高空防坠落装置的使用现状及改进措施

杨宇轩 鲁 义教授 李 敏 周荣义副教授 刘 勇

(1.湖南科技大学 资源环境与安全工程学院，湖南 湘潭 411201；2.湖南永霏特种防护用品有限公司，湖南 湘潭 411201)

0 引言

近年来，随着我国经济的快速发展以及人口不断增加，为合理利用土地资源，高层建筑将成为未来的主流。在高层建筑数量急剧增加的同时，高处作业风险也突显出来。据相关数据显示，我国近5年来仅建筑领域发生的高空坠落事故就高达1 600多起，死亡人数超过2 000人，坠落事故几乎占总建筑事故起数的一半，这还不包括需要频繁高处作业的电力行业。高处作业是一种高需求、高风险的特殊职业，减少高空坠落事故的发生，提高高处作业的安全性已迫在眉睫。

由于高空坠落事故频发，国家对高处作业安全高度重视，先后出台一系列防坠落装置实行标准。为响应国家号召，相关企业为降低作业人员高处作业的风险，也采取了相应措施，例如，在易发生高空坠落的场所设置警示标志、给高处作业人员配备防坠落装置、对高处作业人员进行安全培训等。但尽管企业对高处作业防坠落采取了预防措施，但仍有高处作业人员在配戴防坠落装置的情况下发生高空坠落事故。调查发现，这些事故的主要原因是高空防坠落装置存在一些缺陷，如防坠器不能高挂低用、制动效果差、反应滞后、误止锁等，在不同环境下使用存在一定的局限性。因此，本文通过对高空防坠落装置的类型、特点以及装置存在的缺陷进行分析，提出对防坠落装置的材料和结构进行优化、融入智能模块、改变防坠器的止锁方式来解决高空防坠落装置的技术难题，以达到提高防坠落装置的安全性，便于今后对防坠落装置推广和使用的目的。

1 防坠落装置类型及特点

防坠落装置作为高处作业最重要的防护工具，主要由防坠器、全身式安全带、挂点(导轨)3大要素组成，三者缺一不可。其中，防坠器是防坠落装置中的主要部件，根据防坠器的结构及工作原理可将防坠器划分为导向型防坠器和速差式防坠器。

1.1 导向型防坠器

导向型防坠器又称自锁器，与导轨、安全带、安全绳、连接件、缓冲包(可选)共同构成导向型防坠落系统，根据导轨使用材料不同，又可将导向型防坠器分为刚性导轨防坠器和柔性导轨防坠器。导向型防坠落装置的导轨一般使用碳元素结构钢或不锈钢材料制成，而柔性导轨防坠器的导轨主要由钢丝或者合成纤维制成。

导向型防坠器的工作原理主要是在建筑物外墙或高架上固定安装垂直导轨，作业人员在向上攀爬进行高处作业过程中，全身式安全带相连接的防坠器安装在导轨上。在未触发坠落动作前，防坠器可无障碍随作业人员身体的移动沿导轨上下移动；一旦触发坠落动作，防坠器在人体向下的重力作用下迫使凸轮向导轨方向挤压，通过凸轮与导轨的摩擦达到制动的效果，阻止作业人员继续下坠，从而起到防坠的作用。根据导向型防坠器在使用前需要先安装固定导轨这一特点，导向型防坠器一般适用于可对工作面进行改造或可安装固定导轨的作业场所，如高空塔吊人员上下塔吊、电力检修人员攀爬铁塔。

1.2 速差式防坠器

速差式防坠器与固定挂点、安全带、安全绳、缓冲包(可选)共同构成收放式防坠落装置，由于安全绳长度的不同，其可用工作高度范围一般是3～30m。

速差式防坠器的防坠原理主要是将收放式防坠器固定在作业人员的正上方，然后将安全带上的D型环与防坠器的挂钩连接。在未触发坠落动作前，防坠器中的安全绳会随作业人员上下移动自动收放；一旦触发下坠动作，由于人体突然下坠时产生的速度差，棘齿制动器内锁止系统瞬间锁止安全绳，阻止人体继续坠落。在人体解除危险后，安全绳处于松弛状态,没有受到巨大拉力的鼓轮随即自动解锁，此时安全绳又可以自由收放，继续对作业人员进行实时保护，在工作完成后，安全绳会在弹性片的作用下自动收入防坠器内。根据速差式防坠器的特点及工作原理，一般将速差式防坠器用于电梯井道维修、攀岩运动、高空吊装等无法对工作面进行改装的场合。

