智能施工平臺(tái)作業(yè)安全規(guī)范研究

馬 羚， 張 昊， 郭紅領(lǐng)， 田士川

(1. 清華大學(xué) 土木水利學(xué)院，北京 100084；2. 廣東博鼎建筑科技有限公司，廣東 佛山 528312)

全球很多國家及地區(qū)正面臨著嚴(yán)重的建筑業(yè)從業(yè)人員老齡化問題。聯(lián)合國將45歲及以上勞動(dòng)力定義為老年勞動(dòng)力[1]。中國建筑業(yè)老年勞動(dòng)力占建筑業(yè)從業(yè)人員總數(shù)的比例不斷上升，在2018年高達(dá)38.6%[2]。香港建筑業(yè)40歲及以上的從業(yè)人員占香港建筑業(yè)從業(yè)人員總數(shù)的比例在2019年高達(dá)67%[3]。截止2018年，美國建筑業(yè)老年勞動(dòng)力占美國建筑業(yè)從業(yè)人員總數(shù)的比例近40%[4]。此外，日本和韓國也面臨著建筑工人不足和從業(yè)人員老齡化問題[5,6]。盡管建筑業(yè)從業(yè)人員呈現(xiàn)老齡化趨勢，但是我國建筑業(yè)從業(yè)人員需求仍然龐大。未來，特殊工種將可能面臨較大的供應(yīng)壓力，存在斷供風(fēng)險(xiǎn)。

同時(shí)，全球建筑業(yè)的安全生產(chǎn)形式較為嚴(yán)峻。根據(jù)國際勞工組織的估計(jì)，全世界每年在建筑工地上發(fā)生至少60000起致命事故，每10 min發(fā)生一次致命事故[7]。2015年起中國房屋市政事故起數(shù)和死亡人數(shù)逐年上升，2019年全年共發(fā)生事故773起，死亡904人，相比2015年分別上漲42.8%和63.2%[8～12]，安全事故起數(shù)和傷亡人數(shù)仍然居高不下[13]。2017年，歐盟28國共發(fā)生了3552起致命事故，其中建筑業(yè)占五分之一以上[14]。在澳大利亞，建筑業(yè)是事故高發(fā)的四大行業(yè)之一[15]。建筑業(yè)安全事故不僅造成大量人員傷亡，還伴隨著巨額的經(jīng)濟(jì)損失[16]，傳統(tǒng)高風(fēng)險(xiǎn)建造方式阻礙了建筑業(yè)未來發(fā)展，同時(shí)也促使建筑業(yè)轉(zhuǎn)型。

智能建造被認(rèn)為是解決勞動(dòng)力老齡化和特殊工種短缺問題的有效途徑，并提升建造效率，保障施工安全和質(zhì)量[17]。目前，既有挖掘、砌筑、噴涂、焊接、抹平、搬運(yùn)等單任務(wù)施工機(jī)器人，也有綜合自動(dòng)化建筑系統(tǒng)(SMART)[18]、高層鋼結(jié)構(gòu)智能建造系統(tǒng)(ABCS)[19]、高層鋼混結(jié)構(gòu)的天蓋系統(tǒng)(Big Canopy)[20]等集成多種施工機(jī)器人、傳感器和設(shè)備，并為其提供作業(yè)面、臨時(shí)防護(hù)的施工平臺(tái)[21]。相比于單任務(wù)機(jī)器人，集成多種作業(yè)任務(wù)的施工平臺(tái)更具發(fā)展?jié)摿Α鴥?nèi)的自動(dòng)化施工平臺(tái)研發(fā)晚于國外，且多集中于高層建筑[22～25]。

