智能施工平台作业安全规范研究

马 羚， 张 昊， 郭红领， 田士川

(1. 清华大学 土木水利学院，北京 100084；2. 广东博鼎建筑科技有限公司，广东 佛山 528312)

全球很多国家及地区正面临着严重的建筑业从业人员老龄化问题。联合国将45岁及以上劳动力定义为老年劳动力[1]。中国建筑业老年劳动力占建筑业从业人员总数的比例不断上升，在2018年高达38.6%[2]。香港建筑业40岁及以上的从业人员占香港建筑业从业人员总数的比例在2019年高达67%[3]。截止2018年，美国建筑业老年劳动力占美国建筑业从业人员总数的比例近40%[4]。此外，日本和韩国也面临着建筑工人不足和从业人员老龄化问题[5,6]。尽管建筑业从业人员呈现老龄化趋势，但是我国建筑业从业人员需求仍然庞大。未来，特殊工种将可能面临较大的供应压力，存在断供风险。

同时，全球建筑业的安全生产形式较为严峻。根据国际劳工组织的估计，全世界每年在建筑工地上发生至少60000起致命事故，每10 min发生一次致命事故[7]。2015年起中国房屋市政事故起数和死亡人数逐年上升，2019年全年共发生事故773起，死亡904人，相比2015年分别上涨42.8%和63.2%[8～12]，安全事故起数和伤亡人数仍然居高不下[13]。2017年，欧盟28国共发生了3552起致命事故，其中建筑业占五分之一以上[14]。在澳大利亚，建筑业是事故高发的四大行业之一[15]。建筑业安全事故不仅造成大量人员伤亡，还伴随着巨额的经济损失[16]，传统高风险建造方式阻碍了建筑业未来发展，同时也促使建筑业转型。

智能建造被认为是解决劳动力老龄化和特殊工种短缺问题的有效途径，并提升建造效率，保障施工安全和质量[17]。目前，既有挖掘、砌筑、喷涂、焊接、抹平、搬运等单任务施工机器人，也有综合自动化建筑系统(SMART)[18]、高层钢结构智能建造系统(ABCS)[19]、高层钢混结构的天盖系统(Big Canopy)[20]等集成多种施工机器人、传感器和设备，并为其提供作业面、临时防护的施工平台[21]。相比于单任务机器人，集成多种作业任务的施工平台更具发展潜力。国内的自动化施工平台研发晚于国外，且多集中于高层建筑[22～25]。

智能施工平台是指融合多种作业场景、集成多种施工设备和多种施工工序的施工作业平台，能够在系统的控制下实现多作业场景、多工序的自动化和智能化施工。智能施工平台搭载设备众多、工序繁杂、空间有限、设备移动频率高，在实际施工应用中存在较多的安全风险，然而目前尚缺少适用于智能施工平台的安全作业规范。为了支撑智能施工平台的安全作业，本研究将以智能施工平台为研究对象，依托现行相关作业与安全标准规范，结合文献查阅和专家调查等方式，探究智能施工平台对现有施工安全规范的适用性，构建适用于智能施工平台作业的安全规范清单。此外，这也可为智能施工平台的作业安全管控规范的编制提供参考，从而降低平台作业风险，促进建筑业转型升级。

1 研究方法

本研究首先采用文献查阅法对智能施工平台安全管理的相关规范进行筛选及分类，构建智能施工平台安全管控规范清单框架，然后结合专家调查对所构建规范清单的适用性进行分析，最终形成适用于智能施工平台的安全规范清单。

(1)智能施工平台作业安全管控规范清单框架构建。通过分析智能施工模式，一方面选取新型施工模式相关的关键词，筛选相关国家标准、行业标准和地方标准；另一方面，详细查阅现行国标(含强制性标准和推荐性标准)，明确智能施工平台相关的国家标准。进而，结合调研的智能施工平台安全管控基本情况，构建智能施工平台作业安全管控规范清单框架。

(2)智能施工平台作业安全管控规范清单适用性分析。邀请智能建造领域的专家对构建的智能施工平台作业安全规范清单各级明细的适用程度进行判断，采用五级量表，1分代表很不适用，2分代表不适用，3分代表一般，4分代表适用，5分代表非常适用，专家可补充相关标准规范并进行适用程度评价。取各专家打分的平均值Em作为某条具体细则的适用性得分：

