张乾龙
河南省权衡起重设备检测有限公司 河南 商丘 476000
摘要：传统化智慧工地系统主要涵盖数据显示层、数据操作层、数据处理层、数据传输层、数据采集层5个层次，其中数据处理层主要针对前端数据信号实施处理并储存处理结果，数据操作层则是在数据处理层中调取处理数据，展现在数据显示层上。受到目前技术框架与水平的限制，传统指挥工地中的各项子功能都是独立化的系统，难以形成统一化的监控平台，各系统间的智能化服务水平、平台的开放度、业务横向贯通程度与数据融合度均有待提升。鉴于此，文章结合笔者多年工作经验，对塔式起重机安全监控技术的研究与应用提出了一些建议，以供参考。
关键词：塔式起重机；安全监控技术；研究与应用
引言
研究中信息应用的关键在于工作人员和塔吊的位置信息和属性信息的监测，并将获得的信息与其进行交互。方便施工现场人员培训和相关信息的查询，也解决了塔吊施工现场信息传递不畅和管理不当的问题。通过监控技术的有效应用，能减少塔吊安全事故中碰撞事故和物体打击事故的发生。
1、加强塔式起重机安全监控系统的研究意义
在建筑施工中运用起重机械，提升施工水平与效率，但会加大施工安全风险概率。为了严格管控起重机械确保施工安全，需要合理应用塔式起重机安全监控系统，该系统融合了远程监控与预防报警功能，详细记录塔式起重机各标准参数，并全方位监控塔式起重机的具体运行情况，若出现任何违规行为系统立即会发生警报。
2、施工塔吊安全风险影响因素分析
1)人员风险。塔吊作业是一个复杂的操作过程，从事塔吊作业的操作人员需要获得上岗证书并拥有熟练的专业技能方可进行塔吊起重作业。与塔吊作业相关的人员包括塔吊驾驶员和信号工等特种人员及管理人员。导致事故发生的人的原因可能是违章操作、操作失误、安全监督管理疏忽等人的不安全行为。人员风险涵盖的因素包括驾驶员业务水平、驾驶员心理素质、信号工业务水平、安全管理人员能力、人员安全素质、连续工作时间等。2)塔吊设备风险。塔吊作为大型特种作业设备，自身构件的安全可靠性是保证不发生事故的关键因素。一般事故的发生是由于塔吊自身构件或辅助设备存在不安全状态导致的。塔吊设备风险涵盖的因素包括塔吊结构构件安全可靠性、塔吊功能构件安全可靠性、塔吊基础可靠性、驾驶室人机工程设计水平、负载种类、超负荷运转等。3)环境风险。环境因素是导致塔吊事故发生的间接因素，是产生人的不安全行为和物的不安全状态的直接原因。塔吊作业因其自身特点很容易受天气环境和施工现场环境的影响，如当地的风力强度会影响作业过程，狭窄的作业空间对作业操作的要求更高，阴雨天气、大雾天气、沙尘天气及夜间等能见度低情况下作业都有可能导致事故发生。环境风险涵盖的因素包括作业空间适宜度、视角遮挡程度、作业时能见度、作业时风速、作业时温度、工程复杂程度等。4)管理风险。管理因素也是导致塔吊事故发生的间接因素。安全管理是否到位是影响塔吊安全的重要因素。因为塔吊的特殊性，不仅需要做好塔吊的安全技术交底和日常安全检查工作，还需要经常性地进行维修保养。管理风险涵盖的因素包括施工方案审查的全面程度、安全技术交底的落实程度、施工进度安排的合理性、安全措施的有效性、安全培训教育、现场组织的管理水平、安全规章制度的健全程度、维修保养的频率等。
3、塔式起重机安全监控技术的研究与应用
3.1起重机设计标准
在国家标准或国际标准中，对风载荷的计算或监控有明确要求。在国家标准GB/T3811《起重机设计规范》4.2.2.3中，明确要求“对于露天工作的起重机应考虑风载荷的作用。
假定风载荷是沿起重机最不利的水平方向作用静力载荷，计算风压值按不同类型起重机及其工作地区选取”。计算风压与阵风风速有关，可按式（1）计算：p=0.625*v2公式（1）p：计算风压，单位为牛每二次方米（N/m2）v：计算风速，单位为米每秒（m/s）计算作用在起重机上的风载荷，可按式（2）计算：Pw=C*pI*A公式（2）Pw：作用在起重机上的风载荷，单位为牛顿（N）C：风力系数pI：计算风压，与工作状态、地区、风速大小相关A：起重机结构件垂直于风向的实体迎风面积，单位平方米（m2）计算作用在起重机吊运的物品上的风载荷，可按式（3）计算：PwQ=1.2*pI*AQ公式（3）PwQ：作用在吊运物品上的风载荷，单位为牛顿（N）pI：计算风压，与工作状态、地区、风速大小相关AQ：吊运物品的最大迎风面积，单位平方米（m2）另外，对于某些地区，应当考虑由雪和冰积结而引起的受风面积的增大。在国家标准GB/T3811《起重机设计规范》9.7.6.1中，明确要求“对于室外作业的高大起重机应安装风速仪，风速仪应安装在起重机上部迎风处”、“对室外作业的高大起重机应装有显示瞬时风速的风速报警器，且当风力大于工作状态的计算风速设定值时，因能发出报警信号”。在欧洲标准EN13000中，明确要求“风速显示：当起重机主臂/副臂组合长度超过65m或者在（吊臂）收回时间超过5min的情况下”。
3.2SMS框架
该运行框架中，塔吊传感器仅采集目前常用塔吊监控系统所采集的参数，如起重重量、吊臂倾角和转角、风速等，通过NB-IoT模块，以云数据库为中转载体，实现本地计算机与云数据库实时交互分析数据。本地多核并行计算机运行专门的有限元程序，完成全结构杆件位移、应力和应变的仿真模拟，并实时上传塔吊安全状态预警信息至云数据库。塔吊安全预警信息由塔吊吊臂自由端挠度和塔吊全结构杆件应力峰值确定。综合考虑塔吊结构的强度、刚度和稳定性条件，技术人员通过塔吊关键点位移和构件应力峰值描述塔吊整体的安全状态。类似地，0.65的许用应力和0.8的挠度限值作为判断塔吊结构处于中等风险和高风险状态的临界阈值。监测系统根据有限元程序实时分析所得的结构位移和应力状态，利用安全状态准则可确定塔吊的安全预警状态。塔吊操作人员和其他安全管理员在塔吊操作室和移动设备上实时查看并收预警信息。
3.3FEM分析
为减少SMS读取传感器数据和反馈结构应力分析结果之间的时间滞后，塔吊SMS采用三维框架单元模拟整个塔吊结构。驾驶室和动力装置系统模拟为集中质量块，平衡配重模拟为外荷载，扶墙构造近似为固定位移边界，不计缆绳和其他附属物件的影响。借助有限元软件midasCivil建立塔吊结构初始有限元模型，将稳态结构、动态结构和边界约束信息分别以其提供的模型脚本导出功能获得mct脚本文件，内部记录结构的单元节点编号、节点坐标、材料特性和边界条件，而后应用FOＲTＲAN95和VB．net2010自主开发的塔吊应力实时分析软件读取上述有限元模型，实时分析塔吊全结构件应力和位移。
结束语
综上所述,对塔式起重机安全监控技术的研究与应用进行了阐述，在依据相关国家标准的基础上，通过模拟检测，各项性能指标良好，达到了预期的目标。
参考文献
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