基于“互联网+”的全过程塔机安全监控系统研究

渠克 张玲 沈晨

我国塔式起重机2015年保有量已经超过42万台，每年还以2万到3万台的速度在增长；与此同时近年来塔式起重机事故频频发生，给人民生命财产造成了巨大伤害，塔式起重机事故已得到社会普遍关注，政府职能部门高度重视。我国针对塔式起重机的设计、生产、使用、维护都进行了较为完善的规定，发布了一系列相关的规范与标准。2010年7月19日，《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》（国发[2010]23号）中明确提出：大型起重机械要安装监控管理系统。2012年12月，国家发布了标准GB/T28264-2012《起重机械安全监控管理系统》。

一、 塔机安全监控系统发展现状

随着互联网技术的发展，充分使用现代测量、计算机、通信、网络技术实现塔式起重机安全监控，是社会发展的必然趋势。

据公开资料显示，国内早在2004年就开始研究塔机安全监控系统，2007年开始，一些诸如“塔吊黑匣子”、“塔吊防碰撞”、“塔吊工作空间限制器”等安全监控系统开始出现在市面上，这些系统可以归结为第一代安全监控系统。从产品的设计角度分析，第一代安全监控系统其主要功能是为安全生产监控的政府部门使用，例如黑匣子在塔吊事故后分析起到的作用。

2011年起，国内有许多公司，如杭州品茗、山东富友、北京安邦等国内厂商开始推出基于互联网技术的塔式起重机安全监控系统，相对于早期第一代产品，这些产品功能已经比较完善，其主要功能有：产品功能、防止超限超载、重力和力矩监控、风速监控、塔身垂直度监控、塔机间防碰撞功能、塔机作业区域限制与提醒、现场报警与提示、定位功能、远程监控中心。

虽然不同公司的不同型号产品在功能实现方式存在一定的区别，但从核心功能来说，这些产品基本上都满足了GB/T 28264-2012《起重机械安全监控管理系统》的要求，本质上没有明确的区别。

这些产品在市场获得一定的应用，但由于产品与系统设计理念仍然侧重于政府安全生产监控部门使用，所以在政府文件要求强制推广塔式起重机安全监控的地区，例如：内蒙古、黑龙江、浙江省等，由于不安装塔机监控系统不允许开工，所以塔机安全监控产品已经得到了广泛推广，取得了一定的效果，但是从实际使用效果来看，塔机安全监控设备安装的多，但真正有效使用的少，很多产品安装时能够正常使用，但由于对用户直接帮助不大，缺少维护，使用一段时间就出现故障，无法起到真正的作用；另外，由于塔机监控系统设计的出发点并不是塔机的产权单位、租赁单位等，所以监控系统的推广并不能激起他们的积极性，安装的塔机监控系统利用率低下，产生问题的主要原因有：

1.产品侧重于塔机技术状态的监控，缺乏对驾驶员的监控和塔机安装监控；

2.缺乏驾驶员身份管理和驾驶行为管理；

3.产品缺乏塔机定期检查提示和塔机全过程寿命管理；

4.产品缺乏对塔机基础管理，对塔身倾斜没有预警机制；

5.没有全过程的服务理念，监控功能通常仅供建筑安全监控部门使用。

二、 全过程的塔机安全监控系统设计

塔式起重机是一项复杂度很高的垂直运输机械，从生产到使用，涉及多方管理，包括制造厂商、机械检测、甲方、监理、塔吊产权单位、检测单位；随着计算机技术、物联网技术和通信技术的飞速发展和广泛应用，建设全过程管理的塔机安全监控系统已经成为可能。一套合适的塔机安全监控系统要实现全过程监控，需要考虑到这个产业链上相关的所有环节，如何把这些环节有机组合起来是研究的重点。

经过分析与调研，塔机的安全监控系统设计要服务于塔机产权单位、塔机使用单位，从源头做起；要想让使用单位积极使用，就必须解决塔机使用中的问题；塔机产权单位和使用单位都希望塔机能够安全生产，但是塔机归根结底是由人操作的设备，除了正确对塔机操作外，我们还应对以下部位进行监控：

1.钢丝绳状况、减速器油温油位、起重机荷载、应力和振动情况、制动器摩擦衬片的寿命和温度状况等；

2.起重量限制器、高度限位器、力矩限制器、回转限位器、幅度限位器；

3.起重力矩、起重量、幅度、回转角和允许高度控制；

4.塔机的转动、吊重以及小车变幅

5.塔机间的碰撞；

6.进入限制区域警告（对于马路、高压线等危险区域）；

上述这些要求，塔机安全监控系统应满足外，还需要增加几点新功能：

塔机芯片（IC卡）管理、塔司自动识别、驾驶行为分析、安全预警、塔机基础监测、吊钩可视化系统。

三、全过程塔机安全监控系统组成

塔机安全监控的功能要求是实现全过程塔机安全监控系统的基础，基于此研究设计的整套监控系统，塔机安全监控系统由监控中心设备、现场塔机安全监控终端和多种传感器、显示器和控制部件等组成。

图1 全过程塔机安全监控系统示意图

1.监控中心设备与软件

组成包括：服务器组、网络设备、IC卡读写卡器、电子地图、数据库、应用软件；监控中心使用成熟、可靠的硬件平台，监控中心设备必须接入Internet；主要研发工作集中于监控系统，BS架构，含JavaScript、SSH（Struts+Spring+Hibernate）集成开发框架、Mysql数据库等。

软件最主要、最重要的是数据集成，因为数据库、芯片（IC卡）等包含的信息是分散的，要将其整合在一个平台（如图1），更进一步的要求在智能终端，例如手机APP上可以便捷操作。数据的分享和查看的权限也要放开，不止政府安全生产监督管理部门可以使用，甲方、施工单位、监理单位、租赁单位等也拥有同样的机会。

2.塔机安全监控终端与现场监控设备

如图2所示，塔机安全监控的终端可以按功能、按部位等方式排列。

按功能排列，可以分为各式传感器、显示器和传输线，以及相关配套开发的软件。

按部位排列，可以分为塔机基础、塔司操作室、吊钩等部位。

我们采用不用的方式解决塔机使用网络的问题，RFID、蓝牙基站和无线上网，考虑使用、周转的成本和塔机数据大小，各公司及项目结合实际情况选择使用。

图2 塔机监控终端现场装置构成图

四、结语

综上所述，我们通过应用先进的互联网技术，从源头出发，真正地服务于产权单位、使用单位，设计的理念与实现，需要在实践上进一步去验证和调整，塔机全过程安全监控系统将是遏制塔吊事故发生的一道重要的安全防护。“互联网+”塔机安全监控系统的应用将更加有利于实现施工现场塔式起重机的安全管理，防止施工起重机械重大安全事故的发生。