上海中心城區(qū)大型爆破工程安全管理精細化探討

顧梅妮

(上海市公安局治安總隊治安管理處，上海 200080)

在過去上海30年的城市更新建設過程中，每年廢舊建筑拆除體量均超千萬平方米，很多待拆建筑物高度高、體量大、時間緊，而爆破工藝在此期間曾得到廣泛應用。但近年隨著對公共安全和環(huán)保的要求越來越高，爆破工藝的應用范圍越來越小。但爆破工藝對一些特定對象仍有難以替代的優(yōu)勢，如超高層建筑拆除、高聳構(gòu)筑物(冷卻塔、煙囪)拆除，在目前這種條件下，爆破過程如何創(chuàng)新監(jiān)管形態(tài)，適應當前社會需求是一個值得思索的課題。

1 工程概況

待爆建筑為上海中環(huán)中心商務區(qū)4棟百米高樓，位于上海中心區(qū)普陀商圈內(nèi)，地處滬寧高速、中環(huán)線高架路交口。4棟樓爛尾超過15年。由于采用機械拆除形式費時長、高空作業(yè)危險性大，綜合比較各種拆除工藝，決定采用拆除爆破。

1.1 建筑結(jié)構(gòu)

爆破涉及麥德龍的T1、T2、T3等3幢塔樓及興利達公寓樓[1]。T1、T2均為25層，框架核心筒結(jié)構(gòu)，高106.2 m，面積約46 500 m2；T3為20層，全框架結(jié)構(gòu)，高91.4 m，面積約31 300 m2；公寓樓為31層，全剪力墻結(jié)構(gòu)，高96.05 m，面積為33 749 m2，爆破總面積15.8萬m2；屬于“A”類爆破項目。

1.2 周邊環(huán)境

工程周邊環(huán)境比較復雜(見圖1)，毗鄰中環(huán)百聯(lián)、麥德龍、百安居3個綜合體、兩條城市高速主干道。東側(cè)為真北路中環(huán)高架，距離待爆T2、T3樓最小距離63 m；西側(cè)為中環(huán)百聯(lián)商場，距離待爆公寓樓 29 m；南側(cè)為110 kV變電站，負責供應區(qū)政府、上海市疾控中心用電，距離待爆T3樓 22 m，T3樓距離麥德龍商場60 m；北側(cè)為G2滬寧高架，距T1樓110 m。

圖1 爆破工程周邊環(huán)境

1.3 工程特點和難點

4棟大樓涵蓋全框架、框架核心筒、全剪力墻3種結(jié)構(gòu)類型，具有體量巨大、結(jié)構(gòu)牢固、材料強度高、構(gòu)件尺寸變化多的特點。爆破對象位于鬧市區(qū)，周邊和地下環(huán)境復雜，需保護目標眾多，既要保障被拆除建筑物群的成功爆破又要保證周邊各種建(構(gòu))筑物和設施的絕對安全，因此該拆除工程面臨風險防控的嚴峻挑戰(zhàn)。

1)爆破工作難度大、風險高。4棟百米超高層地處超大城市核心區(qū)商圈內(nèi)，環(huán)境復雜。拆除爆破體量16萬m2，一次性使用炸藥量超過7 t、雷管數(shù)量60 000多發(fā)；爆破時既要保證爆破網(wǎng)路可靠聯(lián)接、按時序準爆，以保證4棟大樓按設計的方向坍塌；同時要采取可靠的爆破振動、爆破飛散物防護措施，確保周邊建(構(gòu))筑物和相關設施安全。

2)夜間爆破，人員疏散難。爆破對象周邊涉及3個大型綜合體，人流量、車流量比較集中，人員疏散非常困難，只能夜間爆破。但夜間爆破，又面臨照明條件差的問題，爆破時要保證4棟樓周邊100 m范圍內(nèi)人員安全疏散，涉及疏散范圍將達15萬m2。

3)多部門協(xié)調(diào)工作難度大。工程地處普陀區(qū)，大部分工作由普陀區(qū)相關部門管理。但由于管理隸屬關系不同，工程東側(cè)的中環(huán)高架屬于城市環(huán)線干道，交通管理由市交警總隊負責；北側(cè)滬寧高速高架路是G2、G42國家干線，其高架路由嘉定區(qū)交警總隊負責；北側(cè)滬寧高速高架路下方地面道路是曹安路，由普陀區(qū)交警負責。爆破時如需封閉周圍交通，需要兩個區(qū)、市交警總隊三方協(xié)調(diào)。

4)有效應對輿論。工程周圍除3個商業(yè)體外，東側(cè)和北側(cè)還涉及4個居民小區(qū)。凌晨0∶30分爆破，需要切實做好居民的宣傳、解釋、溝通工作。同時爆破過程不可避免會產(chǎn)生大量粉塵和爆破振動，宜做到讓居民和周邊相關單位安心、放心。同時需要第一時間及時、準確傳遞相關信息、有效引導輿論。

