智能塔式起重机运行监控施工技术研究

解中鑫，张光尧，张严方

（中国建筑第二工程局有限公司）

1 引言

在搬运重物时，无论是水平移动，还是纵向提升，人力都有其局限性。为了确保效率、安全，需要运用到起重机。起重机结构复杂，主要包括动力模块、回转模块、起升结构、操纵部件等。对于起重机运行，如果采用传统控制技术，会面临很多问题，比如：能耗高、用力难以精确。用力过大会出现钢丝损毁从而导致事故发生。对控制人员精力消耗较多，易出现疲劳操作。针对这些问题，在工程实践中提出了对智能控制技术的需求。

智能塔式起重机运行监控系统最显著特征在于将云计算理念应用于起重机监控[1]。在该系统中，驾驶室不再是人工判断和操作空间，而是被改造成“黑匣子”，它会搜集来自于传感器的数据。该“黑匣子”基于所搜集的实时数据，对塔式起重机之间的距离进行判断，如果存在碰撞危险，会发出预警。对于预警信息，地面接收机会实时发送给监控终端。工地管理人员不必现场观察和控制，通过终端设备即可观察和操控起重机运行。另外，还可以在在终端上输入禁行区等参数，可对起重机运行历史进行调取。可见，参数范围设置是关键，在吊钩运行、风速以及起重机间距等超过参数上限，就会发出声光报警[2]。

2 技术特点

2.1 施工方便

起重机运行监控系统所需设备均已经发展出成熟模块，有清晰简单的安装方法，因此可以便捷地安装。对于所搜集数据，无线传输的方式使得布线作业不再需要，在节省施工时间的同时，也提升了系统维护便捷性。

2.2 智能化程度高

起重机运行监控的最重要特征便是高智能化，体现在：智能化采集参数，包括起重机运行现场风速、搬运物重量、搬运最大高度、运转幅度等。

①智能化分析参数。对于所搜集参数，在黑匣子中经过处理，以动态图等直观的方式显示，便于终端监控人员读取和分析；

②智能化预警，一旦某指标达到参数上限，会及时向外界发出光声预警，并通语音向控制人员报警；

③智能化通讯，基于无线通信，在起重机之间以及设备和监控之间进行数据传输，可实现参数智能化采集。

2.3 节省工期，降低成本

数据收集和显示均通过智能化方式进行，控制人员不需要进行环境观察，能够节省时间。更为重要的是，可以通过更为全面的数据采取控制措施，在提高安全性的同时，也提高了作业效率，对成本控制有促进作用。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 施工工艺流程

该监控系统的工艺流程包含如下环节：

群塔监控系统安装→参数设定→系统调试→运行监控及预警→数据分析及总结。

3.2 施工工艺及操作要点

3.2.1 群塔监控系统安装

物联网无线智能塔式起重机运行监控系统包括各类传感器(风速传感器、幅度传感器、角度传感器、倾角传感器等)、无线通信模块、塔式起重机黑匣子、地面监控软件等[3]。

1）传感器安装

为了更加准确地搜集风速参数，在安装风速传感器时要注意，不能被其他部件遮挡，通常会选择安装于配重臂，并加以固定。幅度传感器的安装则要注意，其底板需要通过焊接方式为错台式，并通过万向节将其与限位器连接。这一方面可以更好地进行固定，另一方面则是为了更好地搜集幅度数值，提高传感器精度。角度传感器安装则要注意，采用循环紧固的方式，将其固定在回转大齿伸出沿，要注意观察螺丝受力是否均匀。安装倾角传感器时，同样需要采用循环紧固的方式，将其安装在回转平台伸出沿，在固定的同时要保证其水平控制。

2）塔式起重机黑匣子安装

在安装该模块时，需要在驾驶室里挑选合适的位置。通常需要选择钢结构，其强度需要高于自攻螺丝钻孔所施加的强度。同时还要考虑到驾驶员的动作便捷性，不能对其正常操作构成干扰。由于塔式起重机运作过程中存在震动，因此一定要确保自攻螺丝的固定性，避免脱落[4]。

