建立吊裝全過程安全管理體系

梁 昊 徐 勇 王巖松

中國石油天然氣第七建設有限公司 山東青島 266300

吊裝作業通常作為高危作業來進行管理， 因此控制好吊裝的安全性尤為重要。 吊裝作業的實施過程也就是吊裝方案執行的過程， 因此吊裝方案編寫的科學性、合理性、切實性將直接影響到吊裝作業施工過程的安全性。 要將吊裝施工進行全過程管理就必須自源頭開始避免錯誤， 基礎數據的準確才能保證上層過程結構的安全與穩定。 同時，現場的執行過程也嚴格要求與方案相符，這樣也要求技術人員時時關注現場動態、了解現場情況變化，及時對方案進行調整，而后將變更部分交底至施工班組。

針對方案編寫及現場執行的過程控制示意圖（以塔器為例）見圖1。

圖1 過程控制示意圖

（1） 工件重量計算要準確，仔細查看圖紙，不要遺漏項，將有可能影響重量的因素全部考慮到；

（2） 在工件重量準確的基礎上進行吊車的選用，同時確定作業工況；在吊車確定的同時，確定吊裝作業過程；

（3） 針對所選吊車、 被吊物及吊裝過程的特點進行吊裝場地的地基處理；設置吊裝吊耳，選用合適的索具；

（4） 組織安全技術交底，將方案內容及吊裝思路、注意事項等進行交底。

1 針對方案編寫的過程控制

1.1 設備分段位置的確定

設備的分段位置需合理設置，最好將設備自身平臺進行利用，以確保組焊平臺的安全可靠。 分段位置宜設置在高于平臺1.5m 處，以便于空中組焊作業的開展。

1.2 重量計算

關于被吊工件的重量計算， 最重要的一點就是要精確。 首先要做到不漏項，將可能影響重量數據的因素全部考慮進去；而后再準確計算各類因素的體積，體積的計算尤為重要， 因為它的準確性將直接影響到最終工件重量的準確性（因為質量=體積×密度，一般密度方面不會造成偏差）。

1.2.1 新建裝置設備的重量計算

（1） 新到貨的臥式換熱器/罐類設備： 需核對其與設備藍圖是否相符， 而后考慮設備在制造廠家試壓后的水是否徹底排放；

（2） 新到貨的塔器等立式設備： 首先對實物與設備藍圖進行符合性確認，而后進行塔器的凈重計算，塔器的重量一般由“殼體”“內件”“勞動保護平臺”“附塔管線”“保溫”“防火”“電儀設備設施”組成。 因此計算塔器重量時，要將所有這些因素均考慮在內，提前與工程部門溝通，確定安裝工程量，核算設備凈重，確定最終安裝量，從而確定最終設備凈重。 這里需要格外強調塔器內件事宜，塔器內件圖紙作為單獨一部分，一般由內件專利廠家出圖。 塔器內件主要分為兩部分：其一是與塔器焊接連接的內件支撐件， 其二是與支撐件機械連接的內件。 一般塔器到貨時均附帶與塔體焊接連接的內件支撐件， 此部分重量需由內件圖紙中單獨提取出來加到塔器凈重內。 同時，整體塔器到貨時還需核實塔器內部試壓殘水是否排放完全，若仍存水，需采取排水措施， 因為多余的水存在于塔器內部會影響吊裝過程的穩定性，進而影響吊裝安全。

（3） 新建裝置帶襯里設備重量計算： 附帶襯里的設備， 一般設計藍圖中給出的襯里重量均為襯里完全烘干后的單位重量，因此針對現場襯里后安裝的設備，還要考慮襯里中水分的重量對設備凈重的影響。

1.2.2 考慮拆除廢舊設備的重量計算

（1） 臥式廢舊設備重量計算：針對此類設備，需考慮設備內部是否存在殘余介質， 同時針對廢舊設備需考慮0.05 倍的設備附加重量， 即計算好設備重量后，再乘以1.05 后作為設備最終計算得出重量。 廢舊塔器拆除同樣按照1.05 的附加系數確定最終計算得出重量。