2 我国防坠落装置现状

2000年以前，我国主要在建筑施工行业对防坠落装置有所涉及，在其他如石油、电力、航空行业几乎从未使用过专业的防坠落装备。但是，2009年以后由于我国行业发展的需求，我国对高空防坠落装置非常重视，在参考欧洲及国际标准的基础上，逐步建立一套较为完善的防坠落装置标准体系，见下表。

表 我国防坠落装置现行主要标准Tab. The main current standards of national fall protection equipment in China

目前我国使用的防坠器主要有导向型防坠器和速差式防坠器2种，这2种防坠器的来源一般是进口或是国产。国外防坠落装置的生产技术先进，装置的可靠性较强，但价格昂贵，每一套装置都几千到几万不等。不仅如此，在使用过程中进口防坠落装置的零件若有所损坏，在国内根本找不到同样的零件更换，唯一的方法是将损坏零件寄回国外生产厂家进行更换，不但浪费时间，而且增加使用成本，因此进口防坠落装置要想在国内广泛使用基本不可能。而我国自主生产的防坠落装置的价格区间大概在500到2 000不等，对比于进口防坠器价格优势非常明显，但是，由于我国在高空防护领域起步较晚，对防坠落装置标准了解不够深入，对防坠落装置也缺乏科学系统的认识，导致我国防坠器的研制技术不够成熟，在实际应用中还存在一些问题。

2.1 导向型防坠落装置存在问题分析

(1)使用环境受限，导轨维护困难。导向型防坠器主要用于电力行业，绝大部分使用场景是在室外，并且所需要的导轨一般都是永久性安装。由于一年四季长时间暴露在外，导轨容易腐蚀、生锈，再加上一旦遇到雨雪等极度恶劣的天气，导轨很可能会结冰，如果不及时维护检修，之后使用时，导轨容易发生卡顿现象，影响后续使用。

(2)无法“高挂低用”。导向型防坠器一般配戴在作业人员腰部，依靠作业人员的上下移动拖动防坠器发生相应的运动，不符合安全带“高挂低用”的原则，一旦发生坠落，由于下落距离过长，作业人员在巨大冲击力下身体很难保持平衡，易导致作业人员的头部与周围物体发生碰撞，造成次主伤害。

(3)导轨磨损严重，制动效果差。导向型防坠器的工作原理是通过防坠器与导轨之间的摩擦发生制动，长时间反复使用对导轨与自锁器都有一定损耗，影响防坠落装置的使用寿命，并且摩擦制动存在一定滞后性，在发生坠落时延长下坠距离，给作业人员的身体造成更大的冲击。

2.2 速差式防坠落装置存在问题分析

(1)易发生“钟摆效应”，无法自救。速差式防坠器在使用时要将防坠器挂于作业人员的正上方，通过竖直放出的安全绳对作业人员进行保护，如果作业人员横向移动距离过长，在发生坠落后，由于安全绳与人的重心存在一定角度，将导致作业人员的身体发生钟摆效应，容易使作业人员在摆动过程中与周围物体发生碰撞而造成伤害，并且在坠落后如果周围没有能使作业人员站稳的物体，防坠器将无法解锁，使作业人员只能等待救援，无法进行自救。

(2)收绳速度不可控。由于速差式防坠器内部结构复杂，且其空腔内需要给收放的安全绳足够的空间，因此防坠器的体积过大，自重过重，导致携带非常不便，如果速差式防坠器用于人体向下移动防坠时，在使用完成后虽然安全绳会在弹性片的作用下自行收回防坠器内，但自动收回时安全绳的收缩速度不可控，这可能对防坠器内部零件造成较大的冲击，造成内部零件损坏，影响其使用寿命。

