智慧工地技术在建筑施工起重机械设备 安全管理中的应用探讨

陈 强

（重庆中建机械制造有限公司，重庆 401329）

1 建筑用起重机械常见类型

以构造和性能为划分依据，起重机械主要包含了轻小型、桥式类、臂架类3种：轻小型起重机械中最具代表性的为千斤顶、葫芦起重机、卷扬机；桥式类起重机械主要包含梁式起重机、龙门起重机；臂架类起重机械中使用最多的为固定式回转起重机、塔式起重机、汽车起重机、履带起重机等多种[1]。臂架类起重机在工程领域的应用最多，3种最为常见臂架类起重机械的特点对比如表1所示。

表1 三种臂架类起重机械对比

2 智慧工地的关键技术

2.1 传输数据标准技术

在信息技术、智能技术出现并被应用在工程领域后，智慧工地成为了工程建设的重要方向，当智慧工地建成后，不同主体、不同软件之间可高效传输信息。因此，传输数据标准技术是智慧工地领域的关键技术。由于在各类工程项目的建设实施过程中，涉及的数据信息量庞大，且数据格式和种类都有所不同，为使工程建设中不同主体、软件之间的信息传输更为便捷和高效，需要制定统一的信息交换标准，使全部的软件都可以此为标准保持正常的数据交换，即使是不同的主体、不同的系统，也可以在该标准的约束和指导下保持工程信息的流通。

2.2 BIM技术

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术在智慧工地中的应用，可发挥这一技术的协调性、可视化、模拟性优势，使现场的工程设计与施工，都可在BIM模型的基础上开展。任何的工程项目建设中，均可根据前期所掌握的工程信息和数据，构建精准的BIM模型。这种模型为三维结构，可真实还原工程现场的具体情况，而且在后续的工程建设中，一切的施工管理活动都可在BIM模型中开展。经过对比BIM模型中的相关情况与现场情况，可利用BIM模型的模拟性特征，协助解决问题。例如：BIM与射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术的结合，可将相应的构件信息录入到资产管理系统中，使后续的成本、资产管理更为便捷；经由BIM来进行空间管理，可实现空间布局的优化，提高空间资源利用率。

2.3 大数据可视化技术

智慧工地技术与传统技术最为显著的差异就是其智慧化特征，该技术可在工程项目的建设施工过程中真实还原现场的情况，而在现场还原时，大数据可视化技术必不可少，其原因为此技术可将工程数据的各种信息以更为直观的方式呈现出来，如测量数据、现场图像、计算中的数字信息，而且不论是哪种数据和信息，最终都可在大数据可视化技术下转变为更为直观的物理量，以便于相关人员在这种数据展示方式下开展模拟与计算。

3 智慧工地技术在建筑起重机械设备中的应用形式

绝大多数的工程施工现场都配备有塔式起重机或者施工升降机。在这种施工现场中，智慧工地技术在起重机械设备安全管理中的应用，一般需要通过视频监控和数据监测预警来辅助安全管理工作。

3.1 建筑起重机械智慧安全监控系统

起重机械设备的安全管理中，为全面发挥智慧工地技术的优势，工程企业可结合自身的项目特点，利用智慧工地技术来构建智慧安全监控系统，具体可通过传感器技术、嵌入式技术、数据采集技术等来实现。同时，所形成的智慧安全监控系统在投入使用以后，可实时监控起重机械设备运行的全过程，此时监控过程会呈现出一定的智能化特征，如在智慧安全监控系统运行时，可实现对塔机和升降机的运行状态、吊重、起重力矩等关键参数数据的采集、分析与显示[2]。塔式起重机安全监测构成如图1所示。

智慧安全监控系统可在起重机械设备的运行中动态化监控设备整体和各个构成部分的运行状态，在动态化监控下实现起重机械设备的安全风险识别与预警，从而快速根据所掌握到的各种信息进行相应的安全管理。在使用智慧安全监控系统时，一般需在现场的塔机和施工升降机主体安装任务结束后组织安装，并且只有在专门检验检测机构对智慧安全监控系统开展检验，且检验合格后，该系统方可正式投入使用。

起重机械设备中的智慧安全监控系统还兼具以下作用。第一，安全防护。由于建筑施工现场的环境条件十分恶劣，塔机和施工升降机在使用时可能会面临来自环境、操作等方面的风险，而智慧安全监控系统恰好可以对这些风险进行实时监控。同时，该系统可全面记录塔机和施工升降机使用中的相关数据信息，在数据采集和分析的基础上实现风险预警[3]。第二，监管作用。智慧安全监控系统可收集和利用塔机和升降机运行中的全部数据，从而对起重机械设备的运行过程和状态起到重要的监管作用。第三，远程操作与控制。在智能化技术与其他技术的辅助下，智慧安全监控系统可在现场的不同设备之间建立关联关系，从而实现远程操作，并且可以根据现场的施工要求，进行相应的参数调整。

