吳學(xué)松，江楚杰

（1.中國建筑科學(xué)研究院有限公司建筑機(jī)械化研究分院，河北 廊坊 065000;2.廣州市特威工程機(jī)械有限公司，廣東 廣州 510460；3.中國工程機(jī)械工業(yè)協(xié)會施工機(jī)械化分會，河北 廊坊 065000）

WU Xue-song,JIANG Chu-jie

施工升降機(jī)是高層、超高層建筑施工不可或缺的垂直運(yùn)輸設(shè)備。隨著建筑施工逐漸向智能建造、信息化施工方向發(fā)展，施工升降機(jī)也在不斷更新升級，智能控制的人貨兩用施工升降機(jī)（以下簡稱智能施工升降機(jī)）的研發(fā)與應(yīng)用，有效克服了普通施工升降機(jī)智能化程度低、安全性差等弊病，無需專職司機(jī)，提升運(yùn)行效率和設(shè)備安全的同時(shí)能有效降低使用成本，符合國家大力推動(dòng)的智能建造發(fā)展方向。

2017 年廣州特威工程機(jī)械有限公司首次推出國內(nèi)第一代智能施工升降機(jī)，2018 年開始在中建三局成都一超高層建筑施工現(xiàn)場試用。經(jīng)過幾年的反復(fù)研制、總結(jié)改進(jìn)和工程應(yīng)用，智能施工升降機(jī)技術(shù)和產(chǎn)品不斷完善。至今已有多家制造企業(yè)開發(fā)研制了智能施工升降機(jī)，每年都有部分智能施工升降機(jī)投入工程使用。智能施工升降機(jī)的安全使用迫切需要有可靠的產(chǎn)品質(zhì)量、完善的使用管理制度作為保障，為此，中國工程機(jī)械工業(yè)協(xié)會施工機(jī)械化分會、中建三局集團(tuán)有限公司、廣州特威工程機(jī)械有限公司等聯(lián)合行業(yè)相關(guān)單位編制《智能控制的人貨兩用施工升降機(jī)技術(shù)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了智能施工升降機(jī)的術(shù)語和定義、基本規(guī)定、設(shè)計(jì)制造、安裝與驗(yàn)收、使用與維護(hù)、拆卸，目前已完成征求意見，該標(biāo)準(zhǔn)的制訂對于保障智能施工升降機(jī)的可靠性和安全使用具有重要意義。

智能施工升降機(jī)是在普通施工升降機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的自動(dòng)化和智能化升級，與普通施工升降機(jī)的主要不同點(diǎn)在于：具有運(yùn)行條件檢測、層站呼梯系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)、籠內(nèi)選層、自動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)平層，還需具備主動(dòng)安全防護(hù)措施、監(jiān)控措施等，確保智能施工升降機(jī)的安全使用。本文重點(diǎn)介紹智能施工升降機(jī)的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展。

1 智能操控系統(tǒng)

智能施工升降機(jī)的智能操控系統(tǒng)主要由吊籠運(yùn)行控制、籠內(nèi)選層、層站呼梯、自動(dòng)平層、專業(yè)人員身份識別、乘員人數(shù)識別等組成，如圖1 所示。

圖1 智能施工升降機(jī)操控系統(tǒng)示意圖

1.1 吊籠運(yùn)行控制

吊籠運(yùn)行控制包括智能駕駛控制系統(tǒng)和自動(dòng)門控制系統(tǒng)。智能駕駛控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集層站呼梯指令、籠內(nèi)選層指令控制吊籠自動(dòng)運(yùn)行至目的樓層自動(dòng)平齊樓層面?？?；自動(dòng)門控制系統(tǒng)控制吊籠門和層門的自動(dòng)開啟和關(guān)閉。在實(shí)際應(yīng)用中，施工升降機(jī)的智能控制自動(dòng)化程度高，無需專人操作，節(jié)約了大量人力物力，提高了施工效率，更加安全可靠。