智能施工平臺(tái)是指融合多種作業(yè)場景、集成多種施工設(shè)備和多種施工工序的施工作業(yè)平臺(tái)，能夠在系統(tǒng)的控制下實(shí)現(xiàn)多作業(yè)場景、多工序的自動(dòng)化和智能化施工。智能施工平臺(tái)搭載設(shè)備眾多、工序繁雜、空間有限、設(shè)備移動(dòng)頻率高，在實(shí)際施工應(yīng)用中存在較多的安全風(fēng)險(xiǎn)，然而目前尚缺少適用于智能施工平臺(tái)的安全作業(yè)規(guī)范。為了支撐智能施工平臺(tái)的安全作業(yè)，本研究將以智能施工平臺(tái)為研究對(duì)象，依托現(xiàn)行相關(guān)作業(yè)與安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，結(jié)合文獻(xiàn)查閱和專家調(diào)查等方式，探究智能施工平臺(tái)對(duì)現(xiàn)有施工安全規(guī)范的適用性，構(gòu)建適用于智能施工平臺(tái)作業(yè)的安全規(guī)范清單。此外，這也可為智能施工平臺(tái)的作業(yè)安全管控規(guī)范的編制提供參考，從而降低平臺(tái)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

1 研究方法

本研究首先采用文獻(xiàn)查閱法對(duì)智能施工平臺(tái)安全管理的相關(guān)規(guī)范進(jìn)行篩選及分類，構(gòu)建智能施工平臺(tái)安全管控規(guī)范清單框架，然后結(jié)合專家調(diào)查對(duì)所構(gòu)建規(guī)范清單的適用性進(jìn)行分析，最終形成適用于智能施工平臺(tái)的安全規(guī)范清單。

(1)智能施工平臺(tái)作業(yè)安全管控規(guī)范清單框架構(gòu)建。通過分析智能施工模式，一方面選取新型施工模式相關(guān)的關(guān)鍵詞，篩選相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)；另一方面，詳細(xì)查閱現(xiàn)行國標(biāo)(含強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)和推薦性標(biāo)準(zhǔn))，明確智能施工平臺(tái)相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)而，結(jié)合調(diào)研的智能施工平臺(tái)安全管控基本情況，構(gòu)建智能施工平臺(tái)作業(yè)安全管控規(guī)范清單框架。

(2)智能施工平臺(tái)作業(yè)安全管控規(guī)范清單適用性分析。邀請(qǐng)智能建造領(lǐng)域的專家對(duì)構(gòu)建的智能施工平臺(tái)作業(yè)安全規(guī)范清單各級(jí)明細(xì)的適用程度進(jìn)行判斷，采用五級(jí)量表，1分代表很不適用，2分代表不適用，3分代表一般，4分代表適用，5分代表非常適用，專家可補(bǔ)充相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范并進(jìn)行適用程度評(píng)價(jià)。取各專家打分的平均值Em作為某條具體細(xì)則的適用性得分：

(1)

式中：Em為第m條細(xì)則的適用性得分，m=1，2，…，94，Em=1～5；Ami為第i個(gè)專家給第m條細(xì)則適用程度的評(píng)分，Ami=1，2，3，4，5；n為專家個(gè)數(shù)。

經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析和專家溝通，剔除平均分在3分以下(認(rèn)為不適用)的細(xì)則，形成適用于智能施工平臺(tái)作業(yè)的安全管控規(guī)范清單。

2 安全規(guī)范清單框架構(gòu)建

基于工程“事前-事中-事后”的全過程控制理念[26]，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建智能施工平臺(tái)作業(yè)安全管控規(guī)范清單框架。

2.1 相關(guān)規(guī)范梳理分析

通過分析智能施工平臺(tái)的關(guān)鍵組成部分，確定了以“爬升模板、平臺(tái)”“混凝土布料機(jī)”“塔式起重機(jī)”作為新型施工模式的關(guān)鍵詞，搜索相關(guān)的建筑業(yè)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，得到10部相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。

表1 基于關(guān)鍵詞檢索的智能施工平臺(tái)安全管控相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

