建筑起重机械安全监控系统的研究与应用

吴瑞卿　关而道　陈大萍　邓侃章

【摘要】各类建筑起重机械近年来得到广泛使用，但由于各种主客观原因，在施工过程中各类事故时有发生，甚至酿成重大人员伤亡事故，给施工企业的正常经营带来巨大的风险。我们借助于信息化技术，研究并建立了建筑起重机械安全监控系统，实现了对塔吊整个生命过程的实时记录和运行情况的实时监控，将起重机械现场管控、预防报警与远程监控管理平台无缝融合，及时有效地预警各种安全隐患、制约处罚违规操作，其推广应用将有助于防范和减少建筑机械安全事故。

【关键词】起重机械，安全监控，信息系统；

1、前言

目前我国正处于城镇化高速发展阶段，工程建设规模越来越大，施工技术、工艺和设备越来越复杂，施工管理难度越来越高，施工安全日益成为社会舆论关注的热点。各类建筑起重机械近年来得到广泛使用，但由于各种主客观原因，在施工过程中各类事故时有发生，甚至酿成重大人员伤亡事故，給施工企业的正常经营带来巨大的风险，并造成严重的社会不良影响。因此建立建筑起重机械安全监控系统，将起重机械现场管控、预防报警与远程监控管理平台无缝融合，及时有效地预警各种安全隐患、制约处罚违规操作，切实防范和减少建筑机械安全事故，已是势在必行。

2、现状分析

近年来，随着我国经济建设的发展，建设规模不断扩大，建筑业成为伤亡事故频率较高的行业，据国家住房和城乡建设部2008年统计，由于工程质量安全事故而造成的人员伤亡人数仅次于交通事故和煤矿事故[1]。其中建筑起重机械事故率近几年来呈现逐年上升趋势，塔吊安全事故时有发生，造成巨大的生命及财产损失，主要原因可以归纳为以下几个方面：

（1） 安装、维护单位操作不规范，没有按照相关技术要求进行安装、拆卸和维护，导致塔吊在使用之前就已经存在安全隐患。

（2） 使用单位操作不规范，违规进行超重、超力矩作业，甚至违规进行顶升操作。

（3） 施工单位为了赶工期、抢进度，忽视日常检查和维护，造成机械结构疲劳失稳，诱发安全事故。

（4） 多塔联合作业时，因缺少有针对性的方案，不能有效控制各塔机运行区域，易引发塔机相撞事故。

（5） 司机、司索工等作业人员和地面指挥人员对起吊重量估计不准，或瞬时风速过大而不能及时准确判断风速是否超标等，甚至非持证人员违规操作都可能造成操作安全隐患。

建筑起重机械应用数量众多且多为高空作业，违规操作行为隐蔽且难于监控，依靠传统的管理模式已经难以满足实际需求，建筑企业施工现场安全管理日益面临巨大的挑战，典型案例如2012年的北京市“2.22”塔吊倒塌造成7死1伤，武汉市“9.13”施工电梯事故造成19人死亡的惨案等等，这其中涉及的施工企业大多为拥有特级或一级施工资质的大型施工企业，这些重大工程质量安全事故往往成为社会关注热点，不仅给企业带来直接的经济损失，更带来长期、隐性的负面影响，甚至会带给企业巨大的经营风险。因而借助于信息技术，建立建筑起重机械安全监控系统，及时有效地识别和预警各种安全隐患、限制违规操作，并通过远程监控管理平台使施工企业能够有效监管施工现场起重机械，切实防范和减少建筑机械安全事故，已成为建筑施工企业的必然选择。

3、建筑起重机械安全监控系统的需求分析

通过对各地塔吊事故的汇总和分析，依据《中华人民共和国塔式起重机国家标准（ GB/T 5031-2008）》、《建筑起重机械安全监督管理规定（中华人民共和国建设部令第166号）》等相关法规和文件的要求，结合计算机技术、自动控制技术和通讯技术研制开发了《基于塔身倾斜监测的塔吊安全监控系统》，实现了塔吊的在线监控、数据传输、监控数据的统计和决策分析。

塔吊在工作时，需根据现场实际情况而经常改变工况进行起重作业，如改变起吊幅度、起吊高度等，而在不同工况参数下所能起吊的最大额定起重量及工作最大、最小变幅是相应不同的，因此需要一套安全记录装置能够对以上工作参数进行综合监测，判断起重机正常工作、满载、超载、变幅超上限、变幅超下限等工作状态，并给出相应报警、提示，以保证起重机械的正常工作，并利用无线传输技术数据同步上传到服务器中，管理部门可取得相应统计报表，实现信息化监管。

