基于物聯網+塔機安全管控系統的應用

方敏進，段益慶，池秋平

（1.杭州品茗安控信息技術股份有限公司，浙江 杭州 310000；2.云南省建設投資控股集團有限公司，云南 昆明 650000）

0 引言

塔機的普及顯著提高了建筑施工機械化作業水平，發揮了生產效率提升的重要作用，但作為施工現場重大危險源之一，也深刻地影響著人民生命和財產安全。以物聯網、移動互聯網、人工智能等為代表的新一代信息技術與建筑行業正加速融合，在塔機使用安全上找到了結合點，促進了塔機安全管控的數字化、智能化發展。

1 塔機事故分析

1.1 塔機事故統計

根據住房和城鄉建設部通報數據，2015～2019年起重傷害一般事故257起，較大及以上事故26起，如表1所示。2011～2018年全國房屋市政工程塔機較大事故統計：年平均事故5.8起，年平均死亡人數19.8人[1]。通過分析，起重傷害事故統計可反映塔機事故的基本情況，塔機事故是起重傷害事故的主要類型。

表1 2015 ～2019 年起重傷害事故起數和死亡人數

1.2 事故原因分析

塔機事故原因很多，歸納起來有四大主要因素：設計施工技術、安拆違規操作、違規使用保養和塔機管理不當。

設計施工技術因素分為設計因素和施工因素。設計因素主要包括：塔機選型不當，如未考慮物料或設備的最大重量以及起重力矩的要求，以致塔機性能不滿足使用要求；塔基選型不當，如未考慮基礎埋置深度、塔機投入使用時間等要求，以致出現室外工程破障施工、搬運物料費用增加效益降低等情況；位置選擇不當，如未考慮建筑平立面變化對附著影響、擬建建筑建成后對拆卸影響、對基坑圍護結構影響等，以致出現超長附著、高空拆卸、邊坡加固等技術難題，增添技術風險。施工因素主要包括：樁基礎、預埋構件安裝及承臺等施工質量缺陷，以致地基承載力、樁身承載力不足，或混凝土承臺平整度、型鋼平臺安裝精度不足，埋下安全隱患。

安拆違規操作因素主要包括：違反操作規程和使用說明書，如先拆起重臂、頂升時旋轉起重臂、提前拆除標準節螺栓、外部攀爬操作平臺等；操作人員無證作業等。

違規使用保養因素主要包括：違反勞動紀律，如疲勞、酒后駕駛等；違反“十不吊”和操作規程；違規拆除安全裝置，如起重力矩限制器；保養檢修不及時、不認真，如疲勞裂紋、螺栓松動、吊鉤敞口、鋼絲繩破損等。

塔機管理不當因素主要包括：專項方案可操作性差，租賃和安拆合同安全責任不清，塔機安全技術檔案不全，安全警戒和安全防護不足，未有效執行司機交接記錄，日常安全檢查流于形式，安全管理臺賬滯后、不完整等。

2 物聯網+塔機安全管控系統

針對塔機事故發生的主要原因，結合信息技術打造基于物聯網的塔機安全監控系統在當前塔機事故多發的環境下，是極為必要的。物聯網+塔機安全監控系統，依托物聯網、移動互聯網、人工智能等信息技術，對人、物、環、管等安全要素管控進行科技增強，圍繞專項施工方案、安全監控、防碰撞、司機管理、隱患排查、機械管理等業務，提供塔基附著安全計算、司機操作監測和視線增強、塔機狀態感知和風險干預、起重機械在線化管理和合規性自查等功能，賦能塔機安全管控“技防”抓手，降低塔機使用安全風險，提升建筑生產效率。

其由塔基附著設計軟件、塔機安全監控系統、吊鉤視頻系統、司機管理系統、起重機械管理系統等組成，構建了在使用期的塔機安全生產智能管控體系。

2.1 塔基附著設計軟件

2.1.1 軟件背景

塔機傾覆、附著失效事故時有發生，有些是因為選型不當和計算錯誤。隨著工程技術進步，矩形板式基礎、樁基礎、組合式基礎等復雜塔基日漸增多，《使用說明書》難以滿足工程實際需要。《塔式起重機混凝土基礎工程技術標準》JGJ/T 187填補了塔基設計的標準空白。

2.1.2 軟件說明

軟件主要解決塔基附著計算不完整、不準確、不規范的技術難題。采用參數人機交互方式，對地基、基礎和附著進行計算，具有計算示意圖、計算書、計算審核表等功能，對設計質量和效率提高、安全生產促進具有重要作用。支持的塔基類型有板式、十字梁式的天然地基基礎、樁基礎和組合式基礎。基礎計算內容有強度、配筋、抗傾覆、穩定性等，地基計算內容有承載力、變形、穩定性等，附著計算內容有軸力、強度、穩定性等。

2.1.3 實施效果

軟件操作簡易，推進了塔基和附著設計的電算化普及發展；計算準確，緊隨標準更新和技術創新，貼合施工現場。作為《塔式起重機混凝土基礎工程技術規程》JGJ/T187-2009的配套軟件[2]，現有6類15項100多種計算模型，滿足專項方案編制和審核的需要，從塔機管理程序的源頭上確保安全。

