高层建筑施工中塔吊智能化控制的作用

杨美凤

（中钢设备有限公司，北京 100080)

0 引言

随着我国经济的快速发展，城市集群化和土地费用的升高导致我国楼房建设呈高层化发展趋势，在高层建筑建设过程中各类大型建筑机械设施的使用越来越频繁[1-4]。而起重机械的使用不仅可以减轻劳动强度，还可提高工程效率，但在高楼建设过程中容易出现因管理不善而导致的安全事故，严重影响整个建筑施工工程质量和时间，还容易危害人员生命安全，国内外因起重机械原因，每年均发生多起严重的安全事故，造成重大财产损失和人身伤亡事故[5-7]。加强建筑施工现场起重机械的安全监管，值得相关部门和从业人员高度重视。

随着全球移动互联网技术的蓬勃发展，多样化的智能终端设备走进了我们的生活，与之相伴的人工智能技术的快速发展，促使了各种样式的人工智能机器人开始走进各个领域。尤其是无人驾驶汽车，它的诞生无疑为我国工业生产提供了更大的助力，现今在高层建筑施工过程中也开始应用无人驾驶汽车所实行的环境感知及导航定位技术，实现塔吊的自动吊取，让塔吊操作更加安全且效率更高，进而促进建筑行业的蓬勃发展[8-10]。

1 建筑工程概况

国内某地区高层建筑工程项目为一栋高层住宅楼房，总高度为22层，地下为2 层，它的总设计建筑面积约为16698m2，高度达到62.8m。基础工程采用钻孔形式的灌注C30 钢筋砼结构，它的外墙多采用吊篮脚手架施工方式，现浇钢筋砼墙板，并在局部内墙中加入加气砼块。该高层建筑物内的隔墙不仅采用较多的珍珠岩板材料，而且在实际施工建设过程中，采用至少10 台平臂吊及动臂吊的施工方式，为此在施工过程中需要适当加强塔吊间的配合度，只有实施塔吊间的智能化操作，才能确保按时保质保量地完成该高层建筑工程项目。

2 智能化塔吊防碰撞系统工程应用的作用

2.1 高层建筑施工中塔吊防撞系统智能化优势

在该高层建筑施工现场应用的智能型防碰撞系统主要是通过网络控制来完成的，并对高层施工现场的塔吊实际操作状态进行实时监测，同时塔吊防撞系统还需具有参数远程设置、事故调查和安全预警等功能，以此保障该高层建筑施工过程中塔吊间的安全正常运行，而相关工作人员在无需亲临建筑施工现场的条件下，可在办公室里实时远程在线观察该高层建筑在施工中塔吊间的运行状态，并将施工过程中塔吊报警等相关信息上传至网络平台，以方便工作人员和管理人员及时掌握必要信息。一旦在高层施工过程中出现任何不良状况时，观察人员可立即使用对讲机与高层建筑现场的施工人员及时对话，可有效防止塔吊间发生碰撞事故。同时，该系统还可以调取一天以内塔吊在施工运行中的工作状态记录，方便管理人员考核现场施工人员的工作业绩。此外，在塔吊中的操控室内中还专门设置了控制器，如果自身塔吊与临近塔吊的距离超过安全设定的标准距离时，则进行安全危险预警，随着塔吊间的距离越近，则报警声音会越加强烈，并且对临近塔吊的操控人员给出同样的报警信息，促使塔吊操控人员能够及时有效了解塔吊间的实际距离，减少塔吊间的碰撞几率，让高层建筑施工过程中塔吊间的操作更加安全，更加高效。

2.2 完善现场施工管理

在该高层建筑施工现场应用的智能型防碰撞系统中除具有上述功能外，还能起到监督现场施工状态的作用，它可以准确计算出塔吊所需吊取的货物实际重量，并与货物设计图中提供的数据进行核实，避免由于被吊取的货物因重量不符而出现的现场施工材料不符合安全操作规程的现象，导致安全风险问题。另外，待货物安全送达指定地点后，防碰撞系统页面会马上显示“0”的数值，以便工作人员及时了解现场的施工进度，让管理人员能够实时掌握现场的施工动态。同时，在该高层建筑施工现场的材料称重时，也可以借助该智能防碰撞系统，将该材料的实际数据上传至工程项目指挥部信息界面平台，管理人员可远程监督，便于工程管理的规范性。当工程项目会计部进行日常账目统计时，也可以借助该系统中记录的详细信息，及时汇总当月使用材料数据，并对塔吊吊取构件重量进行统计分析，为后期项目管理和优化分析提供重要的参考依据。

2.3 降低塔吊施工中安全风险

在高层建筑施工现场智能化塔吊防碰撞系统中，自身设有风速仪和数据传输设备，它能够高效协助现场施工管理人员及时有效了解周边地区的风速变化，正因为高层建筑施工现场塔吊风速与附近建筑物的风速存在差异，本项目采用防碰撞系统，不仅可以有效避免接收信号的工人与塔吊司机间对于风速不一致的长时间讨论，减少争议，提升了实际工作效率，而且强化了对现场施工中的安全管控。

