屋顶分布式光伏发电项目坠落防护的探讨与实践

马二龙

(道达尔远景能源服务(上海)有限公司，上海 200050)

0 引言

太阳能作为主要的清洁能源和可再生能源，是各国应对全球变暖、实现能源清洁低碳的主要手段之一，因此太阳能的开发得到越来越多国家的重视。随着各国对太阳能产业的布局，越来越多的传统能源企业也开始重视太阳能的开发和应用。光伏发电是目前太阳能开发和应用最多，也是最有效的方式。

光伏发电模式主要分为集中式光伏发电模式和分布式光伏发电模式，其中，分布式光伏可以更好地利用工商业厂房、办公楼屋顶的闲置区域为用户提供电力，因此受到了需要使用和有意愿使用绿色能源的企业的青睐。截至2021年9 月底，中国分布式光伏的累计并网装机容量已达到93991 MW[1]，有望成为碳中和实现的有力支撑。

但随着分布式光伏发电项目建设的增多，尤其是屋顶分布式光伏发电项目，在安装和运维过程中的坠落风险也成为各投资企业需要关注的重要问题，比如采光带坠落、屋面边缘坠落等高处坠落形式是屋顶分布式光伏发电项目施工作业中的常见事故类型，也是造成施工人员受伤甚至死亡的事故类型之一。因此，若要更安全地完成屋顶分布式光伏发电项目的安装和运维工作，需要针对此类项目的高处作业场景和坠落位置进行分析，并结合实际情况提出适用于屋顶分布式光伏发电项目主要安装和运维场景的坠落防护措施，以降低坠落风险，确保工作人员的安全。

基于ISO 45001—2018《职业健康安全管理体系 要求及使用指南》中提出的风险控制等级理论，并根据目前中国针对高处坠落防护的要求和笔者所在公司已完成的若干屋顶分布式光伏发电项目的实际情况，本文探讨了中国屋顶分布式光伏发电项目坠落防护的现状，分析了不同坠落场景下基于风险控制等级的坠落防护措施及相关要求，并给出了具体的防护方式和建议。

1 中国屋顶分布式光伏发电项目坠落防护的现状

1.1 屋面坠落区域

屋顶分布式光伏发电项目的安装场景主要以混凝土屋顶和彩钢瓦屋顶为主[2]。占据屋面最大面积的光伏组件的安装方式主要采用附着在建筑物上的方式，不会改变建筑屋顶原有功能[3]。因此，基于安装场景和安装方式，这两类屋面上可能导致坠落的位置为无防护的屋面边缘、女儿墙较低的边缘和透光用的采光带等位置。

1.2 屋面坠落区域的坠落防护现状

当前，针对上述屋面坠落区域中坠落位置的坠落防护现状主要为：安装永久性临边护栏并设置警示标志[4]、在采光带周边设置围栏并张贴安全警示标志[5]等，这些管理要求很早就已提出。但通过对索比光伏网、北极星太阳能光伏网等媒体发布的有关新建成的屋顶分布式光伏电站的文章进行调研，并结合笔者所在公司自有电站(坠落防护措施改造前)的实际情况可以发现，大部分屋顶分布式光伏发电项目并未对屋面边缘及薄弱区域进行防护，如图1 所示。

图1 某些屋顶分布式光伏发电项目的屋面边缘和采光带防护情况Fig. 1 Protection of rooftop edges and daylighting belts for some rooftop distributed PV power generation projects

从上述情况可以看出，目前绝大部分屋顶分布式光伏发电项目的开发还处于占领市场的阶段，各投资企业和建设单位为了更快速建设项目的同时花费更少的成本，并未考虑屋面的坠落风险，这也是屋顶分布式光伏发电项目坠落防护未被普及的主要原因。

2 基于风险控制等级的坠落防护措施及国内相关要求

2.1 基于风险控制等级的坠落防护措施

ISO 45001—2018 在第8.1.2 条中提出了风险控制等级的概念，即“消除危害，减少职业健康和安全风险”，并在附录A 中对风险控制等级的使用给出了详细的解释。依据此风险控制等级，结合屋顶分布式光伏发电项目各场景，绘制了基于风险控制等级的坠落防护措施图，如图2 所示。图中：PPE 为个人防护设备。

图2 基于风险控制等级的坠落防护措施图Fig. 2 Diagram of fall protection measures based on risk control levels

考虑不同的屋顶分布式光伏发电项目会有不同的坠落场景，因此可根据项目现场的实际情况选择合适的坠落防护措施，且在必要时可以不同防护措施搭配使用，例如，在坡度较大的屋面建设的屋顶分布式光伏发电项目，即使安装工程控制措施后，也可能需要使用生命线和安全带等PPE 进行防护。

2.2 国内相关标准的要求

目前国内针对光伏电站管理的相关标准要求主要有GB 50794—2012《光伏发电站施工规范》、GB/T 35694—2017《光伏发电站安全规程》。GB 50794—2012 中第9.1.3 规定了光伏电站危险区域应设置明显的安全、警示标志或隔离带，但并未就具体的危险场景和控制措施给出建议。而GB/T 35694—2017 更多的是针对光伏电站运维期间的管理要求，并未针对坠落防护给出具体要求。

除上述规范要求外，参考JGJ 80—2016《建筑施工高处作业安全技术规范》的相关要求，其第4.2.1 规定，洞口作业时应采取坠落防护措施，主要方式为：1)竖向洞口短边边长小于500 mm时，在临空一侧设置高度不小于1.2 m 的防护栏杆；2)非竖向洞口短边边长为500～1500 mm 时，应采用盖板覆盖或防护栏杆等措施，并固定牢固。但该规范针对屋顶分布式光伏发电项目建设的要求较少且不明确，即使参考建筑施工高处作业的要求，也仅有洞口作业一条能够匹配。