3）GPRS无线通信模块安装

安装该模块时，需要用螺丝将其固定在设备最上部的立柱钢结构。安装完成后，对其进行调试，确保其与黑匣子之间通信顺畅。

4）地面监控接收机安装

该设备通常被安装在建筑场地监控室，以便管理和维护。在连接到计算机后，需要进行调试，确保信号传输正常。

3.2.2 参数设定

上述各模块安装结束后，即可设置各项指标的控制参数。在设置风速参数时，通常需要将其上限设定为20m/s。可根据建筑现场实地情形，对该上限值进行调整。在设置小车限位参数时，可分别设置预警值、报警值。即，如果小车与起重机距离进入4m范围时发出预警，如果距离进入2m范围发出报警信号。

关于回转限位，为了防止起重机之间碰撞，需要将搜集角度传感的数据，并将其输入通信模块，从而在起重机之间起到碰撞预警、报警。预警值的区间为10m～20m，而报警区间值为8m～10m，具体的上限值基于现场确定。

关于禁行区域，通常是针对学校、高压线以及人员出入场所而设定的。其预警、报警的区间分别为8m～10m、4m～8m，具体上限参数要考虑设备型号、建筑现场防护水平。

3.2.3 系统调试

在完成上述工作后，为了确保后续运行正常，需要进行系统调试。首先是对信息传输是否正常进行确认，如果出现异常，需要及时进行检查尽快排除。结合现场情况，对参数设置情况进行检查，如果存在上线设置不合理，要及时调整。对预警系统是否灵敏进行检查，除了光声报警功能，同样需要检查语音报警是否清晰、是否存在延迟。在以上调试过程中，除了考虑现场的地理、建筑布局等客观条件，还需要分析塔式起重机的布局。即使是在调试完整以后，监控系统在后期运行可能面临新的情况，因此需要持续地升级。

3.2.4 运行监控及预警

在上述系统调试以后，便可正式运行该监控系统，通过对采集到的倾斜、角度、风速等信息进行分析，黑匣子能够将分析结果上传到监控终端，管理人员通过监控终端即可查看实时情况以及起重机运行轨迹。在运行过程中，地面监测软件发挥的作用是很关键，它可以将起重机周围楼宇、公共电缆线路等信息发生黑匣子，如果距离超过上限值，便发出声光报警。另外，监控系统还可以对各起重机之间的距离、各自运行状况进行监控，能够避免在交叉作业空间出现碰撞。在达到间距上限之后，系统对碰撞可能性进行评估，并作出制动操作。

3.2.5 数据分析及总结

对于监控系统所收集到的数据汇总并存储在数据库中。管理人员可以根据自身需要调取数据分析模块，以便更为详细的了解运行数据。基于数据分析报表能够对起重机的安全状况进行判断，这是日常管理最重要的内容之一。如果发现存在安全隐患，需要及时对起重机进行实地检测，并作出维修、更换等后续处理。

另外，该监控系统详细地记录操作人员的操作，管理人员也可以调取这一部分数据，对起重机操作人员的安全意识以及技能进行判断。如果发现在操作技能等层面存在问题，需要及时提醒、现场教育或组织其进行操作培训。对操作记录不良、多次不遵循操作规范的操作人员，可以做出退场处理，因而可以提前排除群塔作业的安全隐患。

4 质量控制要点

传感器安装相关作业必须由专业人员操作，而且要对牢固与否进行检查，避免出现松动脱落情形。在安装完成后，要进行多轮测试，确认其运行正常。幅度传感器需要通过万向节来连接，并对其同轴误差进行控制，技术层面来看，该误差值要在2mm范围内。角度传感器的安装要注意一个细节，即其回转大齿的间隙，通常需要控制在1mm～3mm范围内。传感器安装作业过程中与结束后，要多次检查螺丝是否牢固，如果存在松动要及时拧紧，这是相关传感器能否正常运作的硬性保障条件。

5 结语

相比较而言，智能塔式起重机有很多优点，主要体现在其监控系统安装便捷、操作简单以及监控智能化等方面。综上可知，所讨论的监控系统能够极大提升塔式起重机的运行效率及运行安全性。如果对其加以合理而高效的运用，可极大提升其运行质量，实现工程管理方的经济及安全目标。