4、建筑起重机械安全监控系统的设计

4.1.建筑起重机械安全监控系统的总体结构

塔吊安全监控系统由塔吊运行在线监控管理系统平台、塔吊基础监控数据上载、塔吊“黑匣子”监控硬件设备、数据传输系统4大部分组成，软硬件结合，如图1所示。

根据系统的实际情况及用户的要求，系统采用“服务器/客户端（浏览器）”二层架构。由安监站或履行起重机械监管职能的机构对全市工程项目和各方责任主体实施统一监管的“建筑起重机械在线监控管理平台”，采用B/S架构，各施工现场的塔吊设备通过Internet网络、GIS数据交换平台将数据实时、自动上传到“集成监控管理平台”。

4.2.建筑起重机械安全监控系统的功能组成

系统以塔吊设备为中心，通过对设备的登记、应用告知、运行记载和统计，实现对塔吊整个生命过程的实时记录和运行情况的实时监控，保障塔吊的安全运行，确保塔吊的安全施工。如图2所示，塔吊安全监控系统由5大模块组成：设备登记模块、设备告知模块、设备运行模块、设备统计模块及系统管理模块。

4.3.建筑起重机械安全监控系统的功能说明

（1） 在线监控管理系统，塔吊在线备案功能：塔吊使用登记、产权备案、安装备案等手续通过系统在线快速完成。

（2） 塔吊运行数据分析：统计塔吊工作时间、工作台班数、塔吊上电次数、塔吊严重超载次数、猛降猛放次数等，并形成报表，管理者可据此对塔吊司机进行评价，结合教育、处罚，大大提高司机的安全意识和操作水平。

（3） 塔身两大主要防倾覆数据：基础沉降和塔身主钢架倾斜角度的自动上载，免除人工测量的复杂过程，将塔吊基础不均匀沉降和塔身倾斜角度过大作出快速的预警。

（4） 基塔吊运行参数实时显示：通过网络传输直接获取塔吊作业的各种性能参数，如临现场，系统集成手机短信报警模块，及时告知现场报警信息。

（5） 塔吊位置GIS电子地图智能显示：塔吊实际安装地理位置、项目信息、工作状态等相关信息一键获取，直观明了。

四、塔吊安全监控系统的应用效果

（1） 为管理者提供有效可行的科技手段：塔机使用分散，管理不便。而配备此系统后，每台塔机的工作地点、安装拆卸使用的时间以及运行全过程可以进行全程记录，通过GPRS传输后管理者更可适时调取相关信息，实现信息化管理，从而使管理多台塔机变得轻松自如。为管理部门评价操作者的技能、工作效率、有无违章劣迹等提供有效数据，使监督工作落到实处。

（2） 抓住事故源头，防止事故发生：此系统可实时向操作者显示塔机当前的工作参数，即：起重量、幅度、力矩和起升高度等。使操作者胸中有数，改变以往靠司机个人经验估计的盲目性操作：在达到额定载荷的90%时，系统发出报警提醒操作者注意；超过额定载荷时，系统自动切断危险方向工作电源，强迫终止违章操作。

（3） 为处理事故提供有效证据：一直以来追溯塔机事故的起因是一件非常复杂目艰难的工作。此系统可连续存储半年以上的工作过程数据，一旦发生事故，系统可提供准确的历史数据，避免事故的误判和错判。

（4） 为科学研究、制定规范提供依据：此系统的安装，将从根本上改变塔机的管理方式，做到事先预防事故，变行政办法管理为科技手段管理，变被动管理为主动管理，最终达到减少乃至消灭因违章操作和超载所引发的塔机事故。

五、结语

城镇化建设已成为十八大之后我国经济社会发展的主战略之一，城镇化既是扩大内需最雄厚的潜力所在，也是经济结构调整的重要内容。在未来二、三十年里，每年将有1000多万人口转移到城市，这必然会带来劳动生产率和城市集聚效益的提高，带来城镇公共服务和基础设施建设的扩大。塔吊安全监控系统的推广应用将有助于大幅度降低事故的发生概率，保障施工单位和人员的生命财产安全，为城镇化建设的顺利推进作出贡献。

参考文献：

1. 《中华人民共和国塔式起重机国家标准（ GB/T 5031-2008）》

2. 《建筑起重机械安全监督管理规定（中华人民共和國建设部令第166号）》