周 毅，劉成剛，楊云斐，齊亞賓，樂(lè)林紫，原瑞婧

(中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314303)

塔式起重機(jī)又稱塔機(jī)、塔吊，是建筑施工中不可缺少的大型機(jī)械設(shè)備，主要吊運(yùn)施工用的設(shè)備、設(shè)施、鋼筋、木楞、混凝土、鋼管等物項(xiàng)，在建筑施工中已被廣泛使用。由于塔式起重機(jī)的工作高度高、作業(yè)空間大、底部輪廓小、吊臂長(zhǎng)、速度快等特征，一旦發(fā)生事故，后果非常嚴(yán)重。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2016—2020年我國(guó)塔機(jī)安全生產(chǎn)事故達(dá)605起，其中塔機(jī)作業(yè)過(guò)程中發(fā)生107起。核電工程建設(shè)中的塔機(jī)高峰期約有20多座，而群塔作業(yè)主要通過(guò)人工指揮、調(diào)度，群塔之間的統(tǒng)籌協(xié)作亦是通過(guò)人為判斷的方式，存在一定的人因失誤風(fēng)險(xiǎn)，缺乏科學(xué)的預(yù)警機(jī)制。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，尤其是超級(jí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合智能算法、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算使得現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)、管理期望及安全管理深度融合成為可能。通過(guò)智能化方法替代人工指揮調(diào)度方式，減少人因失誤，降低塔機(jī)群塔作業(yè)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)，利用智能化控制方法提升塔機(jī)群塔作業(yè)管理安全性，消除人因指揮調(diào)度協(xié)調(diào)不到位而導(dǎo)致的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)塔機(jī)群塔統(tǒng)一智能化調(diào)度控制。

1 建設(shè)工程起重機(jī)械政策要求

建設(shè)工程起重機(jī)械管理方面，我國(guó)建立了一整套法律、法規(guī)、安全技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)體系，初步形成了“人大法律、行政法規(guī)、行政規(guī)章、技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)”五個(gè)層次的法規(guī)體系結(jié)構(gòu)，目前起重機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)共有234項(xiàng)，其中國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)83項(xiàng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)151項(xiàng)[1]。建設(shè)工程起重機(jī)械法律法規(guī)、技術(shù)規(guī)范如表1所示。

表1 建設(shè)工程起重機(jī)械法律法規(guī)、技術(shù)規(guī)范表(節(jié)選)

其中，GB/T 5031—2019《塔式起重機(jī)》中規(guī)定，塔式起重機(jī)必須安裝安全監(jiān)控裝置，進(jìn)行塔機(jī)工作數(shù)據(jù)的記錄和警報(bào)[2]；GB/T 28264—2017《起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》中規(guī)定了起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的構(gòu)成、監(jiān)控、性能要求和檢驗(yàn)。建設(shè)工程起重機(jī)械政策要求對(duì)工程建設(shè)行業(yè)提出了塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能配置要求和系統(tǒng)平臺(tái)需求，需要建設(shè)方結(jié)合工程建設(shè)業(yè)務(wù)需求重點(diǎn)分析。

2 塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能配置要求及系統(tǒng)平臺(tái)需求

塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)符合相關(guān)質(zhì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)省或省級(jí)以上行業(yè)專業(yè)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)合格或評(píng)估認(rèn)證，系統(tǒng)主要構(gòu)配件經(jīng)專業(yè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)合格，且應(yīng)至少具有對(duì)塔機(jī)的起重量、起重力矩、起升高度、幅度、回轉(zhuǎn)角度、運(yùn)行行程信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。當(dāng)塔機(jī)有運(yùn)行危險(xiǎn)趨勢(shì)時(shí)，塔機(jī)控制回路電源應(yīng)能自動(dòng)切斷。

2.1 系統(tǒng)功能的基本配置要求

系統(tǒng)功能主要包括顯示警示、自檢、超載(力矩)報(bào)警和控制、限位報(bào)警和控制、風(fēng)速報(bào)警、離線狀態(tài)檢測(cè)、區(qū)域保護(hù)、防碰撞系統(tǒng)等，如表2所示。

表2 系統(tǒng)功能的基本配置要求表

2.2 塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)

塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)包括運(yùn)行數(shù)據(jù)查詢和存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)傳輸下載、數(shù)據(jù)傳輸、故障診斷、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等功能要求，如表3所示。