（2） 廢舊沉降器油氣結焦重量計算： 對于拆除的廢舊沉降器設備，其內部結焦重量不容忽視，需謹慎計算這部分重量。 此部分重量一般無法精確計算，根據多年的施工經驗，一般以最終工件凈重為計算得出重量，再乘以1.1，即為10%的附加重量。同樣，對于再生器內部為催化劑的重量計算， 一般考慮5%的附加重量，即將計算所得重量乘以1.05 后作為最終重量。

1.2.3 鋼結構重量計算

對于鋼結構重量的計算，需要注意的是不能漏項。常規的計算方法是將設計圖紙中所體現的全部結構件的重量加在一起，這樣第一耗時較多，第二若是遇到多層復雜的結構可能會漏項或是重復疊加重量， 從而造成計算所得數據的不切實性。 關于鋼結構重量的計算可采用輔助軟件來完成，計算過程及結果見圖2。

圖2 利用Solidworks 軟件計算鋼結構的重量

由圖2 可見， 首先根據圖紙將所需吊裝的鋼結構三維建模，通過三維模型可查看是否漏項；建模完畢后利用“質量特性” 功能進行鋼結構吊裝參數的查詢計算，從而得出鋼結構的重量及重心參數。

1.3 吊車選用與吊裝過程確定

基于工件重量計算準確的情況下， 進行吊車的選用，同時進行吊裝過程的確定。 工件重量直接影響吊車的規格型號大小， 吊裝過程的確定則直接影響吊車的工況，體現了工件重量計算的重要性，直接地影響現場吊裝實施的可行性。 吊裝過程的確定需要考慮諸多影響因素，暫時拋開地基處理對吊裝的影響，需要展開如下幾方面的工作：

1.3.1 吊裝參數確定，考慮實際工況，初步確定吊車詳細配置

基于上文提到的重量、被吊工件的規格尺寸、安裝高度、吊裝環境（地面與空中）等基本信息，進行吊車型號與工況的初步選定。 選用原則是工件吊裝負載率為90%以下；吊裝過程不存在卡桿及刮碰情況。 針對多個工件吊裝的情況， 需將所有工件的吊裝核算全部進行完畢后，才能初步確定吊車型號與工況。 吊車型號及工況初步選定后， 下一步需進行詳細工況及后續條件的確定：

（1） 附帶超起系統的工況， 需核算出超起配重的需求數量；

（2） 由最大工件重量確定吊車吊鉤型號， 明確吊鉤重量及正常吊裝吊車跑繩纏繞股數， 從而進行吊裝重量的計算；

（3） 根據吊車型號及工況， 確定吊車設備系統的規格尺寸，進而進行吊裝平面圖及立面圖的繪制；

（4） 根據吊車型號及工況， 確定吊車組車所需的場地尺寸，復核現場實際場地空間情況，落實現場場地空間是否滿足組車要求；

（5） 根據吊車型號、工況及被吊工件重量，確定吊車站位及行走處的地基處理方案， 于吊車進廠前完成地基處理工作，為吊車進廠創造條件；

（6） 根據吊車型號、工況、被吊工件參數及現場實際場地空間情況，進行吊裝過程的初步確定，明確吊裝過程的每一步，提前考慮可能涉及的問題。

1.3.2 吊車選用原則

（1） 對于新建裝置的吊裝施工， 一般主吊吊車多選用履帶式吊車， 履帶吊車的工況要充分考慮到整個裝置所有結構、 設備、 工藝及其他設備設施的安裝需求，不僅要考慮最重最高工件的吊裝，還需考慮最不利位置的工件吊裝；對于新建裝置溜尾吊車的選用，履帶吊與汽車吊均可以，可根據現場實際情況、設計情況、采購設備到貨情況進行確定， 溜尾吊車選用履帶吊可考慮前期結構及小型設備的吊裝使用；