(1)

式中：Em为第m条细则的适用性得分，m=1，2，…，94，Em=1～5；Ami为第i个专家给第m条细则适用程度的评分，Ami=1，2，3，4，5；n为专家个数。

经过统计分析和专家沟通，剔除平均分在3分以下(认为不适用)的细则，形成适用于智能施工平台作业的安全管控规范清单。

2 安全规范清单框架构建

基于工程“事前-事中-事后”的全过程控制理念[26]，结合相关标准，构建智能施工平台作业安全管控规范清单框架。

2.1 相关规范梳理分析

通过分析智能施工平台的关键组成部分，确定了以“爬升模板、平台”“混凝土布料机”“塔式起重机”作为新型施工模式的关键词，搜索相关的建筑业国家标准、行业标准、地方标准、团体标准和企业标准，得到10部相关标准，如表1所示。

表1 基于关键词检索的智能施工平台安全管控相关标准

同时，通过广泛阅读和整理建筑业现行国家标准(含强制性标准和推荐性标准)，获得与智能施工平台相关的国家标准，如表2所示。

表2 智能施工平台作业安全相关的国家标准

2.2 作业前安全规范分析

正式施工前，需根据项目情况制定专项施工方案。智能施工平台的模架设计、装拆和施工等过程属于新技术、新工艺、新结构等特殊施工范畴，需通过必要的实验论证或安全技术分析报告，相关内容在GB 50870—2013《建筑施工安全技术统一规范》第7.1.1条和GB/T 50502—2009《建筑施工组织设计规范》第6.5.3条等标准中多次被提及。由于智能施工平台体型庞大，在正式使用前，需对产品进行质检，确保产品各项性能指标合格。为降低或规避重大风险，需制定应急救援预案，保障人员的安全。

根据GB 50606—2010《智能建筑工程施工规范》第3.1.2条的规定，智能建筑工程的施工必须由具有相应资质等级和安全生产许可的施工单位承担。施工单位应当建立并实施新施工机具与设备管理制度和配备计划，对施工机具与设备的配备、安装、拆除与验收、使用与维护等安全技术规程做出规定。此外，根据GB/T 50358—2017《建设项目工程总承包管理规范》第7.3.3条和GB/T 50130—2018《混凝土升板结构技术标准》第7.1.4条等标准，需对操作、安拆和维护等特殊工序作业人员进行技术交底及培训工作，确保人员培训合格、资质审核通过。以上均为在作业前所涉及到的安全管控规范内容。

2.3 作业中安全管控规范分析

针对作业过程，相关规范主要涉及装置类和管理类两方面内容。装置类主要包括防护装置和应急装置；管理类主要分为安全管理、检验与试验、材料管理、机具布置和成品质量。

在装置类方面，防护装置主要用于施工安全。例如，限位装置可以确保运送设备在运动过程中准确与操作平台正常对接，防止出现碰撞事故；减速开关则可以在运送设备与靠近平台时，控制设备的运行速度。这在DB 37/T 5024—2014《建筑施工操作平台与运送设备组合系统技术规范》的第7.3.3～7.3.6条给出了具体规定。在施工过程中，需设立相应的纵向、水平、高空防坠装置，保障施工安全；同时需设立接地防雷、外部防雷装置，做好避雷、防雷工作。此外，电气系统需符合GB 50194—2014《建设工程施工现场供用电安全规范》等的要求，做好相应的短路、过流、零位等电气保护工作；应急装置需根据GB 50720—2011《建设工程施工现场消防安全技术规范》等的要求，做好临时应急照明、供电、供水等工作。

在管理类方面，安全管理需做好安全监测设备及安全监测预警系统、安全作业人员等工作。在整体钢平台模架施工过程中，根据JGJ 459—2019《整体爬升钢平台模架技术标准》等相关规定，需在相应的位置安装自动风速记录仪、位移传感系统及重力传感系统、照明及信号指示和安全警示装置来确保施工安全。而为了确保整体钢平台模架在运行过程中的安全，需对其爬升速度、爬升升差、爬升间隔、承载力和刚度、安全距离等进行信息化监控，并需满足JGJ 459—2019《整体爬升钢平台模架技术标准》等相关标准的规定。同时，在作业过程中，应配备相应检测人员、维护人员等，保护施工人员的安全。

