(中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司建筑機(jī)械化研究分院，河北 廊坊 065000)

由于塔機(jī)在施工中存在著許多不安全因素。所以塔機(jī)使用的安全性是工程上迫切需要解決的問(wèn)題，一方面住建部規(guī)定超過(guò)一定服役年限的老舊塔機(jī)繼續(xù)使用必須進(jìn)行安全評(píng)估，另一方面我國(guó)現(xiàn)存超期服役的塔機(jī)保有量龐大且轉(zhuǎn)場(chǎng)工作頻繁，每年需要進(jìn)行安全評(píng)估的塔機(jī)數(shù)量與日俱增。因此以更高效的方法進(jìn)行塔機(jī)施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，對(duì)建筑工地安全生產(chǎn)具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

1 現(xiàn)階段塔機(jī)安全評(píng)估概況

塔機(jī)的安全評(píng)估一般為評(píng)估人員在較為分散的評(píng)估現(xiàn)場(chǎng)，依據(jù)現(xiàn)行相關(guān)國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)完成檢測(cè)。評(píng)估時(shí)首先進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、測(cè)量，然后經(jīng)過(guò)計(jì)算匯總，分析得出塔機(jī)安全評(píng)估報(bào)告。在此過(guò)程中，需要大量手工計(jì)算與定性評(píng)價(jià)工作，評(píng)估效率不高。評(píng)估結(jié)果有3 種：合格、降級(jí)使用和報(bào)廢。塔機(jī)產(chǎn)權(quán)人在負(fù)擔(dān)安全評(píng)估費(fèi)用的同時(shí)還要承受塔機(jī)報(bào)廢結(jié)果，即使評(píng)估結(jié)論為降級(jí)使用，產(chǎn)權(quán)人也要承擔(dān)降級(jí)使用中的風(fēng)險(xiǎn)，由此可見(jiàn)安全評(píng)估的經(jīng)濟(jì)性對(duì)塔機(jī)安全評(píng)估工作有較大影響，所以在保證塔機(jī)安全評(píng)估可靠性的前提下，降低評(píng)估成本、優(yōu)化評(píng)估項(xiàng)目采用更先進(jìn)的設(shè)備和方法完成評(píng)估工作顯得尤為重要。

2 標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)與評(píng)估要求

2.1 標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)

GB 6067.1-2010《起重機(jī)安全規(guī)程 第1 部分：總則》從起重機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)到各機(jī)構(gòu)及零部件都制定了詳細(xì)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。

GB 5144-2006《塔式起重機(jī)安全規(guī)程》規(guī)定了使用單位應(yīng)為塔機(jī)安全評(píng)估提供塔機(jī)運(yùn)行狀態(tài)所需資料；同時(shí)規(guī)定了塔機(jī)結(jié)構(gòu)件的報(bào)廢及工作使用年限，為結(jié)構(gòu)件安全檢測(cè)評(píng)估提供依據(jù)。

GB/T 5031-2019《塔式起重機(jī)》為塔機(jī)整體穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)件連接的可靠性評(píng)估提供重要依據(jù)。

JGJ/T 189-2009《建筑起重機(jī)械安全評(píng)估技術(shù)規(guī)程》對(duì)安全評(píng)估進(jìn)行定義，規(guī)定了塔機(jī)需要進(jìn)行量化評(píng)估的項(xiàng)目及安全評(píng)估機(jī)構(gòu)的準(zhǔn)入資質(zhì)。

2.2 評(píng)估要求

GB 6067.1-2010《起重機(jī)安全規(guī)程 第1 部分：總則》、JGJ/T 189-2009《建筑起重機(jī)械安全評(píng)估技術(shù)規(guī)程》等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)塔機(jī)的安全評(píng)估項(xiàng)目做出詳細(xì)規(guī)定，提出評(píng)估要求與量化指標(biāo)。具體評(píng)估項(xiàng)目包括：塔機(jī)結(jié)構(gòu)件壁厚判別、裂紋檢驗(yàn)、結(jié)構(gòu)件變形量判定、連接件磨損檢測(cè)、應(yīng)力檢驗(yàn)、結(jié)構(gòu)件連接方式可靠性檢驗(yàn)等。

