金久暄

（天津市安定醫(yī)院，天津 300222）

建筑工程規(guī)模的日益擴大，國民經(jīng)濟實現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展，起重機是運輸貨物最關(guān)鍵的方式，由此提升了起重機械的使用頻率。然而，在具體工作中，施工現(xiàn)場的環(huán)境十分惡劣，并受諸多因素的影響，施工條件也越來越復(fù)雜，從而引發(fā)了許多安全問題，如果造成安全事故，將會嚴重影響社會和諧，因此有必要采用信息化技術(shù)對起重機械進行綜合管理，使機械設(shè)備維持正常狀態(tài)，保障工作人員的安全，營造和諧的社會環(huán)境。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國外的其中機械管理起步很早，20 世紀60 年代就有了載荷限制器設(shè)備，并研發(fā)了起重機信息化管理系統(tǒng)。由此可見，國外對起重機信息化技術(shù)的應(yīng)用已趨于成熟。國外的起重機信息化系統(tǒng)包括地面網(wǎng)絡(luò)與起重機網(wǎng)絡(luò)，兩者既相輔相成，又相互獨立，保證了起重機的穩(wěn)定運行。而國內(nèi)的起重機信息化管理發(fā)展較晚，截至目前，已呈穩(wěn)步前進趨勢。大部分超載保護裝置的廠商已能夠獨當一面進行防碰撞裝置、生產(chǎn)載荷限制器與起升高度器等零部件的生產(chǎn)。但是，唯獨在系統(tǒng)集成商，研究深度依然不足，若想實現(xiàn)功能的多樣化，就必須安裝多類精密儀器，這與國外一些先進的控制系統(tǒng)來說，不僅材料及造價昂貴，還存在煩瑣的拼接過程。對此，國內(nèi)應(yīng)深入研究系統(tǒng)的優(yōu)化方面，爭取可以將風險預(yù)警、數(shù)據(jù)顯示和系統(tǒng)控制等功能集于一體，對設(shè)備參數(shù)進行實時監(jiān)控。同時還應(yīng)具備長遠的眼光，有效保護監(jiān)測區(qū)，避免設(shè)備傾翻，實現(xiàn)設(shè)備的準確定位。

2 施工企業(yè)起重設(shè)備面臨的問題探討

在電力與水利等行業(yè)中使用的起重設(shè)備，通常會因交通不發(fā)達且位置偏遠等條件限制存在許多問題。

（1）存在較高的作業(yè)安全風險。起重機作為一類特種設(shè)備，屬于國家規(guī)范管理的重要內(nèi)容。在電力工程或水利工程建設(shè)中，起重機往往承受著極大的工作強度，甚至全天高負荷運行，并且該設(shè)備的檢測與維修很難落實，設(shè)備使用過程信息也不公開，無法預(yù)知起重機的運行狀態(tài)，存在很大的安全風險。尤其是水電站領(lǐng)域的高架門式起重機，因其具有較大的擺臂幅度，容易引起很多安全事故。

（2）工作條件復(fù)雜。當起重機在高濕與高溫的條件下工作時，須嚴格控制起重機的系統(tǒng)質(zhì)量及零件，因起重機長期暴露于高濕和高溫的惡劣條件下，會嚴重損耗控制類元件及其他零件，容易降低起重機運行性能，倘若未能及時檢測與維修，在設(shè)備運行過程中就會突發(fā)故障，影響生產(chǎn)效率，進而給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失。

（3）售后維保未落實到位。銷售至國外的起重機，具有相對較高的成本，且售后維保未落實到位，通常一些小故障能找當?shù)厝擞枰耘懦y度較大的故障就要找專業(yè)人員維修，難免存在維修不及時的情況。

3 施工單位起重機信息化管理要求

3.1 信息化技術(shù)應(yīng)用簡析

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的普及，各個行業(yè)都尋求自身的轉(zhuǎn)型路徑，建立基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的智慧信息管理系統(tǒng)，旨在定位目標客戶的需求，并集資源共享、采購、施工、開發(fā)、制造等一系列數(shù)據(jù)互通，從而提升自動化水平，促進起重機更好地發(fā)展。相關(guān)制造單位圍繞自身的客戶，特意基于物聯(lián)網(wǎng)在線管理系統(tǒng)研發(fā)了物聯(lián)網(wǎng)與收集移動技術(shù)，成功接入起重機上的智能管理模塊，實時監(jiān)控起重機的狀態(tài)，迅速反饋至客戶群體，以便其使用。例如，利用GPS 技術(shù)，新型起重機可借助手機應(yīng)用程序?qū)崟r查看其狀態(tài)信息；舊式起重機通過GPS 的裝設(shè)，完成對車輛的綁定，也可查看狀態(tài)信息。假如老型的起重機原本就無法實現(xiàn)CAN 通訊，在裝設(shè)GPS 以后只可查到車輛位置與運行軌跡等，無法獲取實際的工況信息，而在用戶下載并安裝物聯(lián)網(wǎng)在線管理系統(tǒng)后，便可查看具體的信息，如行駛公里數(shù)、是否開機、工況狀態(tài)、當前位置等。同時還可利用售后服務(wù)板塊功能，同維修人員保持良好溝通，以實現(xiàn)問題的解決。

