徐世亮 马明飞
中国新兴建筑工程有限责任公司 北京 100009
摘要：随着科技的发展,越来越多的大型机械设备被应用到建筑施工当中。塔吊作为建筑施工中不可缺少的机械设备,在提高施工便利的同时,也增加了施工现场的安全危险因素。
塔吊防碰撞系统是一种用于建筑塔式起重机（简称塔吊或塔机），包括安全防护系统和远程视频监控系统。在复杂施工环境下，多塔机协同作业碰撞报警系统，通过实时监控塔机之间的运行状态，对塔机的危险状态进行预先报警显示，帮助塔吊操作员避免由于操作失误造成严重甚至致命性的事故，提高在建工程的施工安全。通过1#办公楼等5项（霄云路项目）项目实例，详细介绍了塔吊防碰撞系统的组成、工作原理以及在塔吊范围作业中的应用。
关键词：防碰撞系统；视频监控；安全防护
引言：在我国随着房地产市场的不断升温, 建筑市场日趋活跃, 建筑塔吊应用越来越多, 建筑物也越来越密集, 大型建筑工地塔机布设密度越来越大, 因此, 塔机之间的碰撞以及塔机与周边建筑物碰撞的频率也随之增高, 随时都有事故发生。
1 工程概况
1#办公楼等5项（霄云路项目）位于北京市朝阳区。总建筑面积95751㎡，地上65010㎡，地下30741㎡，地上20/24层，地下4层，基础埋深约18m，建筑檐口高度为86.3/99.5m，框架结构。
该工程位于城市核心区繁华地带，呈“L”型，总占地面积1.3万㎡，地下车库占地面积1.1万㎡，场地极其狭窄。周边紧邻三栋既有建筑物，该三栋均为高层建筑，建筑绝对高程在80m至100m之间；并且周边建筑物离基坑距离近，最近的一个大楼距离项目现场基坑周边13m左右。
本工程共设置4台塔吊。1#楼在核心筒电梯井道内设置1#塔吊，为动臂塔，型号为TL225-14，臂长55m；2#楼在核心筒电梯井道内设置2#塔吊，塔吊型号为TT6520-10，臂长40m；地下车库设置2台塔吊，塔吊型号均为QTZ125，臂长均为35m。
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图1.1现场平面布置图 图1.2 塔吊平面布置图
2 现有技术及难点
2.1现有防碰撞技术管理
2.1.1 加强操作人员管理 塔吊司机、司索和指挥人员必须经过培训持证上岗, 并加强教育提高技能。
2.1.2 加强检查验收使用管理工作
1) 塔吊地基基础施工要保证质量。地基处在软卧土层的要采取加固措施, 可以换土或加深塔吊基础或采取其他可靠的措施进行处理。基础施工要精心, 钢筋绑扎隐蔽工程要进行检查验收, 混凝土浇筑完毕外观检查应没有露筋、孔洞等严重质量缺陷, 混凝土强度应达到厂家要求。地脚螺栓要用原厂产品且保证位置、标高准确。
2)根据作业环境采取防护措施, 涉及高压防护和多塔作业要有专门的安全措施。
3)对限位保险装置、螺栓紧固情况、连接销轴情况、钢丝绳情况、吊钩情况要经常检查, 发现问题及时处理。
4)塔吊不用时应将电机、安全防护装置、旋转结构配件放置在仓库内, 架体结构用苫布覆盖, 避免发生损坏。
2.1.3 加强对塔吊的安全监管
1）塔吊安装后应及时检测, 未经检测或检测不合格的塔吊不得投入使用。
2) 加大对事故的处理力度。塔吊事故要查清事故原因, 落实防范措施, 追究事故责任人的责任, 相关人员要接受安全教育, 严防同类事故的发生。发生机械事故的塔吊不得随意维修并投入使用。
2.2常规吊装作业存在的困难
1）吊装安全风险高。塔吊在主楼背面吊装作业，塔吊司机存在视觉死角，远距离视觉模糊，语音引导易出差错等行业难题。司机在高空驾驶舱内，无法看到楼周围地面情况（盲吊），易产生安全事故。
2）吊装效率低下。由于吊装作业时，需要警惕塔吊大臂不能越过塔吊可吊装范围，在主楼背面吊装时，由于塔司无法看到地面情况，吊装速率非常低，且安全风险高。
3）无法有效监控。无法实现塔吊载荷（力和力矩功能）监控、防碰撞监控、区域保护监控和黑匣子记录功能。
4）不能监控到项目现场塔吊的运行状况。
3 塔吊防碰撞系统研究及应用
3.1 防碰撞系统组成及作用
塔吊智能防碰撞系统由塔机防碰撞安全防护系统和塔吊远程监控系统两部分组成。
3.1.1 塔机安全防护系统组成及其作用
塔机安全防护系统主要由带动态显示的主机（内置制动控制）、角度传感器、幅度传感器、风速传感器、力矩传感器、无线通信模块等组成。
主机（带液晶及内置制动控制）功能：用于塔机运行实时显示，碰撞危险的报警和制动。
防护形式：声音警示，大液晶动态实时显示，区域制动5方向控制；
报警范围：碰撞危险报警，限位报警，非法侵入禁行区报警
幅度传感器：感知塔吊小车距标准节的距离
角度传感器：感知塔吊吊臂的角度
风速传感器：感知塔吊风速；
力矩传感器：用于塔吊起重的重物称重；
无线通信：用于塔吊与塔吊之间，塔吊与远程监控器数据通讯的无线传感器网络设备
3.1.2 远程视频监控系统组成及其作用
塔吊远程视频监控系统由远程控制器、无线通信控制器、远程监控软件、黑匣子记忆与播放软件等组成。
远程监控：绿色表征塔吊处于安全区域；黄色标识表征塔吊位于交叉作业区域，有潜在风险；红色表征塔吊间距小于报警设定间距，系统正在报警。