同時(shí)，通過廣泛閱讀和整理建筑業(yè)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)(含強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)和推薦性標(biāo)準(zhǔn))，獲得與智能施工平臺(tái)相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示。

表2 智能施工平臺(tái)作業(yè)安全相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)

2.2 作業(yè)前安全規(guī)范分析

正式施工前，需根據(jù)項(xiàng)目情況制定專項(xiàng)施工方案。智能施工平臺(tái)的模架設(shè)計(jì)、裝拆和施工等過程屬于新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)等特殊施工范疇，需通過必要的實(shí)驗(yàn)論證或安全技術(shù)分析報(bào)告，相關(guān)內(nèi)容在GB 50870—2013《建筑施工安全技術(shù)統(tǒng)一規(guī)范》第7.1.1條和GB/T 50502—2009《建筑施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.5.3條等標(biāo)準(zhǔn)中多次被提及。由于智能施工平臺(tái)體型龐大，在正式使用前，需對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)檢，確保產(chǎn)品各項(xiàng)性能指標(biāo)合格。為降低或規(guī)避重大風(fēng)險(xiǎn)，需制定應(yīng)急救援預(yù)案，保障人員的安全。

根據(jù)GB 50606—2010《智能建筑工程施工規(guī)范》第3.1.2條的規(guī)定，智能建筑工程的施工必須由具有相應(yīng)資質(zhì)等級(jí)和安全生產(chǎn)許可的施工單位承擔(dān)。施工單位應(yīng)當(dāng)建立并實(shí)施新施工機(jī)具與設(shè)備管理制度和配備計(jì)劃，對(duì)施工機(jī)具與設(shè)備的配備、安裝、拆除與驗(yàn)收、使用與維護(hù)等安全技術(shù)規(guī)程做出規(guī)定。此外，根據(jù)GB/T 50358—2017《建設(shè)項(xiàng)目工程總承包管理規(guī)范》第7.3.3條和GB/T 50130—2018《混凝土升板結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》第7.1.4條等標(biāo)準(zhǔn)，需對(duì)操作、安拆和維護(hù)等特殊工序作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)交底及培訓(xùn)工作，確保人員培訓(xùn)合格、資質(zhì)審核通過。以上均為在作業(yè)前所涉及到的安全管控規(guī)范內(nèi)容。

2.3 作業(yè)中安全管控規(guī)范分析

針對(duì)作業(yè)過程，相關(guān)規(guī)范主要涉及裝置類和管理類兩方面內(nèi)容。裝置類主要包括防護(hù)裝置和應(yīng)急裝置；管理類主要分為安全管理、檢驗(yàn)與試驗(yàn)、材料管理、機(jī)具布置和成品質(zhì)量。

在裝置類方面，防護(hù)裝置主要用于施工安全。例如，限位裝置可以確保運(yùn)送設(shè)備在運(yùn)動(dòng)過程中準(zhǔn)確與操作平臺(tái)正常對(duì)接，防止出現(xiàn)碰撞事故；減速開關(guān)則可以在運(yùn)送設(shè)備與靠近平臺(tái)時(shí)，控制設(shè)備的運(yùn)行速度。這在DB 37/T 5024—2014《建筑施工操作平臺(tái)與運(yùn)送設(shè)備組合系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》的第7.3.3～7.3.6條給出了具體規(guī)定。在施工過程中，需設(shè)立相應(yīng)的縱向、水平、高空防墜裝置，保障施工安全；同時(shí)需設(shè)立接地防雷、外部防雷裝置，做好避雷、防雷工作。此外，電氣系統(tǒng)需符合GB 50194—2014《建設(shè)工程施工現(xiàn)場供用電安全規(guī)范》等的要求，做好相應(yīng)的短路、過流、零位等電氣保護(hù)工作；應(yīng)急裝置需根據(jù)GB 50720—2011《建設(shè)工程施工現(xiàn)場消防安全技術(shù)規(guī)范》等的要求，做好臨時(shí)應(yīng)急照明、供電、供水等工作。

