基于物联网+塔机安全管控系统的应用

方敏进，段益庆，池秋平

（1.杭州品茗安控信息技术股份有限公司，浙江 杭州 310000；2.云南省建设投资控股集团有限公司，云南 昆明 650000）

0 引言

塔机的普及显著提高了建筑施工机械化作业水平，发挥了生产效率提升的重要作用，但作为施工现场重大危险源之一，也深刻地影响着人民生命和财产安全。以物联网、移动互联网、人工智能等为代表的新一代信息技术与建筑行业正加速融合，在塔机使用安全上找到了结合点，促进了塔机安全管控的数字化、智能化发展。

1 塔机事故分析

1.1 塔机事故统计

根据住房和城乡建设部通报数据，2015～2019年起重伤害一般事故257起，较大及以上事故26起，如表1所示。2011～2018年全国房屋市政工程塔机较大事故统计：年平均事故5.8起，年平均死亡人数19.8人[1]。通过分析，起重伤害事故统计可反映塔机事故的基本情况，塔机事故是起重伤害事故的主要类型。

表1 2015 ～2019 年起重伤害事故起数和死亡人数

1.2 事故原因分析

塔机事故原因很多，归纳起来有四大主要因素：设计施工技术、安拆违规操作、违规使用保养和塔机管理不当。

设计施工技术因素分为设计因素和施工因素。设计因素主要包括：塔机选型不当，如未考虑物料或设备的最大重量以及起重力矩的要求，以致塔机性能不满足使用要求；塔基选型不当，如未考虑基础埋置深度、塔机投入使用时间等要求，以致出现室外工程破障施工、搬运物料费用增加效益降低等情况；位置选择不当，如未考虑建筑平立面变化对附着影响、拟建建筑建成后对拆卸影响、对基坑围护结构影响等，以致出现超长附着、高空拆卸、边坡加固等技术难题，增添技术风险。施工因素主要包括：桩基础、预埋构件安装及承台等施工质量缺陷，以致地基承载力、桩身承载力不足，或混凝土承台平整度、型钢平台安装精度不足，埋下安全隐患。

安拆违规操作因素主要包括：违反操作规程和使用说明书，如先拆起重臂、顶升时旋转起重臂、提前拆除标准节螺栓、外部攀爬操作平台等；操作人员无证作业等。

违规使用保养因素主要包括：违反劳动纪律，如疲劳、酒后驾驶等；违反“十不吊”和操作规程；违规拆除安全装置，如起重力矩限制器；保养检修不及时、不认真，如疲劳裂纹、螺栓松动、吊钩敞口、钢丝绳破损等。

塔机管理不当因素主要包括：专项方案可操作性差，租赁和安拆合同安全责任不清，塔机安全技术档案不全，安全警戒和安全防护不足，未有效执行司机交接记录，日常安全检查流于形式，安全管理台账滞后、不完整等。

2 物联网+塔机安全管控系统

针对塔机事故发生的主要原因，结合信息技术打造基于物联网的塔机安全监控系统在当前塔机事故多发的环境下，是极为必要的。物联网+塔机安全监控系统，依托物联网、移动互联网、人工智能等信息技术，对人、物、环、管等安全要素管控进行科技增强，围绕专项施工方案、安全监控、防碰撞、司机管理、隐患排查、机械管理等业务，提供塔基附着安全计算、司机操作监测和视线增强、塔机状态感知和风险干预、起重机械在线化管理和合规性自查等功能，赋能塔机安全管控“技防”抓手，降低塔机使用安全风险，提升建筑生产效率。

其由塔基附着设计软件、塔机安全监控系统、吊钩视频系统、司机管理系统、起重机械管理系统等组成，构建了在使用期的塔机安全生产智能管控体系。

2.1 塔基附着设计软件

2.1.1 软件背景

塔机倾覆、附着失效事故时有发生，有些是因为选型不当和计算错误。随着工程技术进步，矩形板式基础、桩基础、组合式基础等复杂塔基日渐增多，《使用说明书》难以满足工程实际需要。《塔式起重机混凝土基础工程技术标准》JGJ/T 187填补了塔基设计的标准空白。

2.1.2 软件说明

软件主要解决塔基附着计算不完整、不准确、不规范的技术难题。采用参数人机交互方式，对地基、基础和附着进行计算，具有计算示意图、计算书、计算审核表等功能，对设计质量和效率提高、安全生产促进具有重要作用。支持的塔基类型有板式、十字梁式的天然地基基础、桩基础和组合式基础。基础计算内容有强度、配筋、抗倾覆、稳定性等，地基计算内容有承载力、变形、稳定性等，附着计算内容有轴力、强度、稳定性等。

2.1.3 实施效果

软件操作简易，推进了塔基和附着设计的电算化普及发展；计算准确，紧随标准更新和技术创新，贴合施工现场。作为《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》JGJ/T187-2009的配套软件[2]，现有6类15项100多种计算模型，满足专项方案编制和审核的需要，从塔机管理程序的源头上确保安全。