塔機(jī)分布式安全評(píng)估輔助決策系統(tǒng)主要按照J(rèn)GJ/T 189-2009《建筑起重機(jī)械安全評(píng)估技術(shù)規(guī)程》的要求，對(duì)各項(xiàng)評(píng)估項(xiàng)目進(jìn)行逐項(xiàng)判定，檢測(cè)被評(píng)估項(xiàng)目是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的合格條件，根據(jù)評(píng)估分析結(jié)果給出評(píng)估結(jié)論供評(píng)估人員參考，最終由評(píng)估人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和評(píng)估經(jīng)驗(yàn)對(duì)評(píng)估結(jié)論進(jìn)行修改并確認(rèn)無(wú)誤后，輔助決策系統(tǒng)按照J(rèn)GJ/T 189-2009《建筑起重機(jī)械安全評(píng)估技術(shù)規(guī)程》附錄中列出的格式輸出評(píng)估報(bào)告。

3 塔機(jī)分布式安全評(píng)估輔助決策系統(tǒng)架構(gòu)

塔機(jī)分布式安全評(píng)估輔助決策系統(tǒng)由多個(gè)便攜式評(píng)估終端和一個(gè)服務(wù)器平臺(tái)組成（圖1）。其中便攜式評(píng)估終端由數(shù)據(jù)采集與信號(hào)調(diào)理單元、存儲(chǔ)單元、操作和顯示單元、通信單元組成；服務(wù)器平臺(tái)由系統(tǒng)管理模塊、評(píng)估分析模塊和數(shù)據(jù)管理模塊組成。便攜式評(píng)估終端各組成單元之間通過(guò)CAN 總線傳輸數(shù)據(jù)，各組成單元內(nèi)部數(shù)據(jù)交換采用SPI 總線，與服務(wù)器平臺(tái)依靠通信單元集成的4G 無(wú)線通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)框圖

3.1 便攜式評(píng)估終端

便攜式評(píng)估終端的功能是對(duì)評(píng)估現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)和圖像進(jìn)行采集、實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互和評(píng)估報(bào)告輸出。

1）數(shù)據(jù)采集與信號(hào)調(diào)理單元 采集應(yīng)力傳感器、超聲波測(cè)厚儀、超聲波無(wú)損檢測(cè)儀、磁粉裂紋檢測(cè)儀等外擴(kuò)傳感器或檢測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)保存到存儲(chǔ)單元。

2）存儲(chǔ)單元 用于保存便攜式評(píng)估終端自身的數(shù)據(jù)、接收到的外部數(shù)據(jù)和圖像，相關(guān)數(shù)據(jù)和文件可通過(guò)USB 接口導(dǎo)出。

3）操作和顯示單元 用于登錄系統(tǒng)、輸入數(shù)據(jù)和操作命令、顯示信息并進(jìn)行人機(jī)交互。

4）通信單元 用于攜式評(píng)估終端與服務(wù)器平臺(tái)以及與其他外部設(shè)備通信。

3.2 服務(wù)器平臺(tái)

服務(wù)器平臺(tái)是輔助決策系統(tǒng)的核心部分，具備分析評(píng)估、項(xiàng)目管理、數(shù)據(jù)管理等功能。一方面對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、評(píng)估分析，輸出評(píng)估結(jié)果并將評(píng)估結(jié)果發(fā)送至便攜式評(píng)估終端，另一方面保存、管理評(píng)估結(jié)果和過(guò)程性分析數(shù)據(jù)。

1）系統(tǒng)管理模塊 輔助決策系統(tǒng)的控制和管理部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)便攜式評(píng)估終端的管理，包含系統(tǒng)登錄、系統(tǒng)維護(hù)、流程設(shè)置、權(quán)限設(shè)置、項(xiàng)目管理等功能。

2）評(píng)估分析模塊 接收便攜式評(píng)估終端輸入的數(shù)據(jù)，通過(guò)綜合分析算法，綜合評(píng)價(jià)塔機(jī)的安全狀況，按照J(rèn)GJ/T 189-2009《建筑起重機(jī)械安全評(píng)估技術(shù)規(guī)程》要求的格式得出綜合評(píng)估報(bào)告，并發(fā)送到便攜式評(píng)估終端。

3）數(shù)據(jù)管理模塊 用于管理已經(jīng)評(píng)估過(guò)的或者正在進(jìn)行評(píng)估的項(xiàng)目數(shù)據(jù)。

4 工作原理與評(píng)估流程

4.1 工作原理

便攜式評(píng)估終端與服務(wù)器平臺(tái)通信并新建評(píng)估項(xiàng)目，多個(gè)便攜式評(píng)估終端可同時(shí)工作，以應(yīng)對(duì)評(píng)估現(xiàn)場(chǎng)分散的問(wèn)題，服務(wù)器平臺(tái)為每個(gè)便攜式評(píng)估終端新建的評(píng)估項(xiàng)目編號(hào)，便攜式評(píng)估終端與服務(wù)器信息同步更新，服務(wù)器平臺(tái)對(duì)每個(gè)新建的評(píng)估項(xiàng)目完成評(píng)估后將評(píng)估信息返回相應(yīng)的便攜式評(píng)估終端。