3.2 建筑起重机械智慧安全监控系统的主要功能

3.2.1 起重量和起重力矩监控功能

在塔机和施工升降机使用过程中，可能会出现超载超限的情况，若长期如此，将会导致起重机械设备的零部件出现严重损坏或失效的情况，从而给设备带来巨大的安全隐患，甚至会导致施工过程中塔机和施工升降机发生损坏，如塔机起重臂断裂、塔机倾覆、施工升降机齿轮齿条磨损等。智慧安全监控系统在起重机械设备的安全管理中，可实现起重量和起重力矩的实时监控，而且在设备使用的过程中自动进行起吊质量的监控，对预防超载十分有效，一旦设备出现了超载或者超限的情况，智慧安全监控系统中的预警模块就会立即发出报警信号，从而提醒相关人员及时进行相应问题的处理，与此同时，系统还会自动切断上升方向的电源[4]。

3.2.2 群塔作业防碰撞功能

目前的建筑工程市场上，很多为大型建筑，其工程结构复杂，施工工作量大，而且为完成对应的施工任务，在工地上往往会安装多个塔机。当面临群塔作业情况时，塔机大臂回转半径存在着明显的交叉情况，可能会造成相互之间的碰撞事故[5]。当有关操作人员因视线受到干扰或者存在错误操作时，高位塔机的吊绳吊钩与低位塔机的吊臂在交叉作业区域内就可能会出现明显的碰撞，从而引发施工事故。

在智慧安全系统内设置有防碰撞系统，可使塔机在现场维持其正常的施工作业，以减小不同塔机在作业时存在的相互干扰，保持现场施工作业的高效、安全实施。另外，防碰撞系统也可对现场的全部塔机都开展集中化管理，从而降低运维成本，达到远程监控的目的。在防碰撞系统建成并投入使用以后，系统中的智能化模块可实时监控塔机作业状态的全过程。在这种监控模式下，系统完全可以自动化识别塔机的安全隐患，一旦识别出潜在的碰撞危险，系统就会立即启动声光报警，以便于操作人员快速进行塔机操作和运行的调整。

3.2.3 实名制管理

智慧安全监控系统在现场起重机械的管理方面，也可在其中添加实名制管理模块，由该模块负责对现场的作业人员和管理人员实施管理、调配。对于工程项目而言，配备了起重机械的工程项目的规模较大、投资较高，同时在整个项目的实施过程中参与的人员数量众多，而起重机械作为特种设备，其操作和维护都应该由专业人员来完成，因此在智慧安全监控系统中，应通过实名制管理来保障每个岗位的人员可各司其职，履行自己的责任。在实名制管理制度下，要对项目组织架构下的全部人员实施等登记，且有关人员要将项目部管理制度、部门管理制度、专职管理人员岗位职责、安全专项方案等各项制度都及时上传到智慧安全监控系统中，以便于自动生成安全生产责任与制度台账。另外，还可以对作业人员实施班组制，按照班组分配情况统一登记，登记信息应包含作业人员的身份、文化程度、工种、技能等级、工作岗位、劳务合同签订、考勤以及工资支付等从业信息，将这些信息上传到系统模块后，自动产生人员信息台账。

3.2.4 起重机可视化系统

在起重机械的操作过程中，只有司机通过系统的人脸识别，并确认是本人操作后才可顺利启动起重机械。在起重机的使用过程中，可视化系统不仅可以获取设备状态信息，而且可采集到起重机的各个参数，如起重量、起重力矩、起升高度、幅度以及回转角度等。司机通过把握这些状态和参数信息，可对起重机开展精准的控制与调节，再加上在智慧安全监控系统中配备的预警限位控制系统，可在起重机的使用过程中，有效实现超载预警、三维立体防碰撞等监控功能，从而保障起重机械的安全使用。

4 结语

现阶段，工程施工现场的起重机械设备众多，但因为起重机械设备的体积庞大、结构复杂，再加上现场环境的复杂性，起重机械运行和使用时常常会遇到诸多的安全风险，为保持起重机械的可靠运行，工程企业要通过应用智慧工地技术来辅助起重机械设备的安全管理，从而实现设备安全使用的目标。