黑匣子及录像播放：自动记录塔吊运行数据，查看历史塔吊数据，再现塔吊历史运行状态，实现黑匣子记忆，为事故调查提供判定依据。
3.1.3 功能及优势
1）实时检测并显示塔吊的运行状态，安全看得见；
2）力、力矩力、力矩、幅度、高度、回转，全面五限位，保护更全面；
3）基于塔机行为的三维群塔防碰撞一能；
4）区域保护功能，阻止小车进入被保护区域；
5）吊装提醒功能，精确定位，提高驾驶员工作效率；
6）倾斜报警功能，在由于螺栓松动、斜拉斜吊引起塔机倾斜时系统发出报警提示；
7）远程GPRS、GPS定位功能，在线随时查看塔机实时运行状态；
8）高度及回转限位功能，更精准，带有预警减速功能；
9）工作循环记录、实时数据记录、系统修改日志记录等“黑匣子”功能；
10）钢丝绳倍率轻松切换，方便日常使用；
11）驾驶员IC卡管理功能（此版本实现与倾斜报警属于二选一功能）。
3.2 设备的安装及系统调试流程
3.2.1 系统设备安装
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3.2.2 显示器的安装
安装位置：安装于驾驶室前方，不阻碍驾驶员视线且便于观看的位置（建议安装在驾驶人员视线左前方位置）
安装要求:
1）安装位置不影响驾驶人员的正常作业时的观测视野，并注意防水；2）显示器与驾驶舱使用2颗螺丝固定；3）数据电缆航空接头务必拧紧，电缆线务必用扎带固定、捆扎整齐。
3.2.3 主机的安装
安装位置: 塔机驾驶室侧方，与显示器数据电缆有效连接距离以内的位置（建议安装在驾驶人员左侧距离舱底1m以上的位置）。
3.2.4 幅度及高度传感器的安装
安装位置：高度传感器通过安装支架并行连接安装在起升机构侧。变幅传感器通过安装支架并行连接安装在变幅机构侧。
3.2.5 吊重传感器的安装
吊重传感器根据塔机结构的有2种安装方式：塔帽安装方式和起重臂后端安装方式。塔帽安装方式用于起升钢丝绳从塔帽钢构架内穿过的塔机吊重支架的安装。起重臂后端安装用于起升钢丝绳从塔帽钢构架外部绕出的塔机吊重支架的安装。
安装位置：塔机塔帽处或起重臂后端。
3.2.6 回转传感器的安装
绝对值编码器功能：实时采集塔机当前的回转角度值
安装位置：回转大齿盘上。
3.2.7 无线通讯模块的安装
无线通讯模块功能：群塔中设备与设备之间的数据传输。
安装位置：塔帽朝向大臂的一侧，数据天线竖直与地面。
4 应用效果
1#办公楼等5项（霄云路项目）塔吊出厂时安装视频监控系统，可以对吊钩、司机室、排绳等情况监控，如必要还可以与安全监管系统联网，监控吊钩监控采用20倍（可放大缩小）130万像素日夜型一体化网络摄像机，塔吊停止作业后自动充电。
通过视频监控系统使能够快速准确的做出正确的操作和判断，解决了施工现场塔吊司机的视觉死角，远距离视觉模糊，语音引导易出差错等行业难题，能够有效避免事故的发生。由于司机在高空驾驶舱内，如果没有视频塔司是无法看到楼周围地面情况（盲吊），这个系统安装后到新工地还是可以继续使用，一次投入终身受益，性价比可以值得推广。
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图4.1-1 塔吊视频监控系统实景
4.2 安全防护监控系统
安全监控系统与塔吊自身电子限位器（电位器）共用，相同系统可以互相兼容，缺点是周转到新项目，不同品牌塔吊和不同品牌“防碰撞”系统不能兼容，有时项目统一请第三方去塔吊上单独安装另外的“防碰撞”系统（实现所有塔吊互联），会在原有塔吊限位器后面串联一个电子限位器（电位器），很乱不规范也造成浪费，是目前行业问题，如果公司在各项目都推广同一品牌“防碰撞”系统可以一定程度减少浪费。以后所有群塔作业工地都会推广使用本系统，效果很好用。
塔吊“防碰撞”监控系统可以对塔吊载荷（力和力矩功能）监控、防碰撞监控、区域保护监控和黑匣子记录功能。
通过对1#动臂塔设置区域保护系统，在围挡设定多个限位点，可以实现大钩不会超出东侧进入嘉和丽园小区（避免纠纷），大钩不会超出北侧进入霄云路高压线（未防护）上方，大钩不会碰到西侧国航大厦，安全得到了保障，避免纠纷产生。
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图4.2-1 塔吊安全防护监控系统实景
5 结语
塔吊的选择、定位布置是一个综合分析的过程，需要各个部门协调配合，编制塔吊施工组织设计方案一定要具有前瞻性。
塔吊防碰撞控制系统，对工地特定区域内的多台塔吊进行防碰撞报警以及保护，满足了复杂环境下塔群的防碰撞要求，帮助塔吊操作员避免那些由于操作失误造成的严重甚至致命的事故，为建筑工地提供更为安全的施工环境。
参考文献：
[1] 陶阳,谷立臣.塔式起重机防碰撞监控系统研究[J].建筑机械化,2020,41(09):50-53.
[2]周飞虎. 塔式起重机防碰撞技术与安全监控系统研究[D].长安大学,2015.
[3]王兴权,王勇,罗建国,侯明健.塔式起重机防碰撞通讯关键技术研究[J].石油化工建设,2018,40(05):57-58+61.