉箱倉格壓水智能控制及拖運(yùn)過程水位智能監(jiān)測，規(guī)避了人工測量的操作誤差，有效保障了沉箱浮游穩(wěn)定的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)安全可靠。同時該技術(shù)通過電絞車自動調(diào)整沉箱安裝位置，減少了沉箱上的作業(yè)人員，實(shí)現(xiàn)了工藝的本質(zhì)安全。

4 趁潮臨水施工技術(shù)創(chuàng)新

臨水、臨邊作業(yè)是碼頭工程施工的重要特征，特別是在現(xiàn)澆胸墻、護(hù)輪坎等施工中，需要趕潮水、看天氣組織施工，鋼筋、模板、混凝土等施工均存在臨水、臨邊作業(yè)風(fēng)險。本項目結(jié)合胸墻、護(hù)輪坎結(jié)構(gòu)形式，對胸墻模板、護(hù)輪坎結(jié)構(gòu)進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新，消除、降低了作業(yè)風(fēng)險。

通過“止水鋼箱+組合式可調(diào)模板”工藝，實(shí)現(xiàn)了胸墻護(hù)舷口干作業(yè)條件下的快速支拆模板，縮短了人員臨水作業(yè)時間；創(chuàng)新設(shè)計1 種鋼管三腳架支撐平臺，將胸墻模板操作平臺、支撐加固體系一體化，保障了人員操作空間和安全防護(hù)，大大降低了人員落水風(fēng)險。

進(jìn)行裝配式護(hù)輪坎技術(shù)創(chuàng)新，進(jìn)行工廠化的預(yù)制作業(yè)，固定了作業(yè)環(huán)境，提高了安全管理標(biāo)準(zhǔn)化水平；將傳統(tǒng)鋼筋、模板、混凝土臨邊作業(yè)，轉(zhuǎn)化為陸上安裝預(yù)制塊體作業(yè)，大大提高了安全保障性。

5 數(shù)字化創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用

5.1 船舶調(diào)度監(jiān)控中心應(yīng)用

本工程水上水下作業(yè)工序多，施工現(xiàn)場作業(yè)船舶多，存在炸礁船、挖泥船、泥駁、拋石船、拖輪、定位方駁等9 種類型船舶同時作業(yè)的情況，作業(yè)高峰時段18 艘船舶同時作業(yè)，極易出現(xiàn)船舶碰撞等安全問題。本項目創(chuàng)新應(yīng)用了船舶調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)，通過高清鷹眼攝像頭實(shí)時展現(xiàn)水上船舶作業(yè)動態(tài)，并可同時顯示潮流、氣象預(yù)報，通過AIS 技術(shù)監(jiān)控船舶歷史軌跡，有效地保證了船舶調(diào)度指揮的前瞻性、及時性、可追溯性。實(shí)現(xiàn)了挖泥、炸礁、拋石振平、沉箱安裝等一系列工序的可視化調(diào)度，提前進(jìn)行計劃安排，保證了施工區(qū)域內(nèi)的船舶作業(yè)安全。

5.2 BIM 數(shù)字化模擬技術(shù)

開展“BIM 技術(shù)在重力式碼頭施工中的應(yīng)用”技術(shù)課題創(chuàng)新，首次實(shí)現(xiàn)了施工與設(shè)計的聯(lián)合建模，開展模型展示、碰撞檢查、數(shù)字孿生監(jiān)控、方案模擬等16 項應(yīng)用，形成了1 套設(shè)計與施工模型互通的合理方案，提升了工程安全管理。

模型展示重點(diǎn)包含了工序可視化交底，通過對沉箱預(yù)制、現(xiàn)澆胸墻臨水施工等進(jìn)行可視化模擬交底，直觀地反映了操作的全過程，提升了作業(yè)人員對各項操作要點(diǎn)的理解，提高了作業(yè)人員自我安全意識，大大減少了人的不安全行為[9]。通過方案模擬，展示了各時段內(nèi)各類船舶設(shè)備的作業(yè)數(shù)量、位置，保證了實(shí)施過程中現(xiàn)場船舶安全作業(yè)。通過碰撞檢查確定鋼筋整體吊裝施工過程中的吊索具、吊裝架、鋼筋網(wǎng)架、內(nèi)芯模板的位置，如圖6 所示，排除了存在沖突的可能，實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化的安全管理。

6 應(yīng)用效果

欽州港大欖坪港區(qū)大欖坪南作業(yè)區(qū)9 號、10號工程的實(shí)施，以問題為導(dǎo)向，從工程之初便確定了技術(shù)創(chuàng)新與安全管理并行的理念，在各項工序施工過程中開展技術(shù)創(chuàng)新并不斷改進(jìn)攻關(guān)，對比傳統(tǒng)施工工藝消除或減少了作業(yè)風(fēng)險，一定程度上降低了沉箱重力式碼頭工程安全管理的難度，有效提升了工程施工本質(zhì)安全，保障了工程施工順利進(jìn)行。

7 結(jié)語

安全管理是工程施工的重要組成部分，本文通過分析重力式碼頭中關(guān)鍵工序安全管理的重難點(diǎn)，結(jié)合欽州港大欖坪港區(qū)自動化集裝箱泊位的具體案例，從技術(shù)創(chuàng)新的角度介紹了在預(yù)制場基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、沉箱預(yù)制關(guān)鍵技術(shù)、沉箱基床及浮運(yùn)安裝施工技術(shù)、臨水施工、數(shù)字化施工技術(shù)等方面取得的安全管理成果，通過技術(shù)工藝創(chuàng)新降低了施工安全風(fēng)險，用數(shù)字化設(shè)施設(shè)備的投入提升了項目安全管理水平，也為類似工程項目積累了可靠經(jīng)驗。