建筑钢结构工程的生产安全风险分析

吴庆杰

（上海建工一建集团有限公司，上海 200120）

装配式建筑主要包括预制装配式混凝土结构、钢结构、现代木结构建筑等。我国钢结构行业发展速度飞快，得益于钢结构独有的特性，比如说自重轻、强度高、抗震性能好、施工速度快等优点，其已被广泛应用于众多大型厂房、场馆、超高层（如上海中心大厦、上海白玉兰广场）、商办项目，甚至包括部分住宅类项目中。钢结构工程相比于现浇混凝土结构有众多优点外，也有众多不同的施工特性，其施工周期包含多个阶段，涉及前期深化设计、工厂加工制作、施工现场吊装和安装等，每个阶段均需考虑安全风险管控。同时钢结构工程与其它专业工程（土建、幕墙、机电等） 联系紧密，对它们现场安全管控有巨大影响。

1 工程概况

科力远新能源系统集成研发总部项目（以下简称为“科力远项目”） 用地面积逾2.4 万m，总建筑面积逾9.2 万m，地下一层结构； 地上3 栋塔楼，主要由1、2、3 号楼及1、2 号楼配套裙房组成（塔楼最高为14 层，裙房最高3 层），地下室部分为钢管混凝土结构，地上为钢框架结构。钢结构总吨位7000t，建成后为科技产业园区的一部分。

2 作业特点

2.1 施工特点

钢结构工业化生产程度高，主要由型钢和钢板等制成的钢柱、钢梁、钢桁架、预制楼梯等构件组成。一般而言，钢结构工程的构件或部件较多，科力远项目的钢梁、钢柱就有9800 多根。钢构件在专业加工厂制造，然后运至施工现场，通过起重机械吊运至结构面，过程中存在大量的装卸和吊运风险，并采用焊接和螺栓等连接方式进行拼装，过程中存在大量的临时用电、焊接作业风险。同时钢结构工程施工遵循钢柱、钢粱、桁架（压型钢） 板依次施工的流程，作业面处于不同高度，有高处作业和垂直交叉作业的风险。另外，当建筑外围有劲性柱/粱或混凝土结构施工时，结构外围会搭设脚手架，其他一般框架钢结构工程往往采用无脚手架体系，存在大量的临边作业和物体打击风险。

2.2 人员特点

与传统钢筋混凝土结构不同，单栋钢结构施工班组作业人员需求数量相对较少，科力远项目一栋单体一般配置27 人左右，其中吊装4 人，柱子校正3 人，螺栓安装2 人，焊接3 人，楼层板安装6 人，楼板栓钉固定2 人，安全设施设置5 人，安全监督2 人，多单体各工序流水施工。同时，钢结构工程“高空、高危、高风险、重体力、技术要求高” 的作业特性对作业人员年龄、精神状态和身体素质的要求高。另外，钢结构工程对作业人员的能力要求较高。根据行业规定，专门或经常在坠落高度基准面2m及以上有可能坠落的高处进行的作业人员需考持有高处作业操作证，动火作业人员需持有建筑焊割（操作） 工证，以后也可能需配备钢结构吊装工等特殊工种，以上使得钢结构班组逐渐趋于年轻化和专业化。

3 主要工作和安全风险

3.1 图纸深化工作

深化设计也叫做“二次设计”，其目的主要在于对业主提供的原设计图纸中无法达到国内法规深度要求的部分进行合理细化，是钢结构实施过程中最关键的环节，对后期的安全管控也尤其重要。考虑总包钢结构管控力量不足，无法自行进行深化工作，科力远项目将钢结构深化设计、加工制作及现场安装统一发包给一家钢结构专业分包单位。在项目前期，业主方提供手续完整设计图纸，专业单位根据蓝图进行“二次设计”，将结构拆分成梁、柱、梯等构件，并将所有构件独立编号制成加工图，最终形成深化图，用于指导加工制作。

为有充足的深化时间，一般选择提前深化，科力远项目的深化设计在构件加工前2 个月开始实施，设计中充分考虑现场安全辅助措施与构件的融合，如吊装用的吊耳、设置在主梁下翼缘的安全平网挂钩等。深化中考虑钢结构与其他专业工程的配合，如与土建的衔接、机电管线洞口预留、幕墙埋件设置等，其设计深度决定了后期专业单位生产安全管控的难易程度，如劲性钢柱与现浇粱水平钢筋交接部位设置套筒可以减少大量的焊接施工，幕墙埋件提前在钢梁中进行预留可以减少后期高处动火作业产生的消防隐患。

