教学用塔机实训模式研究

刘承桓，鲁卫涛,2，张磊庆，尹如法，崔新亮

(1.中国建筑科学研究院有限公司 建筑机械化研究分院，河北 廊坊，065000；2.中国建设教育协会，北京 100000；3.廊坊凯博建设机械科技有限公司，河北 廊坊 065001)

塔式起重机（以下简称“塔机”）作为建筑行业主要的垂直运输机械，是决定工程质量、进度和成本的重要因素。塔机按变幅方式可分为平臂式和动臂式，平臂式塔机臂架较长，转动时，覆盖面积大，动臂式塔机起重量大，施工时吊臂可不超出工地围栏，不跨越相邻建筑物，避免相邻塔机间的干涉。在八大类特种设备事故中，塔机事故发生率高居榜首，人员伤亡数量也位居前列，如何有效降低塔机事故发生率是建筑行业亟待解决的难题。相关学者对塔机事故进行研究后认为“人的不安全行为是影响塔机安全的重要原因”。为此，本文分析了塔机特种作业人员培训考核现状，对塔司实操考训装备和实操培训模式进行了研究。

1 国家政策与行业背景

国家先后出台了《建筑起重机械安全监督管理规定》、《建筑施工特种作业人员管理规定》等法律法规文件，对建筑施工特种作业人员的培训考核、发证、从业和监督管理做了具体要求，塔机特种作业人员类别为如下类：安装拆卸工、司机、司索信号工、安装质量检测工，塔机司机上岗需持“特种工操作证上岗”，但建筑起重机械司机（塔机）特种作业证并没有区分动臂式塔机操作和平臂式塔机操作。

建筑起重机械司机（塔机）的培训与考核主要由住房城乡建设主管部门指定的特种作业人员培训考核机构完成，培训考核机构受设备成本、训练成本、设备的维护保养、实操场地等种种因素的制约，无法满足日益增长的培训考核需求，绝大多数培训考核机构重取证，轻培训；重理论，轻实操；重经验教学，轻系统学习，使得综合实操训练被弱化。

2 塔机司机实操考训装备与实操培训现状

国内塔司培训中，普遍使用工地淘汰的二手平臂式塔机进行实操培训，因此事故多发；使用施工用塔机进行培训能耗高、成本高，培训效果差、效率低下，一般塔机司机的培训周期需要2个月以上；由于部分塔司学员缺乏安全意识，而施工用塔机培训的适应性又不足，培训中存在安全隐患。另外，国内几乎没有能开展动臂塔实操考训的培训单位。

因此，是塔司培训专用设备缺失导致了塔机培训工作整体滞后于塔机技术发展的要求和建筑市场的需求，进而带来了塔机操作安全方面的隐患，所以开发实训专用的教学型装备已迫在眉睫。

3 存在的问题

1）塔司培训周期长无法满足快速发展的建筑行业对塔机司机的数量需求。

2）学员上下塔机耗时费力，学员有效上机实操时间短，操作不熟练、不规范，给日后操作带来了隐患。

3）施工用塔机可开展的教学科目有限，教学效果不理想，教学安全保障不够。

4）施工用塔机驾驶室容量小，不允许多人同时登塔，学员无法近距离了解塔机结构组成，也无法当场交流实操技能。

5）缺乏监控回溯系统，导致实操培训与考试过程不够透明。

6）我国塔机存量大，塔机流动性强，驾驶人员需求逐渐增加，培训市场活跃，但建筑起重机械司机培训周期长，持证学员数量和效果不能满足现阶段市场上的塔机应用需要。

7）动臂塔机的操作特点与平臂塔机差别较大，其操作也需有专门的教学设备进行专业化培训，但市场上没有专门用于教学培训的动臂式塔机，能开展动臂塔考训的培训单位寥寥无几，各地安监、质监主管部门也极少开展动臂塔司考试。

4 行业需求与解决方案

4.1 行业需求

行业需求包括以下两个方面的内容。

1）需要开发专用教学考训塔机并配安全监控系统和高空作业体感体验区，具有视频考评回溯与纠纷处理功能，具有较好的操作容错性，较大的安全冗余，保证学员实际操作的安全性，具有视频监控功能可将学员操作过程可记录与追溯，保证塔司学员的实操考核客观公正，能够帮助培训学校解决塔机驾驶人员在技术培训上的“缺乏专业考训装备”、“考训效率低下”、“考训安全隐患”等诸多问题，克服普通塔机用来教学的种种弊端，提高实操安全性，降低实操培训成本，提高学校收益。

2）基于教学考训塔机形成具有建设机械行业特色的“系统性教学培训与实操训练体系”改变培训模式，结合建筑施工机械行业操作培训特色，运用新实操装备以培训实操技能为本，培养学员在工地中的操作和维护设备的能力，扭转目前塔机操作安全形势严峻的被动局面。