(3)磨损的安全绳不可更换。目前我国所生产的防坠器都是一体式不可拆卸结构，在使用过程中安全绳来回反复工作容易对安全绳造成磨损，但作业人员无法对磨损的安全绳进行检修与更换，从某种程度上增加速差式防坠器的使用成本。

无论是导向型防坠器还是速差式防坠器，对高处作业人员的保护策略都属于被动保护，在作业人员正常攀爬过程中闭锁装置处于开放状态，发生坠落后才进行锁止，反应滞后，安全性有待加强。

3 改进措施

虽然我国在高空防护领域起步较晚，对高空防坠落装置的认识和运用不够全面，导致我国高空防坠落装置在实际应用过程中还存在缺陷，但随着近些年国家及企业对高处作业的重视及对防坠落装置应用的普及，我国高空防坠落装置的研发技术日渐成熟。

3.1 导向型防坠落装置

(1)对导向型防坠器的材料进行优化。由于导轨一直暴露在自然环境当中，因此导轨的选材要注重高强度、耐磨、抗腐蚀性，以延长其使用寿命；对于自锁器，由于其在工作中要随作业人员上下移动，因此对导向型防坠器的设计要在保证其安全性的基础上充分考虑其便携性，保证防坠器的质量不超过1kg。

(2)将导向型防坠器智能化。通过给防坠器加装控制模块，研制一种能根据作业人员的移动在导轨上相应上下移动的防坠器，这不仅能解决高挂低用的问题，同时也有效缩短下坠距离，减小作业人员坠落时的惯性对身体的冲击。

(3)改变制动方式。目前导向型防坠器都是采用单边止锁，制动效果差，若改变防坠器的制动方式，将防坠器设计成双边止锁或采用更可靠的气动止锁或液压止锁，提高防坠器的灵敏度，减小防坠器的制动距离，增加其可靠性。

3.2 速差式防坠落装置

(1)重新设计防坠器的结构。现有的速差式防坠器都是一体式结构，内部易损部件安全绳无法自行更换。对防坠器的结构进行重新设计，将安全绳盘设计成可拆卸式，在使用后能及时对安全绳进行维护或更换，能有效提高防坠器的安全性。

(2)加入速度控制模块。由于目前速差式防坠器采用机械止锁，在实际应用中有误止锁情况发生且在使用后安全绳收缩速度不可控，易对内部零件造成冲击，在防坠器中加入一个速度控制模块，当安全绳拉出速度达到一定值时，防坠器能及时止锁，在解除危险后，防坠器能及时解锁，实现作业人员自救。在防坠器使用完后，控制模块能控制安全绳的收起速度，以降低挂钩对防坠器内部元件的冲击。

(3)加入角度模块。角度模块可有效预防作业人员发生坠落后的“钟摆效应”，在作业人员的横向移动超出预定范围时发出警报，以提醒作业人员，让作业人员回到安全作业范围内。

(4)保护策略由被动保护向主动保护转变。目前所有的防坠器都是在坠落动作发生后才进行止锁，反应滞后，有延长下坠距离导致冲击力过大的风险，将保护策略转变为主动保护，使防坠器在发生坠落前一直处于止锁状态，有效避免防坠落装置反应滞后导致缓冲行程过长的风险，提高防坠器的安全性能。

4 结论

(1)防坠落装置是保障高处作业人员生命安全的最后一道屏障，已初步应用到电力、建筑、船舶、航空等行业并具有良好的发展前景，但目前市场上的防坠器型号多样，功能不一，质量参差不齐，通用性低，导致防坠器在各行业很难得到广泛应用。因此，减少防坠器的型号，增加其通用性是使防坠落装置普及的前提。

(2)我国防坠落装置的研发技术逐渐趋于成熟，在防坠器的安全性和可靠性上已基本得到保障，但在舒适性、灵敏性方面还有很大的提升空间，在今后防坠落装置的发展过程中应加强对防坠器止锁的灵敏性以及使用者的舒适性方面的考虑，致力于研制出符合我国国情，满足行业需求的防坠器。

(3)本文虽然针对防坠落装置在应用过程中存在的问题提出有效的解决办法，但在“人、机、环、管”4个方面只讨论机械设备的不安全因素，对人的不安全行为、环境因素以及管理缺陷方面还有待进一步分析。