2 總體方案

基于周邊復雜的目標保護和嚴苛的危害效應控制要求，決定采用高層建筑物大切口、多切口倒塌爆破設計方法；實現(xiàn)多幢超高層建筑拆除爆破穩(wěn)定引爆和多切口折疊延時逐層、逐跨分散塌落起爆技術[2-3]。采用同向2～3個切口的爆破工藝，能使大樓在空中解體，切口閉合逐段折疊后再觸地，上部觸地構(gòu)件折疊在下部樓體已觸地的構(gòu)件上，極大地降低了上部樓體倒塌的動能。切口閉合后，上部樓體重心落高小，能夠極大、有效地控制塌落振動[4-6]。

T1、T2大樓總高106.2 m，大樓倒塌觸地質(zhì)量較大，會產(chǎn)生較大的觸地振動，采用同向雙切口定向倒塌，從周邊建筑分布情況看，T1大樓向北傾倒有較寬裕場地， T2大樓向西傾倒可較好的避開中環(huán)高架，將大樓設計成2個爆破切口，大樓1～5層和13～15層各施工一道爆破切口定向傾倒；

T3大樓總高91.4 m，同樣將大樓設計成2個爆破切口，大樓1～5層和11～13層各施工出一道爆破切口向北定向傾倒。

公寓樓采用同向3切口向北定向倒塌，利用大樓北側(cè)的50 m場地，將大樓設計成3個爆破切口，大樓1～5層、13～15層以及21～23層各施工出一道爆破切口向北定向傾倒。

同向2～3切口能使大樓在空中解體，切口閉合逐段折疊后再觸地，上部觸地構(gòu)件折疊在下部樓體已觸地的構(gòu)件上，極大地降低、緩沖了上部樓體倒塌的動能。切口閉合后，上部樓體重心落高小，能夠極大、有效地控制塌落振動，爆破切口布置如圖2所示。

圖2 爆破切口布置

根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境和安全要求，為了保證各樓之間的爆破不受影響，本工程采取4棟樓結(jié)成一個大的復合網(wǎng)路，各樓采用不同激發(fā)段位的半秒導爆管雷管激發(fā)，從而控制各棟樓之間的延時時間，依次倒塌[7]，爆破時間及起爆順序如表1所示。

表1 爆破時間及起爆順序

爆破器材用量：2號巖石乳化炸藥7 416 kg，導爆管雷管60 200發(fā),塑料導爆管40 000 m。

3 爆破工程精細化管理

3.1 壓實爆破工程施工、監(jiān)理、評估三方責任

3.1.1 確保技術方案可行

世界級城市核心城區(qū)密集空間的超高層樓群一次性爆破，須確保萬無一失。在方案設計階段，督促施工企業(yè)基于該工程開展相應的理論分析、通過數(shù)值仿真、多重案例比選，擬定了多切口數(shù)碼控制爆破設計方案；施工企業(yè)方案交由評估公司評估的同時，對類似重大工程要求評估公司邀請權(quán)威專家論證，確保方案可行。并先后組織2次試爆，確定了不同構(gòu)件的炸藥單耗，驗證了復式數(shù)碼網(wǎng)路毫秒延時間隔的合理性。

3.1.2 現(xiàn)場嚴格管控，確保技術措施落地

督促第三方監(jiān)理公司加強監(jiān)督，督促施工企業(yè)嚴格遵守設計方案，將技術參數(shù)定位到4棟樓、9個爆區(qū)、6萬多炮孔上，并隨時監(jiān)督施工，保證設計方案的實施。爆破器材用量大、區(qū)域分散，進場后需要加強監(jiān)管，要求施工企業(yè)在每個爆破器材發(fā)放點，每棟樓各個爆區(qū)安設影像采集設備，并通過網(wǎng)卡，實時傳輸至治安總隊值班室，實行24 h無死角監(jiān)控。

3.2 加強爆破危害效應的控制，提高爆破監(jiān)測手段和水平

要重視爆破有害效應影響問題。在爆破設計、施工中須因地制宜，采取可靠的安全技術措施，確保周圍建(構(gòu))筑物和設備等不受危害[7]。重點防控爆破振動和爆破揚塵。

3.2.1 爆破揚塵控制措施

隨著人們對生活品質(zhì)的要求越來越高，在重點城區(qū)實施爆破，環(huán)保要求高，尤其是爆破粉塵不能影響周邊環(huán)境。工程中把消防工程的一些做法引入到建筑工程中，采取了消防噴淋防塵措施：在市政管網(wǎng)進口安設揚程150 m的變頻水泵，沿爆區(qū)四周布設1.2 km長消防管網(wǎng)，在爆區(qū)四周形成一排立體水幕，阻擋粉塵。在重點方向上，安設9個消防霧炮，配備灑水車降塵。

4棟樓9個爆區(qū)，全部用防塵安全網(wǎng)密封，延緩、減弱粉塵外溢；爆破預處理階段安排灑水車進行流動降塵。

3.2.2 提高輿論應對權(quán)威性

爆破工程容易引起周邊相鄰單位糾紛的往往是爆破振動問題。此次爆破體量大、高度高；周邊毗鄰110 kV變電站、商業(yè)綜合體、多個居民小區(qū)，在采取措施控制爆破振動的同時，邀請上海地震局作為社會公益第三方參與爆破振動監(jiān)測。爆破后，地震局及時發(fā)聲，有效解除了公眾對爆破振動的恐慌。