1.2 層站呼梯與籠內(nèi)選層

層站呼梯安裝于樓層側(cè)，用于層站乘梯人員發(fā)出召喚指令使吊籠自動(dòng)運(yùn)行至乘梯樓層停靠。升降機(jī)實(shí)際使用過程大多為雙籠，因此須具有雙籠聯(lián)動(dòng)控制功能，采用順向截梯、行程最短的原則，提高施工升降機(jī)的使用效率，節(jié)省能耗及減少傳動(dòng)件損耗。層站呼梯連接示意圖如圖2 所示。

圖2 層站呼梯連接示意圖

籠內(nèi)選層器安裝于吊籠內(nèi)，用于乘梯人員發(fā)出目的樓層號指令使吊籠自動(dòng)運(yùn)行至目的樓層停靠。

1.3 自動(dòng)平層

智能駕駛施工升降機(jī)應(yīng)具有自動(dòng)停層功能及自動(dòng)開關(guān)門功能。采用旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生脈沖個(gè)數(shù)，通過高速計(jì)數(shù)器軟件編程將位置刻度與脈沖個(gè)數(shù)對應(yīng)，利用可編程控制器控制來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平層功能，可提高施工升降機(jī)的使用效率。圖3 為自動(dòng)平層硬件及籠內(nèi)選層連接示意圖。

圖3 自動(dòng)平層硬件及籠內(nèi)選層連接示意圖

1.4 自動(dòng)門控制

傳統(tǒng)施工升降機(jī)的吊籠門、層門均采用手動(dòng)打開與關(guān)閉，而在智能施工升降機(jī)上用傳統(tǒng)的開關(guān)門方式，現(xiàn)場使用時(shí)存在忘記關(guān)門或故意不關(guān)門的現(xiàn)象，導(dǎo)致施工升降機(jī)一直停在某一樓層位置無法運(yùn)行，造成施工升降機(jī)運(yùn)輸力低。自動(dòng)門控制系統(tǒng)與施工升降機(jī)自動(dòng)平層功能聯(lián)動(dòng)，在變頻器控制下，電機(jī)拖動(dòng)吊籠門、吊籠門機(jī)械聯(lián)動(dòng)層門的方式來實(shí)現(xiàn)吊籠門、層門的自動(dòng)開關(guān)及升降機(jī)運(yùn)行之間的電氣互鎖，實(shí)現(xiàn)了升降機(jī)自動(dòng)運(yùn)行到基層或其它目標(biāo)樓層時(shí)，吊籠門自動(dòng)開關(guān)門。同時(shí)采用電梯光幕檢測，機(jī)械防撞檢測實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門防夾功能，從而確保自動(dòng)門的可靠性、安全性及智能駕駛施工升降機(jī)的高效性。圖4 為自動(dòng)門控制系統(tǒng)連接示意圖。

圖4 自動(dòng)門控制系統(tǒng)連接示意圖

2 安全保護(hù)系統(tǒng)

2.1 升降機(jī)升降通道檢測

傳統(tǒng)施工升降機(jī)由專職司機(jī)操作升降機(jī)的運(yùn)行及停止，當(dāng)障礙物從層門伸出影響升降機(jī)運(yùn)行時(shí)，升降機(jī)司機(jī)憑感覺來判斷，存在一定的安全隱患。通道檢測技術(shù)是智能施工升降機(jī)吊籠運(yùn)行時(shí)保障吊籠運(yùn)行通道安全的保護(hù)系統(tǒng)，上通道檢測裝置安裝在吊籠頂部，下通道檢測裝置安裝在吊籠底部（圖5）；當(dāng)通道有障礙物干涉時(shí)，首先碰撞上下通道檢測裝置，觸發(fā)限位使吊籠緊急制動(dòng)，從而確保升降機(jī)在軌道上安全運(yùn)行。