（2） 對于改造施工作業， 若吊裝任務量大、 周期長，則選用履帶吊車，以有利于現場吊裝作業的開展，施工效率也比較高；

（3） 對于檢修施工作業， 若被吊工件重量較大且吊裝頻次較多，一般還需選用履帶吊車；若僅僅吊裝幾個大型設備，則選用汽車吊來完成吊裝作業即可；

（4） 在所有情況下進行吊車選用時， 不僅要考慮吊車的吊裝能力、機動性、利用率，還需考慮場地限制情況、作業面情況（單點集中或是多點分散），以及進出廠的費用和時間。

1.3.3 吊裝過程確定，空間體系仿真

在吊裝過程初步確定后， 還需根據現場實際情況進行復核。 看現場實際情況是否滿足吊裝過程的要求，若不滿足要求， 可以考慮通過現場實際條件的改變來滿足吊裝過程的要求；若現場條件無法改變，需進行吊裝過程的重新考慮與規劃。

其實， 吊裝過程最終確定是一個反復核算的閉環計算過程， 此過程需要將以下三方面內容進行閉環管理：

（1） 基礎數據：現場實際空間體系尺寸；被吊工件的吊裝參數；吊裝設備的自身參數及使用參數；施工總體的策劃與安排。

（2） 所建立的核算體系：CAD 平面核算體系；三維仿真立體空間體系；輔助軟件計算系統。

（3） 現場實際情況及發生變化的條件： 安裝順序發生了變化；預制深度進行了調整；現場吊裝場地使用受到了限制；施工總體安排有所調整。

考慮吊裝的全過程控制中是否需要拔高超過其他設備、設施，同時還要考慮吊車尾部回轉的空間。 吊裝的整個過程是一個三維空間的仿真過程， 吊裝過程中被吊工件及吊車均不能與任何設備、 設施有任何的刮碰。

目前可通過三維仿真軟件進行空間體系的過程仿真，如圖3 所示。

圖3 吊裝過程的三維仿真

通過1∶1 的三維建模， 將整個裝置進行全部建模，而后添加指定型號、工況吊車，同時吊車按照實際相對位置進行站位， 這樣可直觀觀察吊裝全過程可能涉及的問題。 但常規情況下，采用上述三維仿真無法滿足現場施工情況， 因為三維仿真的建模及模擬過程周期比較長，適用于整體新建裝置，首次建模后可將此裝置所有結構、設備等吊裝進行模擬。

對于一些檢修、改造項目，若不是現場異常緊湊，需采用常規平面核算法進行吊裝過程的確定與核算，這就要求技術人員全面考慮影響吊裝過程的影響因素，而后將此些影響因素融入吊裝過程中，最終排除它們對于吊裝作業的影響。 通常需考慮的因素如下：

（1） 吊車站位處的場地空間是否足夠大， 可否滿足吊裝全過程的組車、站位、回轉及行走。 由于吊車的回轉是一個空間體系， 因此在平面核算期間需考慮空間體系是否存在障礙物。

（2） 吊車吊裝過程及吊裝就位狀態下， 是否存在卡桿現場。 確定就位狀態是否卡桿，這是最常規的核算方法， 在此基礎上還需考慮吊裝過程是否存在卡桿情況，將吊裝過程在平面圖上進行步步核算，尤其要將最可能發生卡桿的若干點進行核算。

（3） 最后就是需要時刻關注現場的安裝施工動態， 將現場實際安裝狀態時時與事先建立的平面校核圖系進行對比，及時發現變化點，進而進行動態校核，達到閉環管理，如圖4 所示。

圖4 動態校核示意圖

1.4 吊裝場地地基處理

吊裝場地地基處理的質量直接影響吊裝的安全性。“換填法”是現階段最常用的地基處理方法，以某一新建裝置的整裝置地基處理為例進行分析： 首先是收集所需數據，如地勘報告、吊車對地壓強等參數；再基于這些關鍵參數進行地基處理的計算， 可采用Math-CAD 軟件進行輔助計算，計算過程如下：

（1） 查詢裝置地勘報告得到表1 和表2 的數據。由表1 中的數據可得出， 層號1 的最小層厚為1.8m；由表2 中的數據可得出， 層號1 的地基承載力特征值的建議值為200kPa。