3.3 采用無人機紅外搜捕系統(tǒng)，確保人員完全疏散

爆破時四棟樓周邊100 m范圍內(nèi)人員需要疏散，涉及疏散范圍15萬m2；夜間光線暗，如何確認疏散范圍內(nèi)徹底清空與否難度很大。經(jīng)過多方比較，決定將無人機紅外搜捕系統(tǒng)[8-9]引入疏散區(qū)內(nèi)人員檢查，除采用常規(guī)人力拉網(wǎng)式搜索外，采用無人機紅外搜捕探測系統(tǒng)，無人機搭載的紅外熱像儀具有真正的夜視功能，可穿透濃煙、霧霾等惡劣情況，在夜間照明條件差的情況下，只要區(qū)域內(nèi)有動物熱源，無人機紅外搜捕探測系統(tǒng)會實時報警，確保疏散區(qū)域內(nèi)人員絕對真空。

同時還可利用無人機機載外掛高音通話器進行空中喊話，引導人們疏散方向。此次無人機熱像儀探測器尺寸單個探測元的大小采用25 μm，成像的質(zhì)量分辨率為640×480 DPI。分辨率高，成像效果清晰(見圖3)。

圖3 無人機紅外探測生命體影像

3.4 加強無人設備黑飛管控

在爆破時如何防止無人機飛到警戒區(qū)內(nèi)，保持警戒區(qū)附近凈空非常重要。對此采用上海特金公司TDOA城市級網(wǎng)格化無人機管控系統(tǒng)[10-11]，簡稱“網(wǎng)格化系統(tǒng)”(見圖4)。該網(wǎng)格化系統(tǒng)采用分布式技術，實現(xiàn)超寬頻譜100～6 000MHz掃描，可實時偵測城市中的無人機電磁信號，偵測范圍覆蓋主流廠商無人機與自制DIY無人機。結(jié)合人工智能與大數(shù)據(jù)技術，系統(tǒng)可快速識別無人機的特征信息，實時與黑白名單進行比對，進一步執(zhí)行有效管控或處置。

圖4 無人機管控系統(tǒng)

當網(wǎng)格化系統(tǒng)偵測到一架‘黑飛’無人機時，會即刻通知所在轄區(qū)的執(zhí)法機構(gòu)，必要時系統(tǒng)將啟動反制設備，對目標無人機實行驅(qū)離、迫降或誘捕，實現(xiàn)無人機的精準管控。

3.5 多部門分層次合作

重大項目爆破工程的周邊協(xié)調(diào)、溝通工作涉及面廣，需要多部門分層聯(lián)動。本次爆破工程影響大，從街道到社區(qū)居委，從網(wǎng)格辦到信通處各方通力合作。爆破后由施工企業(yè)和建設方做好即時宣傳解釋工作，爆破確認無誤后第一時間發(fā)聲，區(qū)政府、街道、居委社區(qū)分層引導線下疏解，信通處隨時關注網(wǎng)絡輿論，及時發(fā)出準確信息并對某些錯誤信息加以引導。爆破工作實現(xiàn)了上下聯(lián)動，取得了良好的社會效果。

此次爆破工程警戒工作，在交通管控工作涉及到跨區(qū)協(xié)調(diào)聯(lián)動，請市交警總隊主持牽頭，兩個行政區(qū)聯(lián)動，交通管控工作運行通暢，為今后類似工程提供了借鑒的經(jīng)驗。

4 爆破效果

2020年4月20日0∶30分，順利實施爆破(見圖5)。由于安全管控措施到位，爆破飛散物控制在40 m范圍內(nèi)，爆破振動速度控制在0.9 cm/s(爆破安全規(guī)程3.0 cm/s)之內(nèi)[12]，影響可控。同時對爆破后一些零星輿論反饋及時響應，確保了爆破工作的安全順利。

圖5 爆破瞬間紅外影像

5 結(jié)語

1)拆除爆破作為一項拆除工藝，在現(xiàn)代化城市建設過程中，是不可缺少的一個選項。中心城區(qū)爆破，不是爆破技術越來越難，而是協(xié)調(diào)工作越來越難，從某種程度上說，是人們對爆破這項工作的認識偏差和協(xié)調(diào)難度阻礙了這項技術的應用。在這方面，爆破工作需要從事爆破工作的有關各方多做宣傳、多做溝通。

2)爆破技術和爆破器材方面要與時俱進，尤其是爆破瞬間粉塵的問題，必須要找到一個合理可行的方案，這是制約爆破發(fā)展的一個重要障礙。

3)中心城區(qū)爆破管理工作要與時俱進，要應用新技術、新的工作手段，尤其是人工智能、無人機、影像同傳等技術的應用，可以將爆破工作的每個環(huán)節(jié)納入掌控范圍，有助于爆破管理實現(xiàn)全方位、全時監(jiān)控。