圖5 升降機(jī)升降通道檢測裝置示意圖

2.2 自動(dòng)門防夾裝置

該裝置配合智能施工升降機(jī)中電動(dòng)吊籠門開關(guān)使用，通過限位開關(guān)和碰撞接觸塊觸發(fā)機(jī)構(gòu)配合，實(shí)現(xiàn)有障礙物觸碰阻擋時(shí)使門緩沖停止且自動(dòng)開門到位，以確保在無人操作的吊籠門關(guān)門過程中人與物品的安全（圖6）。同時(shí)與吊籠門兩側(cè)光幕檢測裝置相配合，實(shí)現(xiàn)了施工升降機(jī)自動(dòng)門的防夾功能。

圖6 自動(dòng)門機(jī)械碰撞防夾裝置

在機(jī)械碰撞檢測系統(tǒng)基礎(chǔ)上同時(shí)配上無接觸的光幕防夾裝置，實(shí)現(xiàn)雙重防夾檢測，如檢測到物體在籠門位置，籠門停止關(guān)閉，自動(dòng)打開，提升安全性能。

2.3 升降機(jī)行程范圍安全保護(hù)系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用可編程控制器統(tǒng)計(jì)編碼器脈沖個(gè)數(shù)，可將上、下限位（減速）裝置的位置刻度記錄，通過限位狀態(tài)與可編程控制器記錄的位置刻度相比較，可確保施工升降機(jī)在上、下限位（減速）裝置失效時(shí)仍然有效地控制施工升降機(jī)正常減速、停止的行程范圍保護(hù)，從而使得整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行得到保障。與現(xiàn)有安全系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有雙重保護(hù)功能，提高控制裝置的可靠性及施工升降機(jī)運(yùn)行安全性。

2.4 編碼器檢測

智能施工升降機(jī)自動(dòng)平層、行程范圍安全保護(hù)等功能都應(yīng)用到編碼器計(jì)數(shù)，如果編碼器計(jì)數(shù)出現(xiàn)過多或過少計(jì)數(shù)，將會帶來功能誤判或失效，嚴(yán)重情況涉及安全隱患，因此對編碼器異常檢測是必不可少的。采用2 個(gè)獨(dú)立安裝的旋轉(zhuǎn)編碼器，分別與驅(qū)動(dòng)齒輪直接或間接相連，當(dāng)智能施工升降機(jī)上下運(yùn)行時(shí)，2 個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器計(jì)數(shù)產(chǎn)生脈沖個(gè)數(shù)，應(yīng)用可編程控制器的高速計(jì)數(shù)器軟件編程計(jì)數(shù)判斷2 個(gè)編碼器的脈沖計(jì)數(shù)情況。當(dāng)2 個(gè)編碼器計(jì)數(shù)有偏差或不計(jì)數(shù)時(shí)，施工升降機(jī)無法運(yùn)行或自動(dòng)停止運(yùn)行。

2.5 專業(yè)人員身份識別

采用人臉識別功能或密碼等方式驗(yàn)證操作人員是否具有相應(yīng)權(quán)限，用于升降機(jī)安拆、使用、維護(hù)前確認(rèn)人員身份方可操作設(shè)置進(jìn)入相應(yīng)工作模式，在拆裝過程未完成時(shí)，屏蔽其他人員對設(shè)備的操作權(quán)限，提升各種工況模式切換的安全措施。

2.6 吊籠內(nèi)乘員人數(shù)識別

傳統(tǒng)施工升降機(jī)配有超載裝置限制施工升降機(jī)額定負(fù)載，目前常用的施工升降機(jī)額定負(fù)載為2t，在上下班高峰期時(shí)，升降機(jī)吊籠內(nèi)會擠滿乘坐人員，負(fù)載重量沒有達(dá)到2t，升降機(jī)仍然能正常運(yùn)行。為限制升降機(jī)吊籠內(nèi)在上下班高峰期時(shí)乘坐人員過多，智能施工升降機(jī)通過AI 圖像識別等技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控當(dāng)前吊籠人員具體數(shù)量，人數(shù)傳輸至運(yùn)行控制系統(tǒng)，控制升降機(jī)在不超過規(guī)定承載人數(shù)時(shí)方可啟動(dòng)。

3 安全監(jiān)控系統(tǒng)