4.2 評(píng)估流程

1）打開(kāi)新建的項(xiàng)目輸入評(píng)估項(xiàng)目特征信息，內(nèi)容包括“評(píng)估項(xiàng)目管理信息”、“設(shè)備基本信息”、“塔機(jī)主要技術(shù)參數(shù)”等。

2）對(duì)整機(jī)外觀、安全裝置、防護(hù)裝置、電氣系統(tǒng)等部分進(jìn)行檢查，輸入檢查數(shù)據(jù)并上傳。

3）通過(guò)卡尺、卷尺、超聲波測(cè)厚儀檢測(cè)塔機(jī)重要結(jié)構(gòu)件經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)磨損腐蝕后的實(shí)際變形量、壁厚和損傷情況，測(cè)量連接件磨損量并通過(guò)便攜式評(píng)估終端將測(cè)量數(shù)據(jù)上傳服務(wù)器平臺(tái)。評(píng)估分析模塊在數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用該型號(hào)塔機(jī)的數(shù)據(jù)模型結(jié)合采集到的其他信息對(duì)塔機(jī)進(jìn)行力學(xué)分析，根據(jù)受力分析的結(jié)果將所有需要應(yīng)力檢測(cè)的重要結(jié)構(gòu)件安全評(píng)估檢測(cè)點(diǎn)編號(hào)并發(fā)送到便攜式評(píng)估終端。

4）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)輔助決策系統(tǒng)分析出的安全評(píng)估檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行篩選，選擇必要的測(cè)試點(diǎn)，再使用超聲波無(wú)損檢測(cè)儀、磁粉裂紋檢測(cè)儀對(duì)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力檢測(cè)、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件焊縫無(wú)損探傷。

5）最后對(duì)整機(jī)進(jìn)行載荷試驗(yàn)，將檢測(cè)結(jié)果上傳服務(wù)器平臺(tái)。服務(wù)器端的評(píng)估分析模塊經(jīng)過(guò)綜合評(píng)估算法處理，生成評(píng)估結(jié)論發(fā)回終端進(jìn)行顯示，經(jīng)審核通過(guò)后輸出評(píng)估報(bào)告（圖2）。

圖2 評(píng)估流程圖

5 技術(shù)發(fā)展方向

在工程檢測(cè)領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)技術(shù)的使用可對(duì)事物之間的關(guān)聯(lián)性信息進(jìn)行深度挖掘。塔機(jī)施工的每個(gè)工作循環(huán)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均保存于被評(píng)估塔機(jī)所使用的“安全監(jiān)控系統(tǒng)”服務(wù)器內(nèi)，建立“安全監(jiān)控系統(tǒng)”服務(wù)器與“安全評(píng)估輔助決策系統(tǒng)”服務(wù)器的數(shù)據(jù)訪問(wèn)機(jī)制，優(yōu)化安全評(píng)估算法，使塔機(jī)施工全周期安全評(píng)估工作更具專業(yè)性。

JGJ/T 189-2009《建筑起重機(jī)械安全評(píng)估技術(shù)規(guī)程》的實(shí)施對(duì)塔機(jī)的評(píng)估起到了指導(dǎo)作用，但規(guī)程未對(duì)塔機(jī)降級(jí)使用的年限做具體規(guī)定?！八C(jī)分布式安全評(píng)估輔助決策系統(tǒng)研究”的使用能夠廣泛收集塔機(jī)結(jié)構(gòu)件的銹蝕、磨損和變形量的檢測(cè)數(shù)據(jù)，應(yīng)力和裂紋檢測(cè)數(shù)據(jù)，載荷試驗(yàn)狀況數(shù)據(jù)等專業(yè)性極強(qiáng)的信息，將大量零散的有價(jià)值的信息和圖像資料進(jìn)行整合形成數(shù)據(jù)庫(kù)，為進(jìn)一步規(guī)范規(guī)定塔機(jī)降級(jí)使用年限提供支撐資料。為安全評(píng)估計(jì)算機(jī)仿真軟件的研發(fā)積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

塔機(jī)分布式安全評(píng)估輔助決策系統(tǒng)將JGJ/T 189-2009《建筑起重機(jī)械安全評(píng)估技術(shù)規(guī)程》中所要求的檢測(cè)要素、評(píng)估流程和計(jì)算過(guò)程軟件化，優(yōu)化了安全評(píng)估項(xiàng)目，節(jié)省人力資源和評(píng)估成本，提高了塔機(jī)安全評(píng)估的時(shí)效性、準(zhǔn)確性。