3 塔機(jī)可視化監(jiān)控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

運(yùn)用可視化吊裝系統(tǒng)，以消除塔機(jī)作業(yè)人員傳統(tǒng)意義上的視覺(jué)盲區(qū)，通過(guò)安全監(jiān)控系統(tǒng)從技術(shù)上規(guī)避群塔交叉作業(yè)的碰撞，切實(shí)提升施工現(xiàn)場(chǎng)的吊裝作業(yè)安全性、高效性。將塔式起重機(jī)群安全監(jiān)控系統(tǒng)與可視化吊裝系統(tǒng)結(jié)合使用，以實(shí)現(xiàn)施工單位通過(guò)顯示屏實(shí)時(shí)監(jiān)控所有的吊裝作業(yè)過(guò)程，總包、業(yè)主單位通過(guò)授權(quán)賬號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)程瀏覽[4]。

在塔機(jī)可視化監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)開(kāi)展了一系列的研究工作。如羅曉慶等提出塔機(jī)智能駕駛室的設(shè)計(jì)需求層次分析模型，其基于用戶需求和塔機(jī)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)設(shè)計(jì)一款集智能監(jiān)控系統(tǒng)、智能交互系統(tǒng)、智能衛(wèi)生系統(tǒng)、智能玻璃界面等功能[5]的塔機(jī)智能駕駛室方案，并得以應(yīng)用；又如崔康基運(yùn)用智能遙控系統(tǒng)，使工作人員可根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的狀況，可控地選擇最佳的操作位置，避開(kāi)視野盲區(qū)，實(shí)現(xiàn)物料升降作業(yè)的高效便利，保證工作人員的人身安全[6]；再如楊偉強(qiáng)以傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)數(shù)、ZigBee技術(shù)和短消息技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一種基于ZigBee/GSM的塔機(jī)智能安全預(yù)警系統(tǒng)。對(duì)于塔機(jī)智能化應(yīng)用研究已然逐步成熟，但是對(duì)于群塔智能化管理的研究現(xiàn)有成果較少，特別是基于核安全文化特性和防人因失誤機(jī)理的智能化群塔管理系統(tǒng)或方法持續(xù)迭代中。

4 群塔智能化防碰撞管理方法探究

4.1 降低群塔碰撞風(fēng)險(xiǎn)的需要

核電工程建設(shè)中的塔機(jī)高峰期約有20座，而群塔作業(yè)主要通過(guò)人工指揮、調(diào)度，群塔之間的統(tǒng)籌協(xié)作亦是通過(guò)人為判斷的方式，存在一定的人因失誤風(fēng)險(xiǎn)，缺乏科學(xué)的預(yù)警機(jī)制。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，尤其是超級(jí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合智能算法、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算使得現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)、管理期望及安全管理深度融合成為可能。通過(guò)智能化方法替代人工指揮調(diào)度方式，減少人因失誤，降低塔機(jī)群塔作業(yè)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)，利用智能化控制方法提升塔機(jī)群塔作業(yè)管理安全性，消除人因指揮調(diào)度協(xié)調(diào)不到位而導(dǎo)致的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)塔機(jī)群塔統(tǒng)一智能化調(diào)度控制。

4.2 群塔作業(yè)智能化管控方式

智能化群塔作業(yè)的管控方式，主要可以分為授權(quán)管理系統(tǒng)、智能交接班管理系統(tǒng)、智能語(yǔ)音清場(chǎng)管理系統(tǒng)、智能檢測(cè)管理系統(tǒng)等九大要素，智能化管控方式管理要素如圖1所示。

圖1 智能化管控方法管理要素

4.3 群塔智能化防碰撞功能實(shí)現(xiàn)途徑

工作現(xiàn)場(chǎng)塔機(jī)群塔智能化作業(yè)方法旨在提高現(xiàn)場(chǎng)智慧化水平，提升多方位檢測(cè)能力，加強(qiáng)預(yù)警機(jī)制，降低人員失誤帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，讓整個(gè)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)無(wú)處遁藏，全方位保障作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)順利開(kāi)展。