3.2 工厂加工制作

钢结构构件标准化程度关系到现场安装效率和安全性。为保证构件的标准化生产，从管理角度，总包有必要提前考察加工单位，涉及生产线情况、产能、工厂构件堆场、工厂与现场运距等，全面衡量加工厂综合实力，既确保加工厂产能能够满足现场钢结构供应，也能确保加工厂有精确化实现深化图纸要求的实力，对安全辅助设施等进行提前预埋，避免疏忽遗漏。

3.3 现场吊装作业

目前结构安装常用的起重机械包括履带式起重机、汽车式起重机、塔式起重机等，比较常见的是塔式起重机。在项目前期策划阶段，根据项目单体布置、材料堆场情况以及现场最重钢构件或部件位置等综合考虑塔吊的位置、最大吊运重量和吊运半径等，对塔吊选型和数量进行确定。科力远项目3 栋塔楼配备了3 台塔吊，两台为STT373 （最大吊运重量18t），一台为STT200 （最大吊运重量12t），能满足现场最重的一根构件（10.5t） 的吊装工作。吊装过程中根据计划吊装路线进行吊装，从楼梯位置开始吊装，先柱后梁，严格检查构件或部件的吊点，并对吊运钢丝绳的直径、编结长度和磨损程度进行检查，吊装前严格检查捆绑在柱上的工具爬梯和防坠器，并对塔吊司机、司索指挥等特殊工种进行教育、交底，严格执行“十不吊”。施工人员不得站在起吊构件上，也不得站在构建运动方向和垂直下方，禁止无关人员进入吊装区域。若施工现场进行钢结构夜间施工，需有足够的照明，确保吊运等作业安全受控。

3.4 现场安全管控

钢结构工程的安全事故多以结构失稳坍塌、高处坠物、火灾等形式发生，近年来也发生堆场构件倾倒以及违规起吊造成物体打击的事件。钢结构施工存在大量的攀爬作业，现场涉及众多登高及辅助装置，如钢柱上的工具爬梯和防坠器。到工作面时，人员一直处于高处作业的状态，出于安全考虑，现场需大量设置水平和竖向的安全防护，从人员安全带的佩戴、钢梁侧/结构边临时钢丝生命绳的张拉、电梯井和管弄井区域的垂直防护、防坠安全平网和建筑物外侧挑网的布置等，均从设施上完善应急管控措施。随着新标《坠落防护安全带》 （GB6095—2021） 的实施，规定了坠落悬挂用带的要求。高处作业人员随身物品也需加强管理，以防掉落造成物体打击。同时，钢结构工程大量的焊接工作，现场除做好设备的临时用电管理外，一般会定制钢柱焊接操作平台、定型化的粱边焊接吊笼、工具式接火斗等。除此以外，氧气、乙炔、二氧化碳危险品的存放和消防管控、气瓶的吊运以及高处突发事件应急处置等，均为钢结构安全管控的重点。

3.5 危大工程管理

钢结构施工中常常涉及超过一定规模的危险性较大的工程，比如： 1） 跨度大于36m以上钢结构安装工程； 2） 跨度大于60m以上的网架和索膜结构安装工程； 3） 用于钢结构安装等满堂承重支撑体系，且单点集中荷载不小于700kg； 4） 采用非常规起重设备、方法、且单体起吊重量在100KN以上的起重吊装工程； 5） 起重量300KN以上的起重设备安装工程需要编制安全专项施工方案并经专家组论证通过。

4 发展方向和安全管理思考

4.1 增强管理深度

如前所述，钢结构工程的深化设计、加工制作、现场安装统一发包给一家钢结构专业分包单位，对专业单位的自我管控和合同履约能力要求高，长此以往造成总包对分包的依赖。由于总包的抗风险能力高，能充分发挥总集成的作用，从精细化管理角度，可以探索将深化工作与钢结构专业单位剥离，探索自行优化和深化，统筹进行专业间的协调和节点优化工作。

同时，在当前钢结构管理过程中，存在大量工作面移交，即安全责任移交工作。一是钢结构桁架（压型钢） 板铺设完毕后移交给土建单位，移交时现场管弄井洞口、电梯井口区域往往处于临边、洞口防护缺失的状态。二是土建结构验收后，幕墙单位进场进行龙骨和玻璃安装前，土建单位将楼层临边防护移交给幕墙单位。为解决移交后的安全风险，主要从水平和竖向防护着手，水平向防护可以采取两道安全平网设置，一道位于桁架板下侧，另一道位于钢梁下侧，两层隔离避免了两个操作面的高坠风险，竖向防护可以采取结构外围防尘安全网封闭体系，既解决楼层临边护栏转换、移交的风险，也避免后期喷涂防火涂料对幕墙和环境的污染。

