港口機械防風安全標準化研究

張德文

交通運輸部水運科學研究院

1 引言

防風標準是世界各國港口機械和起重機械防風安全運行的保障。港口機械防風安全相關標準很多，是港口機械和防風裝備風載荷計算、選型、設計、制造、檢測、使用、維保和報廢的依據。

我國港口機械防風安全標準化始于20世紀80年代初，最早發布的港口機械防風標準是《港口起重機風載荷規范》(JT 5013-1982)行業標準，距今已過去40年，甚至早于第一版《起重機設計規范》(GB/T 3811-1983)國家標準。

2 港口機械防風安全標準分類

2.1 按照標準性質分類

港口機械防風按照標準性質分為以下3種：

(1)基礎標準：包括風力等級、熱帶氣旋等級及命名、風載荷計算、港口機械設計相關的標準、防風裝置分類和術語等。此類標準多為國家標準，且大多為跨行業通用的綜合性標準。

(2)產品標準：此類標準最多，包括各種防風裝置及其零部件的產品標準、安裝尺寸標準等。

(3)管理標準：包括各種防風應急預案標準、風災前的預防措施、風災后的救助與理賠標準等。

2.2 按標準所屬領域分類

港口機械防風標準按所屬領域分為：

(1)氣象領域防風標準：包括風力等級、熱帶氣旋等級及命名、氣象儀器分類、風傳感器等氣象領域相關標準，亦有少量儀器設備的計量檢定規范。

(2)港口機械領域防風標準：包括交通運輸和機械等行業歸口管理的港口機械和起重機械的防風設計、防風裝置及其零部件、港口機械防風管理等標準。

2.3 按制動器分類

防風標準中，各種通用制動器的產品標準最多。制動器分類方式很多，其中最為典型的分類方式是按照驅動裝置的不同分類，分為電力液壓、電磁、氣動、液壓和人力等方式，對應在標準上也就出現電力液壓、電磁和氣動等方式的差異，在港口機械上應用最多的是電力液壓驅動方式。制動器按照摩擦副不同，主要有鼓式制動器、盤式制動器和帶式制動器等，港口機械上更多采用盤式制動器，少量采用鼓式制動器。表1為通用防風制動器現行標準情況。

表1 制動器現行標準

3 港口機械防風安全標準匯總

目前港口機械防風安全相關標準(含計量技術規范)共40余項，匯總如下。

3.1 氣象領域防風標準及計量技術規范

GB/T 19201-2006 熱帶氣旋等級

GB/T 19202-2017 熱帶氣旋命名

GB/T 28591-2012 風力等級

GB/T 32934-2016 全球熱帶氣旋中文名稱

GB/T 32935-2016 全球熱帶氣旋等級

GB/T 35227-2017地面氣象觀測規范 風向和風速

GB/T 37467-2019 氣象儀器術語

GB/T 40243-2021 龍卷風強度等級

JB/T 9450-2015 電接風向風速計 技術條件

JB/T 10073-2017 氣象儀器 術語

JB/T 11258-2011 數字風向風速測量儀

JJF 1934-2021 超聲波風向風速測量儀器校準規范

JJG 431-2014 輕便三杯風向風速表檢定規程

JJG 613-1989 電接風向風速儀檢定規程

QX/T 8-2002 氣象儀器術語

QX/T 23-2004 旋轉式測風傳感器

QX/T 581-2020 輕便三杯風向風速表

QX/T 637-2022 氣候預測檢驗 熱帶氣旋

3.2 港口機械防風設計標準

GB/T 3811-2008 起重機設計規范

JT/T 90-2020 港口裝卸機械風載荷計算及防風安全要求

JTS 169-2017 碼頭附屬設施技術規范

ISO 4302:2016 起重機——風載荷估算(Cranes-Wind load assessment)

FEM 1.001-1998 歐洲起重機設計規范

3.3 港口機械防風裝置產品標準

GB/T 18849-2011 機動工業車輛 制動器性能和零件

GB/T 26665-2011 制動器術語

GB/T 31051.1-2014 起重機 工作和非工作狀態下的錨定裝置 第1部分：總則(ISO 12210-1:1998，MOD)

GB/T 31051.4-2016 起重機 工作和非工作狀態下的錨定裝置 第4部分：臂架起重機(ISO 12210-4:1998，IDT)

GB/T 33517-2017 電力液壓鼓式制動器 技術條件

GB/T 33519-2017 制動器分類

GB/T 34114-2017 電動機用電磁制動器通用技術條件

JB/T 5948-2013 工程機械 鉗盤式制動器 技術條件

JB/T 6406-2006 電力液壓鼓式制動器

JB/T 6452-2010 力液壓推動器 基本技術要求

JB/T 7019-2013 工業制動器 制動輪和制動盤

JB/T 7020-2006 電力液壓盤式制動器

JB/T 7021-2006 鼓式制動器連接尺寸

JB/T 7685-2006 電磁鼓式制動器

JB/T 8435-2006 氣動盤式制動器

JB/T 10603-2006 電力液壓推動器

JB/T 10917-2008 鉗盤式制動器

JB/T 12982-2016 電磁圓盤式制動器

JB/T 12984-2016 起重機抗風制動裝置

JB/T 13479-2018 工業制動器 制動襯墊

JB/T 13519-2018 氣動摩擦片浮動式制動器

TB/T 1428-1990 鐵路貨場橋式、門式起重機防風制動裝置技術條件

3.4 港口機械防風管理標準

JT/T 90-2020 港口裝卸機械風載荷計算及防風安全要求

DB34/T 1803-2012 內河港口大型機械設備防風管理要求(安徽省地方標準)