施工机具在布置时，特别是脚手架、塔吊等，需满足JGJ 196—2010《建筑施工塔式起重机安装、使用、拆卸安全技术规程》和GB 51210—2016《建筑施工脚手架安全技术统一标准》等标准和规范的要求。而DB 11/611—2008《施工现场塔式起重机检验规则》指出，需对塔式起重机提前进行空载试验及日常检验工作，确保塔式起重机各种安全装置工作有效可靠，各机构运转正常，制动可靠，操纵系统、电气控制系统工作正常。此外，在作业过程中，需要进行质量控制，且成品质量需符合GB 50204—2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》和GB 50300—2013《建筑工程施工质量验收统一标准》等相关标准的要求。为保证作业中施工安全，智能施工平台作业安全管控应符合上述要求。

2.4 非作业安全管理规范分析

非作业管理主要涉及停工及复工管理、非作业阶段的防护措施及工程文件归档等工作。根据JGJ 459—2019《整体爬升钢平台模架技术标准》第9.1.5和10.1.13条、DB 37/T5024—2014《建筑施工操作平台与运送设备组合系统技术规范》第9.3.10条、JGJ 196—2010《建筑施工塔式起重机安装、使用、拆卸安全技术规程》第3.4.8条以及GB/T 50130—2018《混凝土升板结构技术标准》第6.4.6条等要求，遇到大风、大雨、浓雾、雷电或者冰雪天气时，必须停止智能施工平台的使用，如当平台顶部风速大于12 m/s时，应停止安装拆卸工作，并且在停风后需要进行质量检验后才能继续使用。同时，智能施工平台应当设置相应的加固设施及电源保护装置；相关的新机具和设备检查记录等工程文件应当随工程建设进度同步形成，并及时做好归档工作。以上均为施工平台在非作业阶段所涉及的安全管控规范内容。

综上，本研究将智能施工平台作业安全管控划分为作业前准备、作业中管控和非作业管理三个阶段(一级分类)，并在各阶段下设16个二级明细、32个三级明细和49个四级明细，并附相关规范的具体条文。

3 安全规范清单适用性分析

针对上述构建的智能施工平台作业安全规范框架，本研究面向智能建造领域五位专家开展了规范适用性调查，所有专家均具有丰富的建筑业从业经验，以及智能建造产品研发或实践经验。在调查前，通过详细地介绍与沟通，使每位专家熟悉本研究所构建的智能施工平台安全规范清单框架。根据专家反馈，按照式(1)的计算原则，剔除平均分在3分及以下(不适用)的安全细则。最终，原始表格中88%的四级明细被保留，46%的细则适用性得分超过4分(适用)，如大风、大雨或冰雪天气的施工管理，作业与安拆人员的管理等，这些都应当作为重点事项进行管理。而位移传感系统及重力传感系统、爬升间隔、临时应急照明、温度监测点等被认为适用性相对较低，在当前的智能施工平台中运用较少，从原清单中剔除。同时，JGJ 202—2010《建筑施工工具式脚手架安全规范》和JGT 546—2019《建筑施工用附着式升降作业安全防护平台》需要在智能施工平台安全管控规范清单补充。

通过剔除和补充，形成智能施工平台作业安全管控规范清单(表3)，共包含作业前准备、作业中管控和非作业管理3个一级分类，16个二级明细，28个三级明细和33个四级明细。

表3 智能施工平台作业安全管控规范细则

4 结 语

随着建造自动化和智能化的快速发展，行业界和学术界陆续研发了施工机器人和智能施工平台。各类智能施工平台陆续进入现场试验阶段，但仍缺乏相应的安全规范对其安全作业进行指导。本研究通过资料分析和专家调查等方法，基于“事前、事中、事后”管理思想，构建了智能施工平台作业安全管控规范清单，涵盖了作业前准备、作业中管控和非作业管理3个阶段，16个二级明细，28个三级明细和33个四级明细。专家调查确认了本研究所构建的智能施工平台作业安全规范清单的行业适用性。

此外，由于智能施工平台研究与实验尚在进行中，故目前还难以深入探索所构建安全规则的实际效果。后续研究将结合平台的实际应用，不断反馈、完善安全规范清单，建立完善适用的新型施工模式作业安全规范。