在管理類方面，安全管理需做好安全監(jiān)測設(shè)備及安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)、安全作業(yè)人員等工作。在整體鋼平臺(tái)模架施工過程中，根據(jù)JGJ 459—2019《整體爬升鋼平臺(tái)模架技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》等相關(guān)規(guī)定，需在相應(yīng)的位置安裝自動(dòng)風(fēng)速記錄儀、位移傳感系統(tǒng)及重力傳感系統(tǒng)、照明及信號(hào)指示和安全警示裝置來確保施工安全。而為了確保整體鋼平臺(tái)模架在運(yùn)行過程中的安全，需對(duì)其爬升速度、爬升升差、爬升間隔、承載力和剛度、安全距離等進(jìn)行信息化監(jiān)控，并需滿足JGJ 459—2019《整體爬升鋼平臺(tái)模架技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。同時(shí)，在作業(yè)過程中，應(yīng)配備相應(yīng)檢測人員、維護(hù)人員等，保護(hù)施工人員的安全。

施工機(jī)具在布置時(shí)，特別是腳手架、塔吊等，需滿足JGJ 196—2010《建筑施工塔式起重機(jī)安裝、使用、拆卸安全技術(shù)規(guī)程》和GB 51210—2016《建筑施工腳手架安全技術(shù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求。而DB 11/611—2008《施工現(xiàn)場塔式起重機(jī)檢驗(yàn)規(guī)則》指出，需對(duì)塔式起重機(jī)提前進(jìn)行空載試驗(yàn)及日常檢驗(yàn)工作，確保塔式起重機(jī)各種安全裝置工作有效可靠，各機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，制動(dòng)可靠，操縱系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)工作正常。此外，在作業(yè)過程中，需要進(jìn)行質(zhì)量控制，且成品質(zhì)量需符合GB 50204—2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》和GB 50300—2013《建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。為保證作業(yè)中施工安全，智能施工平臺(tái)作業(yè)安全管控應(yīng)符合上述要求。

2.4 非作業(yè)安全管理規(guī)范分析

非作業(yè)管理主要涉及停工及復(fù)工管理、非作業(yè)階段的防護(hù)措施及工程文件歸檔等工作。根據(jù)JGJ 459—2019《整體爬升鋼平臺(tái)模架技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》第9.1.5和10.1.13條、DB 37/T5024—2014《建筑施工操作平臺(tái)與運(yùn)送設(shè)備組合系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》第9.3.10條、JGJ 196—2010《建筑施工塔式起重機(jī)安裝、使用、拆卸安全技術(shù)規(guī)程》第3.4.8條以及GB/T 50130—2018《混凝土升板結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》第6.4.6條等要求，遇到大風(fēng)、大雨、濃霧、雷電或者冰雪天氣時(shí)，必須停止智能施工平臺(tái)的使用，如當(dāng)平臺(tái)頂部風(fēng)速大于12 m/s時(shí)，應(yīng)停止安裝拆卸工作，并且在停風(fēng)后需要進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)后才能繼續(xù)使用。同時(shí)，智能施工平臺(tái)應(yīng)當(dāng)設(shè)置相應(yīng)的加固設(shè)施及電源保護(hù)裝置；相關(guān)的新機(jī)具和設(shè)備檢查記錄等工程文件應(yīng)當(dāng)隨工程建設(shè)進(jìn)度同步形成，并及時(shí)做好歸檔工作。以上均為施工平臺(tái)在非作業(yè)階段所涉及的安全管控規(guī)范內(nèi)容。

綜上，本研究將智能施工平臺(tái)作業(yè)安全管控劃分為作業(yè)前準(zhǔn)備、作業(yè)中管控和非作業(yè)管理三個(gè)階段(一級(jí)分類)，并在各階段下設(shè)16個(gè)二級(jí)明細(xì)、32個(gè)三級(jí)明細(xì)和49個(gè)四級(jí)明細(xì)，并附相關(guān)規(guī)范的具體條文。