3.5 其他防風相關標準

SJG 55-2019 建筑起重機械防臺風安全技術規程(深圳市工程建設標準)

DBJ 46-045-2017 海南省建筑塔式起重機防臺風安全技術標準(海南省工程建設標準)

4 港口機械主要防風標準分析

4.1 交通運輸行業標準JT/T 90-2020

4.1.1 交通運輸部防風政策與防風安全標準的演變

港口機械整機抗傾覆穩定性和抗風防滑安全性等總體計算，以及港口機械的機構計算、零部件計算等都涉及到風載荷計算。1982年交通部發布行業標準《港口起重機風載荷規范》(JT 5013-1982)，次年發布國家標準《起重機設計規范》(GB/T 3811-1983)，在風載荷計算方面2個標準保持了一致。

隨著20世紀80年代港口機械的快速發展，以及國內外多次風災事故的發生，根據交通部標準改革要求，對《港口起重機風載荷規范》(JT 5013-1982)標準進行了修訂。修訂后的標準為《港口起重機風載荷規范》(JT/T 90-1994)。

20世紀90年代，我國南北方沿海港口均發生了多起港口機械重大風災事故，給港口生產造成了重大影響，交通部首次出臺《港口大型機械防臺管理規定(暫行)》(1998年版)，同時制定了《港口大型裝卸機械防風安全要求》(JT 399-1999)行業標準。此時對港口機械的防風規定及措施，更多的是針對防臺風。

進入21世紀，根據技術發展，將《港口起重機風載荷規范》(JT/T 90-1994)和《港口大型裝卸機械防風安全要求》(JT 399-1999)整合為《港口裝卸機械風載荷計算及防風安全要求》(JT/T 90-2008)。從標準名稱看，將“港口起重機”擴大到“港口裝卸機械”，不再是單單的局限于港口起重機械的風載荷計算。但該標準更多的內容還是關于風載荷計算，防風安全要求變化并不大。與此同時，新修訂的《起重機設計規范》(GB/T 3811-2008)發布。《港口裝卸機械風載荷計算及防風安全要求》(JT/T 90-2008)和《起重機設計規范》(GB/T 3811-2008)中關于風載荷的計算，均不同程度借鑒了歐洲《起重機設計規范》(FEM 1.001-1998)。

盡管國內外在防風標準規范方面的要求越來越高，但是由于港口機械的大型化趨勢越來越顯著，國內外港口機械風災事故還是越來越多。近十幾年港口機械風災事故的一個突出特點是由于臺風的可預見性，以及防臺風措施的不斷加強，由臺風引發的安全事故相對較少，而由于突發陣風引發的安全事故則越來越多，有記錄的港口突發陣風的瞬時風速也越來越高，最大陣風風速已超過相關標準規范規定的35 m/s。

在總結一個時期港口機械防風安全事故和港口機械防范措施不足的基礎上，交通運輸部于2018年7月24日印發了《港口大型機械防陣風防臺風安全工作指南》。在此指南基礎上，交通運輸部重新組織修訂了《港口裝卸機械風載荷計算及防風安全要求》(JT/T 90-2020)行業標準，重點加強了防風安全要求的規范，尤其提出了防突發陣風的具體安全措施。

圖1為交通運輸部防風政策與防風安全標準的演變過程。

圖1 交通運輸部防風政策與防風安全標準的演變

從圖1可以看出，交通部共出臺4版防風政策，而且自1998版開始的后3版防風政策均給出了港口常用機型的防臺風措施，2018年的第4版同時還給出了港口多個常用機型的防陣風措施，針對性和可操作性越來越強。

4.1.2 JT/T 90-2020標準主要內容

交通運輸行業標準《港口裝卸機械風載荷計算及防風安全要求》(JT/T 90-2020)，在標準架構(見圖2)上沿用了2008版的結構；在防風安全內容上，更多地借鑒了《港口大型機械防陣風防臺風安全工作指南》(2018年版)的內容。

圖2 交通運輸行業標準JT/T 90-2020的框架結構

該標準首先規范了“港口大型裝卸機械”、“陣風”、“臺風”和“防風裝置”4個港口機械防風安全最關鍵的術語，然后給出了風載荷計算方法和防風安全要求。該標準的突出成果是詳細給出了12種常用港口機械機型的防臺風應對措施，并給出了8種常用港口機械機型的防陣風措施，比《港口大型機械防陣風防臺風安全工作指南》(2018年版)更全面。