2.2 塔機安全監控系統

2.2.1 系統背景

違規操作、違章指揮、群塔碰撞、夜間施工、超高層作業、大型構件吊裝等不安全因素，僅靠人力現場監管是不夠的，需要有科技手段加持，才能保障塔機作業安全、高效。

2.2.2 系統說明

系統包含安全監控和防碰撞兩個模塊，主要解決塔機工況感知靠經驗的高風險和全天候人工協同作業低效的難題。安全監控模塊，實時監測吊重、力矩、幅度、高度、速度（起升、回轉、小車運行等）。防碰撞模塊，適用于群塔、周邊環境復雜等條件下的塔機作業防碰撞場景。顯示屏上實時呈現塔機運行狀態和臨近環境工況，語音播報預警消息，輔助司機指令判斷和安全操作，必要時采取減速、制動等干預措施，預防事故發生[3]。數據通過通信傳輸單元，發送至現場管理端、企業管理端和行業監管端，實現可量化、可分析、可追溯的數字化塔機安全監管。

2.2.3 實施效果

現今，在線塔吊數量5萬余臺，每日數據逾1000萬條，每日報警提醒信息超10萬次。在中國西部科技創新港項目中，196種防碰撞模型實現了96臺塔機協同作業零碰撞目標。系統有效地減少了違規操作現象，降低了碰撞風險，保障了塔機使用安全。數據積累對市場監管、分包管理、設備維保、工效分析產生了積極作用，讓塔機管控更加精細化。

2.3 吊鉤視頻系統

2.3.1 系統背景

塔機作業任務多、作業面廣、影響范圍大，除了對自身運行安全要求外，其與活動范圍內設施、人員、物料的空間關系和危害反饋，也尤為重要。在混凝土澆筑、鋼結構安裝、周轉材料吊運、隔山吊、地下空間和超高層吊裝等作業場景中，需要提供除了對講、信號等指揮外，能增強司機視野的技術措施，賦予司機可視化精準操作和風險主動避讓的能力。

2.3.2 系統說明

系統采用智能算法對吊鉤位置進行跟蹤，實現自動對焦和變焦，可視化輔助司機駕駛。按攝像頭安裝位置分為小車視頻和大臂視頻兩種型式[4]。現在，視頻已與塔機安全監控系統實現共屏，在節約空間、費用的同時，實現系統協同和信息集中。

2.3.3 實施效果

系統廣泛應用于建筑工程塔機起重作業，在超高層施工中應用普遍，與塔機安全監控系統互為補充，是“黃金搭檔”。塔機非工作時，攝像頭可作為制高點巡檢球機使用。吊鉤視頻的硬盤錄像機可接入塔機重點監控部位的視頻，也可將視頻對接至視頻AI系統，借助司機認證、疲勞駕駛、人數統計等智能算法，形成多維度、多部位的可視化、智能化管理，實現價值鏈、創新鏈的串聯和延伸。

2.4 司機管理系統

2.4.1 系統背景

在塔機安全事故原因分析中發現，有的是因為司機不熟悉塔機性能和故障排除情況而導致的，其既是受害者也是參與者。因為塔機高處作業的特性，傳統方式難以有效、客觀地評估司機的專業技能和職業素養。

2.4.2 系統說明

系統采用指紋、人臉生物識別技術，運用人工智能算法，提供起重機械操作許可、上下塔考勤、疲勞提醒、抽煙報警等功能，掃描二維碼在線提交每日使用前檢查表。

2.4.3 實施效果

結合塔機安全監控系統，實現對司機認證、行為、技術的高效監管，助推全員安全生產責任制有力落實。

2.5 起重機械管理系統

2.5.1 系統背景

對施工企業管理部門，因為項目分布廣、塔機數量多、進度不一，難以高效實現關鍵節點事前計劃、設備管理合規性事中控制、安全隱患整改事后分析。

2.5.2 系統說明

系統主要依據《建筑起重機械安全監督管理規定》建設部令第166號，從起重機械的進場計劃到退場管理，對塔機和施工升降機，分別提取了設備管理關鍵節點15項。通過APP拍照上傳關鍵節點的管理文檔，如簽字蓋章封面，形成一機一檔，自動合規性評分和項目排名[5]。系統集成了安全隱患排查、塔機安全監控、設備人員管理、電子臺賬檢查等功能，形成了基于一個端的集成化應用，使用便捷。

2.5.3 實施效果

系統在充分發揮起重機械管理人員的主觀能動性的同時，也集成了其他系統的功能和數據，實現了塔機安全管理“條線”的整體布局和集成應用。中建八局華南公司從2018年4月應用至今，階梯式推進實現了全部項目上線，提升了企業起重機械管理信息化水平。

3 結語

在塔機安全管理新方式發掘上，本文提出的物聯網+塔機安全管控系統是一套具有獨特應用點的成熟系統，有力促進了塔機使用和管理的數字化、智能化發展，保障了使用過程的安全性，取得了很好的經濟和社會效益，值得進一步推廣和應用。

站在物聯網+技術理念新高度上，如何實現系統插拔應用、功能靈活集成和數據互聯互通，是數字時代的機遇和要求。物聯網+塔機安全管控系統是一個技術創新、功能融合、數據創造的系統性整體方案，作為一種新型的技術管理模式探索，現階段還存在一定不足，這就要求我們持續地貼近現場、親近需求，不斷提升先進性、易用性和有效性，重點突破5G、人工智能、大數據的應用技術和場景，攻堅克難，為推動塔機智慧時代到來貢獻力量。