基于协同论的双台起重机吊装作业危险源辨识及评价

冯凯梁

（上海华谊新材料有限公司，上海 201424）

近年来随着工业技术发展，生产装置规模越来越大，单体设备已逐步演变为技术集约化与体量庞大化的成套系统，传统单台起重机吊装作业已无法满足工程施工技术需求，从而衍生出双台或多台起重机协同吊装作业施工，但是却未有能配套适用的建筑施工安全生产技术。

与传统单台起重机吊装作业相比，双台起重机协同吊装作业在吊装计算、技术操作、施工准备及安全控制等方面都提出了更高的要求，但是在实践应用方面，往往通过借鉴工程师个人单台起重机吊装作业的工作经验，以及基于力学原理的吊装理论计算作为双台起重机吊装方案的实施依据。

在学术理论研究方面，主要采用了经验法与仿真法等两种研究手段。经验法是将多个双台起重机吊装案例的离散型实务经验数据，运用拉格朗日、多次样条、牛顿插值公式、最小二乘法、三次样条等插值法拟合形成双台起重机吊装工况曲线［1，2］。仿真法是基于力学与运动学原理，通过仿真计算机技术模拟双台起重机各工况下的动作路径，该方法已由国外大型起重机制造厂家所推出的软件系统为客户实现了吊装方案编制及操作司机培训等功能［3］。笔者认为，双台起重机吊装作业与传统单台至关重要的差异在于“协同”两字，虽然上述理论与实践方面的研究已充分借鉴了传统单台起重机吊装作业，但是针对“协同”的特殊性却难以借鉴，导致已有安全管理研究成果难以应用于双台起重机吊装作业，在危险源辨识及评价等研究方向领域仍处于空白。

协同（synergism），一词最早起源于古希腊语，意味同步、和谐、合作、协作、协调，上世纪70年代德国著名系统专家哈肯首次提出了协同论概念及协同模型，协同论揭示了不同事物主体（即子系统）之间的交互关系对于整个系产生影响程度，以及在空间、时间与结构等方面的无序系统演变为有序系统的客观规律［4］。而安全系统则揭示了与安全问题有关的各子系统通过相互联系、相互作用、相互制约，将复杂突变系统演变为动态平衡系统的过程。协同论与安全系统在开放性、非线性、随机性、有序与无序统一、临界缓慢及系统性等6个方面具有相同特征［5］。因此，通过将一个完整系统划分为若干协同子系统的过程作为危险源辨识，并将系统协同度作为危险源评价指标，将协同论相关研究理论与方法应用于安全系统是可行合理的。

为了满足大型设备吊装技术可靠且安全保障，建立一套由4种危险源子系统（包括：人员协同、机械协同、方法协同、环境协同）及其12项细项危险源组成的，双台起重机协同吊装作业危险源辨识及评价体系很有必要。该体系将在传统单台危险源辨识的基础上，重点围绕“协同”，建立基于双台起重机协同吊装作业时的危险源辨识，利用系统协同度模型对于吊装施工各环节进行危险源评价，以某个大型设备双台起重机协同吊装施工作业为例进行危险源辨识及评价，并提出相应的协同安全管理方法与建议。

1 危险源辨识

吊装作业事故作为建筑行业常见的安全生产事故类型之一，关于单机起重机吊装作业的危险源辨识已有了广泛的研究。在此基础上借鉴已有研究成果，重点围绕双台起重机“协同”吊装作业的特殊性，基于双台起重机机协同吊装作业危险源辨识体系的类型及其内在细化要素建立3个层次的协同模型：第一个层次为双台机协同吊装作业整体危险源；第二个层次为基于协同理论的双台起重机协同吊装危险源辨识获得的4种危险源子系统（包括：人员协同、机械协同、方法协同、环境协同）；第三个层次为基于该4种危险源子系统的12项细项危险源。同时将4个危险源子系统及其12个细项危险源作为协同度危险源评价体系，见表1［6，7］。

表1 双台起重机协同吊装作业危险源辨识体系

续表1

2 危险源评价

2.1 协同度权重

笔者以某大型石油化工建设项目为例进行双台起重机吊装作业危险源评价。该案例中，被吊设备是1台直径为φ4500/φ4000mm，高度为77108mm，总重量为159t（平台、梯子及内件除外）的塔机，由于高度长度大且设备重量大，根据现场施工机械资源采用2台起重机协同作业（主起重机600t与辅起重机300t）。通过采访现场施工专业工程师、安全工程师、吊装方案编审专家、设备制造厂家工程师，以及吊车司机、指挥工、操作工等一线施工作业人员，围绕以下3个方面内容对于双台起重机吊装作业危险源指标体系进行评价。第一，针对第二层体系，即人员协同、机械协同、方法协同及环境协同之间进行重要性权重分配（利用AHP层次分析法通过两两之间0或1进行重要性打分，权重合计数=1）；第二，针对第三层体系各细项危险源之间进行重要性权重分配（利用AHP层次分析法通过两两之间0或1进行重要性打分，权重合计数=对应第二层危险源子系统的权重值）；第三，针对第三层体系各细项危险源在方案设计、施工准备、吊装施工等3个环节协同相关密切程度（直接评价密切程度，分值从1到10分别对应完全不相关到非常相关）。具体权重及评分见表2。