4.2 解决方案

4.2.1 研发应用专业化的培训装备

通过教学型塔机的开发应用，增加司机室容员量，增加实操科目，克服普通塔机用来教学的种种弊端。塔机整体设计更加侧重于塔机的教学安全及教学实用性，能真实再现施工作业场景和施工作业吊装动作，使所有将要进入到塔机操作行业的人员，在安全低成本的条件下得到与真实操作环境相同的训练，提高从业人员的技能和安全素质，使相关作业人员，不仅是持证上岗，而且是真正能够胜任这项工作。

4.2.2 研究推广新型培训模式

基于平臂式和动臂式两种教学型塔机，研究建筑塔机培训知识体系，形成整体教学解决方案包括：安全解决方案、施工安全标准培训、操作能力层面培训、施工现场安全教育等，最终形成自主知识产权的实训新模式，根据研究成果编制团体标准，降低实操成本的同时延长实操培训机时，提升安全素养，提高班次培训速度，改善培训效果。

4.2.3 价值与意义

①形成具有建设机械行业特色的“系统性教学培训与实操训练体系”；②提高培训机构系统性教学能力，提升实操教具装备整体水平，保障培养出理论知识扎实、实操技能优秀的操作手；③促进行业自律，降低塔司培训单位实操培训成本，进一步提升行业服务水平。

5 设备研发与试制

5.1 研发路线

广泛吸取国内施工塔机的使用特点，立足于教育培训需求，开展自主创新。深入研究同类设备的特点，结合国内已有的相关科技成果，确定主攻方向，自主研发新技术新产品。从技术、装置等方面有突出的创新，保证关键技术拥有自主知识产权。研发流程如图1 所示。

图1 教学型塔机研发流程

5.2 教学型塔机

5.2.1 设计计算

教学型塔机的研究和设计严格执行国家相关标准，按照简化自由度的数值计算法和动载系数法进行了设计计算，建立了教学型塔机的简化计算模型，并进行了静力学、运动学、动力学分析。

5.2.2 平臂式教学型塔机

平臂式教学型塔机（图2）主要技术性能参数如下。

最大工作幅度 16m

最大幅度额定起重量 400kg

最大额定起重量 1 000kg

最大起升高度 12m

容员量 10 人

图2 平臂式教学型塔机

5.2.3 动臂式教学型塔机

动臂式教学型塔机（图3）主要技术性能参数如下。

最大工作幅度 16m

最大幅度额定起重量 400kg

最大额定起重量 1 000kg

最大起升高度 29.5m

容员量 10 人

图3 动臂式教学型塔机

6 实施应用

经教学型塔机示范基地示范应用（图4），教学专用塔机及新型培训模式具有如下优势。

图4 教学型塔机在示范基地的应用

1）学员上下方便，各种功能齐全，操作灵活，控制精准，速度设计适中，安全系数大，适合训练和考试使用。

2）教学型塔机为塔机教学专门设计，设置双排学员观摩区，高空作业体感体验区，允许多人同时登塔开展教学和空中体验观摩。

3）配置双座椅驾驶室便于进行示范操作和考察；教练员在紧急情况下可以切断控制电源，阻止危险情况发生。

4）塔机外观设计简洁，安全系数可靠，具有较大安全冗量，保证学员误操作情况下的结构安全。

5）配备安全作业监管信息化系统保障安全；配备视频图像系统，可以远程考评、教室内观摩；纠纷数据回溯复核。

6）装配式预制基础、快拆快装系统，安拆方便，便于转场运输和快速架设。

7）教学型塔机整机采用超冗余结构安全设计，保证教学全程安全。

8）教学型塔机的安全监控系统具有故障预警、报警、停止危险动作并自动纠错、自动结束危险状态、自动归位等功能。

9）超大型训练驾驶室、教练副驾驶位改善了教练员和学员的考训环境。

10）可同时开展动臂式塔机和平臂式塔机实操培训，增加了塔司实操考训科目，提升了塔司操作技能。

7 结语

教学型塔机和新型培训模式的应用显著增加实训机时，保障学员技能，降低了学员实操安全风险指数，提高了实操考训速度，增加了塔司实操科目，实现了学员实操过程能全程记录，学员实操考评视频可回溯，增加了实操考试透明度，减少了考试纠纷，进一步规范了实操档案的建设；实现了对实操学员的全程监控和技术指导。培训满意度大幅提高，各方受益明显。推广后可以极大提高塔机操作与维修保养人员的训练手段和装备水平，对引领塔机培训行业完成实操教学转型，促进建设机械岗位人员实操技能水平具有创新意义。