系統(tǒng)A是通過(guò)人臉識(shí)別的智能門(mén)禁系統(tǒng)控制人員出入授權(quán)，對(duì)身體狀態(tài)不適，如發(fā)燒、酗酒的人員禁止其進(jìn)入工作現(xiàn)場(chǎng)，如有問(wèn)題核對(duì)其授權(quán)可靠性。人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)后B系統(tǒng)開(kāi)始作用，該系統(tǒng)可對(duì)進(jìn)入工作現(xiàn)場(chǎng)的人員或變更人員進(jìn)行交班檢查，主要如圖2所示，人員完成交接班，啟動(dòng)機(jī)器，I系統(tǒng)作用，使群塔之間互聯(lián)互通。同時(shí)D系統(tǒng)投入工作，將現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備、環(huán)境、作業(yè)情況實(shí)時(shí)通過(guò)智能化傳感器傳送至數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，根據(jù)提前規(guī)劃好的任務(wù)，此時(shí)E系統(tǒng)作用，由D系統(tǒng)傳輸來(lái)的信息自動(dòng)智能化規(guī)劃作業(yè)。根據(jù)D系統(tǒng)的傳輸信息，G系統(tǒng)投運(yùn)，可提供可視化的3D工作現(xiàn)場(chǎng)及輔助駕駛，減輕操作人員負(fù)擔(dān)，提高安全性及可靠性。從人員進(jìn)入工作現(xiàn)場(chǎng)到工作結(jié)束，均需要F系統(tǒng)作用，為此，F(xiàn)系統(tǒng)的作用將極大提升工作現(xiàn)場(chǎng)的安全性。

圖2 智能化管控設(shè)施配置示意圖

智能化管控主要流程為：系統(tǒng)A可通過(guò)人臉識(shí)別，控制進(jìn)出人員授權(quán)及狀態(tài)，對(duì)身體狀態(tài)不舒服如發(fā)燒、酗酒的人員禁止其進(jìn)入工作現(xiàn)場(chǎng)，如若有問(wèn)題，需核對(duì)其授權(quán)可靠性，而該功能主要由圖2所示12完成。人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)后B系統(tǒng)開(kāi)始作用，該系統(tǒng)可對(duì)重新進(jìn)入工作現(xiàn)場(chǎng)的人員或變更人員需要重新進(jìn)行交班檢查，該功能主要由圖2所示4完成。人員完成交接班，啟動(dòng)機(jī)器，I系統(tǒng)作用，使群塔之間互聯(lián)互通，該功能主要由圖2所示3及9設(shè)備完成此項(xiàng)功能。此時(shí)D系統(tǒng)也投入工作，將現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備、環(huán)境、作業(yè)情況實(shí)時(shí)通過(guò)智能化傳感器傳送至數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，該功能主要由圖2所示1、6、7、8、11等完成。根據(jù)提前規(guī)劃好的任務(wù)，此時(shí)E系統(tǒng)作用，根據(jù)D系統(tǒng)傳輸來(lái)的信息，自動(dòng)智能化規(guī)劃作業(yè)，該工作主要在圖2所示的4設(shè)備中完成。根據(jù)D系統(tǒng)的傳輸信息，G系統(tǒng)投運(yùn)，可提供可視化的3D工作現(xiàn)場(chǎng)及輔助駕駛，減輕操作人員負(fù)擔(dān)，提高安全性及可靠性，該功能主要由圖2所示設(shè)備3、5、4、10相互配合完成。從B、I、D、E系統(tǒng)作業(yè)情況出發(fā)，每個(gè)工作環(huán)節(jié)均采用防人因失誤的設(shè)計(jì)理念H，確保所有重要環(huán)節(jié)，都能夠?qū)⑷藛T的失誤的因素降至最低或沒(méi)有，該項(xiàng)功能主要由設(shè)備4完成。從人員進(jìn)入工作現(xiàn)場(chǎng)到工作結(jié)束，均需要F系統(tǒng)作用，安全是底線，所有工作的開(kāi)展均以安全為基礎(chǔ)，為此，F(xiàn)系統(tǒng)的作用將極大提升工作現(xiàn)場(chǎng)的安全性。該工作主要由圖2所示設(shè)備1、6、7、8、9、11、12、配合設(shè)備4完成此項(xiàng)工作。

5 結(jié)束語(yǔ)

塔機(jī)群塔作業(yè)過(guò)程中所面臨的各類問(wèn)題，可以通過(guò)智能化、智慧化、數(shù)字化、可視化的技術(shù)方法得以解決。群塔智能化防誤碰管理方法可以提升多方位檢測(cè)能力，加強(qiáng)預(yù)警機(jī)制，讓整個(gè)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)無(wú)處遁藏，全方位保障作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)順利開(kāi)展。群塔智能化防碰撞管理方法與傳統(tǒng)的塔吊可視化管理相比，更加注重群塔智能化防誤碰，通過(guò)新型信息技術(shù)部分替代人工調(diào)度的功能，可以有效降低人因可能帶來(lái)的嚴(yán)重后果，使管理人員能夠更加充分地掌控現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度及作業(yè)情況，有效降低安全風(fēng)險(xiǎn)和管理成本，助力核電建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展。