表2 双台起重机吊装作业危险源权重及评分结果

2.2 协同度模型

协同度是指整个系统内部各子系统之间处于演变过程中通过相互影响而达成和谐一致的水平程度，系用于评价系统协同程度的指标。鉴于安全系统与协同论的相同特征，因此本文借鉴协同度的指标来评价双台起重机吊装作业危险源水平。假设将人员协同、机械协同、方法协同及环境协同等方面作为4个危险源子系统分别定义为Sj，j=1，2，3，4。序参量是指能够支配子系统运行特定状况的参数变量，将4个子系统的序参量分别定义为eji=（ej1，ej2，ej3，ej4），其中bji≤eji≤aji，aji与bji是序参量eji处于稳定系统的临界上限及下限。假设eji的取值越大，则表明系统有序协同程度越高，即双台起重机吊装作业危险源评价水平越高；反之越低。

定义双台起重机吊装作业危险源系统Sj序参量分量的协同度如下，其中uj（eji）∈［0，1］，uj（eji）值越大，则协同度越高［8］。

2.3 案例分析

将表2中针对双台起重机吊装作业危险源辨识第三层体系中各细项危险源在方案设计、施工准备、吊装施工等3个环节协同相关密切程度进行标准化数据处理，并获得表2中的标准化数据，并作为协同度模型的初始数据。根据表2中数据及协同度模型计算公式，分别计算得出各危险源子系统在3个环节下的协同度（见图1），并以方案设计阶段环节的协同度作为基期t0，得出后续两个环节协同度总体波动情况（见图2）。

图1 4个危险源子系统在3个环节下协同度计算结果

图2 3个环节协同度波动计算结果

根据图1与图2研究结果表明：

（1）4个危险源子系统在3个环节下的协同度都在0.4～0.9之间，表明各环节协同度能够达到一定水平且波动相对稳定，能够一定程度反映双台起重机吊装作业危险源水平；

（2）方案设计阶段的方法协同（0.89）、施工准备阶段的环境协同（0.73）、吊装施工阶段的人员协同机械协同（0.86）及环境协同（0.84）等具有高度协同度，基本符合本案例中双台起重机吊装协同作业危险源评价的预测结果；

（3）方案设计阶段的人员协同（0.45）及施工准备阶段的人员协同（0.49）具有较低协同度，表明人员协同管理并未获得足够重视，存在较显著的潜在危险源风险；

（4）图2表明基于方案设计阶段的协同度（0.0），吊装施工阶段的协同度（0.45）最高，而施工准备阶段的协同度最低（-0.32），表明在整个双台起重机吊装作业过程中安全重视程度并未保持一定水平，注重方案设计与吊装施工阶段，而忽视了施工准备阶段。

3 结论与展望

为了满足大型设备吊装技术可靠，施工过程安全保证，对双台起重机吊装协同作业危险源进行辨识与评价体系，包括第一个层次为双台机协同吊装作业整体危险源；第二个层次为基于协同理论的双台起重机协同吊装危险源辨识获得的4种危险源子系统（包括：人员协同、机械协同、方法协同、环境协同）；第三个层次为基于该四种危险源子系统的12项细项危险源。通过建立系统协同度模型，并以某个大型设备双台起重机协同吊装施工作业为例进行危险源辨识及评价。结果表明系统整体及各子系统危险源的协同度能够较好地应用于方案设计、施工准备及吊装施工等3个环节的危险源评价，应在以下2个方面进行改进：（1）应加强所有3个阶段的安全意识，重点提高施工准备阶段危险源水平；（2）提升人员协同管理，加强安全意识及操作演练培训，并落实双台起重机吊装技术交底。

在未来在以下2个方面将作进一步深入探讨：（1）进一步剖析基于协同理论的双台起重机协同吊装危险源辨识体系，本文的指标数据采集都采用定性方式进行专家打分评价，未来建立一套可量化的指标体系，进一步提升危险源指标评价的可靠性；（2）利用信息技术手段对双台起重机协同吊装作业进行模拟仿真，通过收集数据建立一套完整仿真环境来指导实践操作，并推广应用至更多台数起重机协同作业以及不同结构的被吊物体。

［1］ 蔡山，张浩，陈洪辉. 基于最小二乘法的分段三次曲线拟合方法研究［J］. 科学技术与工程，2007，7（3）：90-93.

［2］ 胡玉茹，范卿，等. 汽车起重机虚拟吊装仿真环境下的起重力矩保护方法［J］. 建设机械技术与管理，2012，（2）：98-100.

［3］ 王欣，高顺德. 国外履带起重机的特点及国内市场现状［J］. 建筑机械，2006，（1）：12-17.

［4］ 赫尔曼哈肯. 协同学-大自然构成的奥秘［M］. 上海：上海译文出版社，2005.

［5］ 赵理敏，吴超，李孜军. 安全协同理论的基础性问题研究［J］. 科技促进发展，2017，13（5）：388-394.

［6］ 郑仲金，黄政，故障树分析在船用起重设备伤害事故预防中的应用［J］. 起重运输机械，2008，（6）：91-93.

［7］ 于志鹏，陆愈石，何华刚，起重作业挤压事故的分析与预防［J］. 工业安全与环保，2006，32（2）：56-58.

［8］ 江新，朱沛文. 水电站大坝群安全应急管理协同度测度研究［J］. 中国安全生产科学技术，2015，10（11）：133-140.