4.1.3 JT/T 90-2020行業標準的不足

JT/T 90-2020是JT/T 90-2008的修訂版，標準內容包括風載荷計算和防風安全要求兩大部分，最突出的變化是按照防臺風和防陣風工況分類，尤其強化了防陣風安全措施。該標準不足之處主要體現在2個方面。

(1)該標準仍然保留了風載荷計算的內容。我國港口機械和起重機械兩大領域的標準化工作既有交叉，又有獨立性，作為兩大領域防風安全標準代表的JT/T 90-2008與GB/T 3811-2008幾乎同時制修訂。2個標準都意識到了我國起重機械和港口機械風載荷計算問題的不足，故都保留了風載荷計算的內容。而實際上GB/T 3811-2008發布后，風載荷計算相關要求已經非常完善，其借鑒了歐洲《起重機設計規范》(FEM 1.001-1998)和國外其他先進標準的特點，足可以應對各種港口機械的風載荷計算，故JT/T 90-2020中沒有必要再保留風載荷計算的內容，風載荷計算參照GB/T 3811執行即可。

(2)防風應對措施中未能全覆蓋港口機械各種機型。與JT/T 90-2008相比，JT/T 90-2020列出了12種常用港口機械機型的防臺風措施和8種常用港口機械機型的防陣風措施，針對性很強。但是，隨著新技術發展，新產品不斷涌現，JT/T 90-2020中仍有很多港口機械機型未能納入，未能實現港口機械防風措施全覆蓋，建議后續進一步補充完善。

4.2 水運工程建設標準JTS 169-2017

JTS 169-2017《碼頭附屬設施技術規范》為水運工程建設標準，其中第6章為《鋼軌、車擋及預埋件》，對港口機械的鋼軌及聯結件、車擋、頂升預埋件、防風裝置基礎預埋件的設計原則、設計計算給出了規范性技術要求。

該標準規定防風系拉裝置宜沿裝卸機械設備縱橫向對稱布置。岸邊集裝箱起重機、卸船機和裝船機等大型港口設備，防風系拉裝置宜采用拉桿方式；對門座起重機等設備，防風系拉裝置可采用拉索方式，拉索在碼頭面上的投影與軌道的夾角宜為45°，與碼頭面的夾角宜為45°～60°。系拉拉力應按重現期50年的最大風速和裝卸機械非工作條件下穩定的要求確定，計算風速取3 s時距的平均瞬時風速，并不得小于55 m/s。同時，該標準對系拉裝置、錨定裝置的預埋件結構及排水系統也提出了規范要求。

4.3 國家標準GB/T 3811-2008

GB/T 3811-2008《起重機設計規范》是我國起重機械和港口機械領域最權威的設計規范，對起重機的分級、設計計算載荷(含風載荷)與載荷組合、結構、機械、電氣、整體抗傾覆穩定性和抗風防滑安全性、安全等均有非常詳細的規定。其中起重機風載荷計算、整體抗傾覆穩定性和抗風防滑安全性是目前我國起重機械和港口機械廣泛遵循的設計依據。

4.4 機械行業標準JB/T 12984-2016

JB/T 12984-2016《起重機抗風制動裝置》為機械行業標準。該標準將起重機抗風制動裝置按抗風制動力產生的方式分為兩大類，即軌道制動裝置(包括頂軌器、夾軌器等)和車輪制動裝置(包括輪邊制動器、輪軸制動器等)，并給出了頂軌器、夾軌器和車輪制動裝置的基本參數、技術要求、試驗方法和檢驗規則。該標準不足之處是仍有很多抗風裝置未能包含，如防風鐵楔、防爬器等。

5 結語

經過40多年的發展，我國港口機械和起重機械防風安全標準已經取得了非常大的進步，標準體系不斷完善，但港口機械防風安全標準仍缺乏系統研究。

港口機械防風安全標準還有很多需要完善的部分：

(1)梳理各種港口機械防風裝置，并編寫港口機械防風裝置分類及術語基礎標準。

(2)港口機械工作性防風裝置是防范突發陣風的重要設備，目前在港口機械上應用非常普遍的輪邊制動器(也叫夾輪器)、慣性制動器、頂軌器(壓軌器)、夾軌器、防爬器、防風鐵楔、風力自鎖防爬器等，已經同盤式制動器等常規防風裝置一樣，逐漸成為通用標準產品，但是目前基本沒有專門產品標準。尤其風力自鎖防爬器作為一種全新的全自動高可靠性的防突發陣風裝置，在港口機械上已有大量使用，但是尚沒有任何標準規范。

(3)港口機械必備的非工作狀態下防臺風裝置，如錨定裝置、錨鉤裝置、防風拉索裝置、防風拉桿裝置等，還沒有任何技術標準。

(4)港口機械防風裝置設計計算和選型計算方面標準缺乏，現有手冊和教科書均不完善。

(5)港口機械防風裝置作為易損件，其檢查、維護和報廢缺乏標準依據。