智能施工升降機(jī)應(yīng)能通過安全監(jiān)控系統(tǒng)綜合采集控制系統(tǒng)中各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，并進(jìn)行監(jiān)測、報(bào)警、記錄。

3.1 信息采集

采集施工升降機(jī)的載重量、運(yùn)行高度、運(yùn)行速度、安全開關(guān)狀態(tài)、防墜安全器、電機(jī)電壓和電流、智能控制系統(tǒng)自檢狀態(tài)等，并根據(jù)上述狀態(tài)存儲工作時(shí)間、工作循環(huán)等對施工升降機(jī)的維保和管理有指導(dǎo)意義的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

3.2 視頻監(jiān)控

智能施工升降機(jī)吊籠內(nèi)設(shè)有視頻監(jiān)控?cái)z像頭，可以拍攝吊籠內(nèi)的貨物動(dòng)態(tài)、人員行為及設(shè)備運(yùn)行情況等，設(shè)備管理人員可在監(jiān)控室或通過云服務(wù)，監(jiān)控施工升降機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)有異常的人員行為可以通過語音對講，及時(shí)制止，保障運(yùn)行安全。通過云服務(wù)隨時(shí)隨地監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，并可利用手機(jī)或電腦實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控。

3.3 信息存儲

系統(tǒng)應(yīng)能存儲30 個(gè)連續(xù)工作日的監(jiān)控內(nèi)容、報(bào)警信息，和72h 的監(jiān)控視頻，以方便施工升降機(jī)管理人員備查。

4 抗擾技術(shù)

4.1 電磁兼容性

施工升降機(jī)屬于工業(yè)設(shè)備，且施工現(xiàn)場往往有很多大型設(shè)備，運(yùn)行環(huán)境比較惡劣，智能控制系統(tǒng)是施工升降機(jī)的控制核心，必須能在施工現(xiàn)場環(huán)境中長時(shí)間保證自身可靠地運(yùn)行。為此，全系統(tǒng)采用工業(yè)級器件，所有電路設(shè)計(jì)按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，對于關(guān)鍵回路，增加冗余設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)可靠穩(wěn)定運(yùn)行。

4.2 無線防串?dāng)_

由于施工升降機(jī)是運(yùn)行在室外裸露的環(huán)境，作為其運(yùn)行軌道的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)也是現(xiàn)場搭建的，安裝在樓層側(cè)的呼梯系統(tǒng)要與吊籠通訊，采用無線方式具有安裝方便、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。樓層側(cè)的呼梯請求和層門開關(guān)狀態(tài)須要通過其傳輸，其防斷連和串?dāng)_的必要性是不言而喻的。故應(yīng)采用傳輸距離遠(yuǎn)、多信道和具備通訊地址篩選的無線通訊方式，保證無線信號的傳輸可靠、安全。

5 結(jié)語

隨著建筑施工快速向智能建造、信息化施工方向發(fā)展，施工升降機(jī)也在不斷更新升級，智能施工升降機(jī)的生產(chǎn)與應(yīng)用，有效克服了傳統(tǒng)施工升降機(jī)智能化程度低、安全監(jiān)測不足等弱點(diǎn)，能有效降低使用成本，符合國家大力推動(dòng)的智能建造發(fā)展方向。

2018 年以來，智能施工升降機(jī)已在全國多個(gè)省份的施工現(xiàn)場投入使用，全國不同廠家投入市場超過百臺，在成都綠地468 項(xiàng)目、中國第一歷史檔案館遷建工程、湖北宜昌中醫(yī)院、順德碧桂園總部智慧工地等項(xiàng)目應(yīng)用效果良好，實(shí)現(xiàn)了施工升降機(jī)智能化、自動(dòng)化、安全、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行，促進(jìn)了升降機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)革新，為《智能控制的人貨兩用施工升降機(jī)技術(shù)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)的編制奠定了良好基礎(chǔ)。希望通過該標(biāo)準(zhǔn)的制訂促進(jìn)智能施工升降機(jī)的健康發(fā)展。O