3 人工智能技术在塔吊上的应用分析

3.1 图像传感技术

目前，图像传感技术是无人驾驶汽车中重要的应用手段，无人驾驶汽车之所以可以实现自动驾驶，其主要原因是借助图像传感器技术，能够及时检测到汽车是否偏离正常的道路运行轨迹，并进行预判。在无人驾驶汽车正常行驶过程中，能通过感知技术及时有效了解到汽车附近障碍物的存在信息，并利用图像传感技术将路况信息上传至网络平台上，实现路况资源共享，同样，这对于高层建筑施工过程中塔吊间安全运行也至关重要。受天气状况、相机位置和汽车车速等因素的影响，可能会导致汽车对周边路况信息判断出现偏差，但整体方向不会出现重大失误，正因为如此，该项技术可以保证无人驾驶汽车的安全运行。而这种技术完全可以应用在高层建筑施工条件下塔吊的驾驶过程中，让塔吊自动完成建筑物件吊取操作工作。由于塔吊在操作过程中存在一定技术难度，造成人员的塔吊操控技术水平差异较大，存在安全隐患，同时还要对实际操作人员进行定期考核和培训，然而通过塔吊人工智能系统的机械操作，不仅可以有效减少人为因素的干扰，而且还可提升高层建筑施工效率和安全等级。

3.2 雷达技术

无人驾驶汽车中所应用的还有毫米波雷达与激光雷达等技术，也可以应用于塔吊施工中。毫米波雷达主要是为了辅助驾驶员正确判断与障碍物之间的实际距离，比如在倒车时可准确测量方位及距离，现如今多数车辆都安装了毫米波雷达，可起到有效躲避障碍物的作用。而激光雷达主要是为了检测动态障碍物，通过对它的特征及运动轨迹的分析，可以为无人驾驶汽车提供重要的参考依据，以便在驾驶过程中不会与动态障碍物发生摩擦和碰撞，确保在整体环境中的驾驶安全，这对于高层建筑施工现场的塔吊实际操作过程可发挥重要作用，为避免塔吊与飞翔的生物或其它动态物体发生碰撞提供技术支撑，有助于提升塔吊运行过程中的安全性。

3.3 执行系统

人工智能系统与智能型防碰撞系统具有相似的作用，均利用传感器寻找目标物，并合理判断塔吊运输路径是否存在安全问题。人工智能系统中的执行系统，它主要是通过环境差异，智能选取适宜的操作途径，实现真正的智能运作。当塔吊一旦接收到传输系统提供的运输货物指令时，首先需判断塔吊在该路径运行中是否存在影响塔吊行进的障碍物，若发现可能存在碰撞现象时，则立即发出报警提示，待系统重新输入货物运输路径指令后塔吊再重新运输；当给出塔吊在行进路径中不存在障碍物时，会根据传输系统的指令将货物运输到指定地点，并根据毫米波雷达判断定位信息是否准确，若由于天气原因出现不准确现象则发出警报，让工作人员手动调整定位，若系统判断准确无误，则按照系统指令，塔吊完成绳索下放货物运输工作；当所需塔吊吊取的货物超出正常范围时，则系统会将具体信息上报给操控人员，并由工作人员自行调整货物重量，若在工程项目规定的范围内，则系统会自行判断是否存在偏离重心现象，重心若不稳很容易发生安全事故。如果存在此问题时，塔吊人工智能系统会实时预警，待工作人员重调重心后塔吊继续正常操作，在这过程中所形成的信息会全部由黑匣子记录起来，以便后期出现问题可以找到相关数据，便于计算的优化和改进。

人工智能技术已经充分应用在无人驾驶汽车中，而且能够确保其正常在路面上行驶。而若将这一技术应用在高层建筑施工的塔吊作业中，并与之完美结合，则可实现管理人员对现场塔吊使用状态远程监控，而且所使用的报警系统也可以帮助工作人员及时发现问题，并加以妥善解决，可以有效降低安全风险。通过将人工智能系统与塔吊操控系统进行有机结合，可以解决现实施工中由于视线不清和指挥不当所造成的塔吊碰撞安全事件，以及重大伤亡事故，未来人工智能技术必将广泛应用在塔吊工作中，并可有效促进建筑行业的高效发展。

4 结束语

综上所述，将无人驾驶汽车环境感知、导航定位技术和防撞技术应用于高层建筑塔吊施工中，可以有效实现货物自动快速提取操作，同时通过应用智能型防碰撞系统来解决以往塔吊起重臂杆时常碰撞现象，以此保证工作人员的人身安全，另外，随着人工智能技术的不断改进，高层建筑施工中塔吊的应用会更加安全和高效。