2.2 塔机安全监控系统

2.2.1 系统背景

违规操作、违章指挥、群塔碰撞、夜间施工、超高层作业、大型构件吊装等不安全因素，仅靠人力现场监管是不够的，需要有科技手段加持，才能保障塔机作业安全、高效。

2.2.2 系统说明

系统包含安全监控和防碰撞两个模块，主要解决塔机工况感知靠经验的高风险和全天候人工协同作业低效的难题。安全监控模块，实时监测吊重、力矩、幅度、高度、速度（起升、回转、小车运行等）。防碰撞模块，适用于群塔、周边环境复杂等条件下的塔机作业防碰撞场景。显示屏上实时呈现塔机运行状态和临近环境工况，语音播报预警消息，辅助司机指令判断和安全操作，必要时采取减速、制动等干预措施，预防事故发生[3]。数据通过通信传输单元，发送至现场管理端、企业管理端和行业监管端，实现可量化、可分析、可追溯的数字化塔机安全监管。

2.2.3 实施效果

现今，在线塔吊数量5万余台，每日数据逾1000万条，每日报警提醒信息超10万次。在中国西部科技创新港项目中，196种防碰撞模型实现了96台塔机协同作业零碰撞目标。系统有效地减少了违规操作现象，降低了碰撞风险，保障了塔机使用安全。数据积累对市场监管、分包管理、设备维保、工效分析产生了积极作用，让塔机管控更加精细化。

2.3 吊钩视频系统

2.3.1 系统背景

塔机作业任务多、作业面广、影响范围大，除了对自身运行安全要求外，其与活动范围内设施、人员、物料的空间关系和危害反馈，也尤为重要。在混凝土浇筑、钢结构安装、周转材料吊运、隔山吊、地下空间和超高层吊装等作业场景中，需要提供除了对讲、信号等指挥外，能增强司机视野的技术措施，赋予司机可视化精准操作和风险主动避让的能力。

2.3.2 系统说明

系统采用智能算法对吊钩位置进行跟踪，实现自动对焦和变焦，可视化辅助司机驾驶。按摄像头安装位置分为小车视频和大臂视频两种型式[4]。现在，视频已与塔机安全监控系统实现共屏，在节约空间、费用的同时，实现系统协同和信息集中。

2.3.3 实施效果

系统广泛应用于建筑工程塔机起重作业，在超高层施工中应用普遍，与塔机安全监控系统互为补充，是“黄金搭档”。塔机非工作时，摄像头可作为制高点巡检球机使用。吊钩视频的硬盘录像机可接入塔机重点监控部位的视频，也可将视频对接至视频AI系统，借助司机认证、疲劳驾驶、人数统计等智能算法，形成多维度、多部位的可视化、智能化管理，实现价值链、创新链的串联和延伸。

2.4 司机管理系统

2.4.1 系统背景

在塔机安全事故原因分析中发现，有的是因为司机不熟悉塔机性能和故障排除情况而导致的，其既是受害者也是参与者。因为塔机高处作业的特性，传统方式难以有效、客观地评估司机的专业技能和职业素养。

2.4.2 系统说明

系统采用指纹、人脸生物识别技术，运用人工智能算法，提供起重机械操作许可、上下塔考勤、疲劳提醒、抽烟报警等功能，扫描二维码在线提交每日使用前检查表。

2.4.3 实施效果

结合塔机安全监控系统，实现对司机认证、行为、技术的高效监管，助推全员安全生产责任制有力落实。

2.5 起重机械管理系统

2.5.1 系统背景

对施工企业管理部门，因为项目分布广、塔机数量多、进度不一，难以高效实现关键节点事前计划、设备管理合规性事中控制、安全隐患整改事后分析。

2.5.2 系统说明

系统主要依据《建筑起重机械安全监督管理规定》建设部令第166号，从起重机械的进场计划到退场管理，对塔机和施工升降机，分别提取了设备管理关键节点15项。通过APP拍照上传关键节点的管理文档，如签字盖章封面，形成一机一档，自动合规性评分和项目排名[5]。系统集成了安全隐患排查、塔机安全监控、设备人员管理、电子台账检查等功能，形成了基于一个端的集成化应用，使用便捷。

2.5.3 实施效果

系统在充分发挥起重机械管理人员的主观能动性的同时，也集成了其他系统的功能和数据，实现了塔机安全管理“条线”的整体布局和集成应用。中建八局华南公司从2018年4月应用至今，阶梯式推进实现了全部项目上线，提升了企业起重机械管理信息化水平。

3 结语

在塔机安全管理新方式发掘上，本文提出的物联网+塔机安全管控系统是一套具有独特应用点的成熟系统，有力促进了塔机使用和管理的数字化、智能化发展，保障了使用过程的安全性，取得了很好的经济和社会效益，值得进一步推广和应用。

站在物联网+技术理念新高度上，如何实现系统插拔应用、功能灵活集成和数据互联互通，是数字时代的机遇和要求。物联网+塔机安全管控系统是一个技术创新、功能融合、数据创造的系统性整体方案，作为一种新型的技术管理模式探索，现阶段还存在一定不足，这就要求我们持续地贴近现场、亲近需求，不断提升先进性、易用性和有效性，重点突破5G、人工智能、大数据的应用技术和场景，攻坚克难，为推动塔机智慧时代到来贡献力量。