3 安全規(guī)范清單適用性分析

針對(duì)上述構(gòu)建的智能施工平臺(tái)作業(yè)安全規(guī)范框架，本研究面向智能建造領(lǐng)域五位專家開展了規(guī)范適用性調(diào)查，所有專家均具有豐富的建筑業(yè)從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，以及智能建造產(chǎn)品研發(fā)或?qū)嵺`經(jīng)驗(yàn)。在調(diào)查前，通過詳細(xì)地介紹與溝通，使每位專家熟悉本研究所構(gòu)建的智能施工平臺(tái)安全規(guī)范清單框架。根據(jù)專家反饋，按照式(1)的計(jì)算原則，剔除平均分在3分及以下(不適用)的安全細(xì)則。最終，原始表格中88%的四級(jí)明細(xì)被保留，46%的細(xì)則適用性得分超過4分(適用)，如大風(fēng)、大雨或冰雪天氣的施工管理，作業(yè)與安拆人員的管理等，這些都應(yīng)當(dāng)作為重點(diǎn)事項(xiàng)進(jìn)行管理。而位移傳感系統(tǒng)及重力傳感系統(tǒng)、爬升間隔、臨時(shí)應(yīng)急照明、溫度監(jiān)測點(diǎn)等被認(rèn)為適用性相對(duì)較低，在當(dāng)前的智能施工平臺(tái)中運(yùn)用較少，從原清單中剔除。同時(shí)，JGJ 202—2010《建筑施工工具式腳手架安全規(guī)范》和JGT 546—2019《建筑施工用附著式升降作業(yè)安全防護(hù)平臺(tái)》需要在智能施工平臺(tái)安全管控規(guī)范清單補(bǔ)充。

通過剔除和補(bǔ)充，形成智能施工平臺(tái)作業(yè)安全管控規(guī)范清單(表3)，共包含作業(yè)前準(zhǔn)備、作業(yè)中管控和非作業(yè)管理3個(gè)一級(jí)分類，16個(gè)二級(jí)明細(xì)，28個(gè)三級(jí)明細(xì)和33個(gè)四級(jí)明細(xì)。

表3 智能施工平臺(tái)作業(yè)安全管控規(guī)范細(xì)則

4 結(jié) 語

隨著建造自動(dòng)化和智能化的快速發(fā)展，行業(yè)界和學(xué)術(shù)界陸續(xù)研發(fā)了施工機(jī)器人和智能施工平臺(tái)。各類智能施工平臺(tái)陸續(xù)進(jìn)入現(xiàn)場試驗(yàn)階段，但仍缺乏相應(yīng)的安全規(guī)范對(duì)其安全作業(yè)進(jìn)行指導(dǎo)。本研究通過資料分析和專家調(diào)查等方法，基于“事前、事中、事后”管理思想，構(gòu)建了智能施工平臺(tái)作業(yè)安全管控規(guī)范清單，涵蓋了作業(yè)前準(zhǔn)備、作業(yè)中管控和非作業(yè)管理3個(gè)階段，16個(gè)二級(jí)明細(xì)，28個(gè)三級(jí)明細(xì)和33個(gè)四級(jí)明細(xì)。專家調(diào)查確認(rèn)了本研究所構(gòu)建的智能施工平臺(tái)作業(yè)安全規(guī)范清單的行業(yè)適用性。

此外，由于智能施工平臺(tái)研究與實(shí)驗(yàn)尚在進(jìn)行中，故目前還難以深入探索所構(gòu)建安全規(guī)則的實(shí)際效果。后續(xù)研究將結(jié)合平臺(tái)的實(shí)際應(yīng)用，不斷反饋、完善安全規(guī)范清單，建立完善適用的新型施工模式作業(yè)安全規(guī)范。