另外，加工后的钢构件一般处于厂区存放、运输、现场堆放、构件安装等阶段，总包可以联合加工单位采用信息化手段（一般是建立数据库，并于构件上张贴二维码，二维码中有构件的编号、规格、平面位置、生产日期等信息），进行数据动态更新，加强对每个构件的状态追踪，避免出现钢柱、钢粱已经安装到一定高度，但钢楼梯迟迟未到现场，导致攀登作业风险频繁发生，也避免发生钢柱吊装完毕后，钢梁未及时运至现场安装，导致未形成完整的框架体系，造成安全风险。

4.2 进行体系融合

钢结构既可以与混凝土结构，也可以与预制混凝土（PC） 结构相结合，充分利用各自材料性能的优势，个别商办项目（如在建的上海安踏总部项目） 已经实现现浇柱、预制PC梁和桁架板的结合。钢筋桁架板优势在于能够承受混凝土自重和施工荷载，无需搭设和拆卸任何临时脚手支撑，科力远项目现浇结构模板采用钢筋桁架板，现场未加设支撑。可在实际施工过程中，由于混凝土浇筑集中导致局部冲压力过大，荷载较大，从而出现局部桁架板下陷的现象，甚至在类似项目出现混凝土浇筑过程中，桁架板破损，人员从浇筑层坠落的安全事故。出于安全考虑，个别项目在设计说明中明确了钢筋桁架楼承板最大无支撑跨度（表1），超过跨度下方需设置临时排架支撑。另外，当钢筋桁架板与预制PC梁结合时，由于桁架板无法搁置在PC梁上，且两者也无法通过栓钉作为固定件，使得钢筋桁架板下仍需要搭设排架体系，以满足搁置和施工荷载要求。

表1 钢筋桁架楼承板型号

与传统钢结构运用于承重荷载大的结构、大跨度结构或高层建筑不同，住宅建设理念也开始朝着新型工业化的建造方式转变，2022 年年初，住房和城乡建设部发布了《 “十四五” 建筑业发展规划》，其中明确大力发展装配式建筑，积极推进高品质钢结构住宅建设。部分业主方也已在住宅工程中运用钢结构（如在建的上海市北高新22 -01 地块租赁住宅项目）。值得重视的是，由于住宅工程内部划分细，构件量多，吊装、螺栓安装和焊接工作量大且散，对生产、安全管控带来一定压力。同时，现场钢结构住宅外墙构造和施工相对传统钢筋混凝土住宅外墙更为复杂，个别钢结构项目上部围护体系为预制混凝土保温夹芯外挂墙板，即PC幕墙，需提前深化连接形式，并将PC幕墙的吊装至外围进行固定，对项目安全管控带来新挑战和风险。

4.3 关注产业化发展

与传统工地现场露天作业不同，装配式钢结构工程工业化生产程度高，涉及两个方面，一是工厂加工制作，二是现场吊装、安装，对作业工人专业性和危险环境作业能力是一项挑战。在城市化进程中，为满足建筑业作业人员的大量需求，并培育高素质作业人员，减少施工过程中“人的不安全行为”，作为钢结构加工单位、现场专业施工单位可以对住建部“十四五” 中关于改革建筑劳务用工制度的要求进行思考，响应培育自有建筑工人，加强技能培训，并完善建筑工人社会保险缴费机制，从而减少人员流动，有条件的按照国家规定进行上岗前、在岗期间和离岗时的职业健康检查，为工人产业化创造条件，满足新一代建筑工人对归属感、地位和尊严的需求，从而促进建筑业持续健康高速发展。

5 结语

钢结构工程具有特有的自身优势，容易实现设计标准化、构配件生产工业化、施工机械化和装配化，且其深化设计、加工制作不受现场条件影响。本文以科力远项目为引子，结合其他钢结构项目，从设计和施工的角度，分析现场安全管控，提醒总包钢结构安全管理不应只是现场的事中、事后管理，也应重视事前策划工作，即前期的深化设计及加工制作。合理的深化和精确地加工工作是前提，在现场有序的堆放、吊运、安装、焊接等基础上，才能保障钢结构工程建设周期的安全生产。同时我们也应认识到钢结构工程在施工安全管理上仍有很多不确定因素待完善、解决，以后的工作中，也需思考钢结构与其它体系的融合以及工人产业化的推进工作，从而更好的推动钢结构工程又好又快发展。