400t 履帶吊車自重400t，吊裝最重塔器82t，承載要求為482×1.1/2/1.2/8.8=25.3t/m2（253kPa）。

400t 履帶吊車的單側履帶寬度為1.2m，履帶承載有效長度為8.8m，現吊裝場地地基處理區域下挖1m，分層回填毛石及碎石，根據JGJ79-2012 建筑地基處理規范計算結果如表3 所示。 經計算墊層底處的附加壓力值為113.527kPa，此值小于層號1 的地基承載力特征值的建議值， 因此地基處理后的吊裝場地滿足吊裝要求。

表1 場地地層層頂埋深、層頂標高統計表

表2 地基承載力特征值建議值一覽表

表3 MathCAD 輔助計算軟件計算結果

在使用JGJ79-2012 建筑地基處理規范進行地基處理計算后， 初步確定換填法地基處理所需的換填參數；而后采用專用校核軟件進行有限元分析核算，最終核算通過，說明初步參數科學、合理、可行。

但在地基處理參數已確定的情況下， 現場開挖換填的時候還需抓住幾個關鍵觀察點：

（1） 開挖至既定標高后， 觀察原土層情況是否與地勘報告相對應；

（2） 開挖過程中，觀察基坑斷面情況，與地勘報告進行對照；

（3） 回填材料的密實度需要現場跟進， 確保分層夯實，密實度達到要求。

1.5 吊耳設置與索具選用

吊耳設置與索具選用也是確保吊裝安全的關鍵點。 其實吊裝的安全是一個密切相關的串聯系統，任何一處出現問題都將直接影響吊裝的安全性。 因此，對于吊裝的整個過程而言，沒有相對重要與相對不重要，每一個影響元素與控制點都是至關重要的。

吊耳及索具均按照規范進行選用與設計。

1.5.1 索具校核（以某一吊裝為例）

鋼絲繩選用： 1 根80t 級平衡梁，2 對φ39mm×16m 的鋼絲繩扣，每根2 圈使用，4 個55t 卸扣。鋼絲繩受力示意圖見圖5。

φ39mm 的 鋼 絲 繩 容 許 拉 力 為 ：T=P/K=790/6=131kN

式中：T——鋼絲繩的容許拉力，N；

P——鋼絲繩的最小破斷拉力，查表得P=790kN；

K——安全系數，K=6。

圖5 鋼絲繩受力示意圖

S=G/2nsinβ= 1.1×600kN/（2×3×sin75°）=113.8kN式中：G——設備及吊索平衡梁的計算重量，N；

β——吊索與平衡梁之間的夾角，β=75°；

n——繩索的股數（兩圈使用，即n=3）；

S——每根鋼絲繩的拉力，N。

吊裝安全校核： S（113.8kN）＜T（131kN），故選用的鋼絲繩滿足吊裝要求。

1.5.2 吊耳強度校核（以某一吊裝為例）

圖6 為吊耳尺寸示意圖，圖7 為吊耳受力示意圖。

圖6 吊耳尺寸示意圖

管軸材質：20#；管軸規格：φ325×12mm；許用彎曲應力［σ］=146MPa。

單個吊耳吊裝重量：60×1.65/2=49.5t

圖7 吊耳受力示意圖

2 針對現場實施的過程控制

2.1 現場機索具檢查

建立到場機索具檢查制度， 對到場的機索具進行檢查，發現問題的索具立即自現場清除。 建立機索具日檢制度，形成檢查記錄存檔。

2.2 現場動態交底

針對于上述內容， 吊裝過程的動態閉環管理要求現場的技術交底同樣為動態模式， 這樣利于書面內容的立即落實，避免了溝通不暢引起的吊裝問題。

2.3 加強現場溝通

若想順利、流暢、安全地開展吊裝作業，必須緊跟現場實際情況，融入到這個動態閉環管理的每一步中；在施工過程中與吊裝作業相關的各方進行溝通， 全面掌握吊裝安全串聯系統的特點， 充分考慮所有影響因素， 將各個影響因素的變化情況實時反映到動態閉環管理模式中，做到有問題立即處理，最終得到科學、合理、切合實際的執行方案。