由此可见，目前国内尚未有针对屋顶分布式光伏发电项目的坠落场景和防护措施的具体定义和要求。因此笔者所在公司对坠落防护的安装实践更多是在参考国内现有要求的基础上，结合项目现场的实际情况进行防护设置，当然所有防护措施的设计和设置必须以结构计算作为支撑。

3 屋顶分布式光伏发电项目坠落防护的实际使用建议

基于前文图1 的坠落场景、坠落位置及国内相关要求，在满足相关国家标准的基础上，本文提出了适合绝大部分坠落场景的坠落防护措施，并给出了各种防护措施的实际使用建议和案例实物图片。

3.1 屋面边缘或女儿墙较低的边缘

针对屋面边缘或女儿墙较低的边缘，应设置高度不低于1 m 的硬质护栏，并在屋面边缘无阻拦的位置设置踢脚线、横杆和顶部栏杆，这些部件两两之间的距离应不大于50 cm，以确保人员在意外倾倒时不会由栏杆间的空隙滑落。踢脚线高度应大于10 cm，以防止小件维护设备由屋顶滑落后伤人；踢脚线应选用钢丝网，避免大雪天气时积雪对屋顶结构产生不好的影响。护栏及钢丝网踢脚线的实物图如图3 所示。

图3 护栏及钢丝网踢脚线的实物图Fig. 3 Photos of guardrail and wire mesh skirting

需要注意的是，由于硬质护栏为永久性防护措施，应在光伏组件的排布阶段考虑硬质护栏会产生的阴影遮挡影响，合理排布光伏组件以避免阴影遮挡。

护栏的材质、力学参数和结构要求可参考GB 4053.3—2009《固定式钢梯及平台安全要求第3 部分：工业防护栏杆及钢平台》中的有关要求，第4.2 条规定了防护栏杆及钢平台采用钢材的力学性能不应低于Q235-B，并应具有碳含量合格保证；第4.3 条规定了防护栏杆安装后顶部栏杆应能承受水平方向和垂直方向不小于890 N的集中荷载和不小于700 N/m 的均布荷载，相邻立柱间的最大挠曲变形应不大于跨度的1/250，水平和垂直荷载，以及集中和均布荷载均不叠加；中间栏杆应能承受在中点圆周上施加的不小于700 N 的水平集中荷载，最大挠曲变形不大于75 mm；端部或末端立柱应能承受在立柱顶部任何方向上施加的890 N 的集中荷载。根据GB 4053.3—2009 中第5 章的防护栏杆结构要求，防护栏杆应采用包括扶手(顶部栏杆)、中间栏杆(横杆)和立柱的结构形式，或采用其他等效的结构；防护栏杆各构件的布置应确保中间栏杆(横杆)与上下构件间形成的空隙间距不大于500 mm，构件的设置应阻止攀爬。

3.2 采光带位置

针对采光带，应依据采光带的实际宽度和长度设置金属防护网，如图4 所示。防护网应将采光带完全覆盖并固定牢固，以确保人员意外倾倒时不会从采光带或洞口坠落。但需要注意的是，采光带防护网的目的是防止人员意外倾倒，严禁有意踩踏，因此还需要额外添加警示标志，明确严禁踩踏。

图4 采光带防护网的实物图Fig. 4 Photo of protective net of daylighting belt

防护网的样式可选择方形，丝径需要不小于3 mm，材质可选用镀锌钢材质，以延长使用寿命。力学性能上，防护网应能通过“1200 J 能量测试”(该测试为欧洲类似项目使用的防护网的传统测试)[6]，以确保能承受屋顶分布式光伏发电项目施工人员和运维人员意外倾倒时的冲击。

3.3 采光带过宽且过长的位置

为了减少屋顶分布式光伏发电项目施工人员和运维人员在屋面行走的距离，从而降低人员意外倾倒的风险，针对采光带过宽且过长的位置，应设置跨采光带硬质走道板，如图5 所示。

图5 跨采光带硬质走道板的实物图Fig. 5 Photo of rigid walkway board across daylighting belt

跨采光带硬质走道板的具体宽度不应小于施工人员双脚站立的宽度的两倍，以确保施工人员或运维人员能够顺利安全的通过采光带上方而不发生坠落。走道板的材质和力学性能可根据项目的实际情况，由结构工程师确定。

3.4 小结

以上提出的在屋顶分布式光伏发电项目中实际使用的措施均为永久坠落防护措施。通过现场实践和验证，这些永久坠落防护措施有效降低了施工人员、运维人员及临时参观人员的坠落风险，并且在确保安全的前提下，有效提升了项目的施工进度，以及运维的精度和速度。

但由于国内还未针对屋顶分布式光伏发电项目建设和运行过程中涉及的所有坠落防护制定专门的标准，即尚未将坠落防护的要求标准化，比如采光带防护。因此，各分布式光伏电站投资公司在设计和建造屋顶分布式光伏发电项目时，仅通过结构计算选择或设置坠落防护措施，并无经第三方认证的实际具体数据进行支撑，导致各公司所选择或设置的坠落防护措施的效果和性能参差不齐。

4 结论

本文探讨了中国屋顶分布式光伏发电项目坠落防护的现状，对不同坠落场景下基于风险控制等级的坠落防护措施及相关要求进行了分析，给出了具体的防护方式和建议。

期望本文的探索和实践能为屋顶分布式光伏发电项目的坠落防护的标准化、规范化提供更多思路。相信随着技术的进步，材料成本会逐渐降低，安装便捷且经过第三方认证的模块化的坠落防护措施也会应运而生，屋顶分布式光伏发电项目的坠落防护要求也会变得愈加完善。