3.2 信息化管理要求

施工企業(yè)不管是在單車核算方面，還是設(shè)備管理方面，信息化技術(shù)都不失為提高設(shè)備運營的有效途徑。并且信息化技術(shù)在起重機方面的應(yīng)用也會迎來許多技術(shù)難題。例如，重量級履帶式起重機在國有企業(yè)中有的已經(jīng)使用了十年之久，在信息化技術(shù)應(yīng)用與設(shè)備管理上均有很大的困難，大多民營企業(yè)的機械采購又是分季度性或年度性的，主要為國產(chǎn)車，很難進行信息化技術(shù)升級。根據(jù)吊裝施工企業(yè)的競爭現(xiàn)狀來看，急需加大設(shè)備的信息化管理力度，用先進的技術(shù)與方法代替以往的管理模式，比如，設(shè)備全生命周期管理方式等。例如，根據(jù)設(shè)備編號，將設(shè)備索具、物理資產(chǎn)等要素與信息化融合起來，及時更新階段數(shù)據(jù)與項目分布，并利用設(shè)備的ID標識進行掃描，上傳至電腦端與手機端，方便人員查找。此外，還可針對設(shè)備識別碼建立設(shè)備檔案，追溯設(shè)備從采購、使用、故障、報廢等全過程，防止出現(xiàn)設(shè)備管理的信息孤島效應(yīng)。

4 信息化技術(shù)在工程起重機中的應(yīng)用

4.1 建立起重機工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺

起重機工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺的建立，通過大數(shù)據(jù)挖掘和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對異地設(shè)備的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控，快速響應(yīng)設(shè)備的指令要求，給設(shè)備提供個性化的服務(wù)，包含有空中升級、智能診斷、遠程指導、組態(tài)調(diào)試、節(jié)能管理等功能，避免由于設(shè)備突發(fā)故障而影響生產(chǎn)，提升設(shè)備利用效率，確保安全生產(chǎn)。該系統(tǒng)平臺利用人工智能，實時判斷與分析設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，第一時間了解設(shè)備的運行情況。并且再現(xiàn)報警信息，充分還原事故場景，可有效追溯事故，規(guī)范人員的實際操作行為。同時，該系統(tǒng)平臺還具備可視化操作功能，方便人員檢修設(shè)備。記錄與備份也是全程在線，利用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可收集與分析設(shè)備的報警信息，快速發(fā)現(xiàn)并排除故障。

4.2 起重機工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺的功能實現(xiàn)

4.2.1 系統(tǒng)平臺的建立過程

PLC 是一種可編程控制程序，利用起重機的PLC 將起重機工作期間所需要的全部數(shù)據(jù)收集起來，PLC 借助相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口連接到工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)中，這時根據(jù)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與數(shù)據(jù)傳輸功能，把已經(jīng)解析過的數(shù)據(jù)利用網(wǎng)絡(luò)輸送至互聯(lián)網(wǎng)，隨后再傳輸至服務(wù)器，接著利用服務(wù)器內(nèi)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，把業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和設(shè)備數(shù)據(jù)上傳至各監(jiān)控終端。如圖1 所示，起重機工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺。例如，某雙向門式起重機建立的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺以監(jiān)控系統(tǒng)下的PLC 為主要控制中心，一邊連接車輛操作室，一邊用以太網(wǎng)連接智能網(wǎng)關(guān)，然后通過PLC 下設(shè)的PROFINET 總線連接并控制起升變頻器、大小車變頻器、起升高度編碼器、鋼絲繩檢測傳感器等，將相關(guān)信息通過智能網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)椒?wù)器終端，經(jīng)過數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺的分析與處理，最后反饋至物聯(lián)網(wǎng)云平臺。

4.2.2 遠程組態(tài)調(diào)試

起重機工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺支持設(shè)備的遠程組態(tài)調(diào)試與程序的上傳下載，利用移動數(shù)據(jù)平臺可隨時查看設(shè)備的運行情況，維修人員也可實現(xiàn)遠程運維。依托此平臺起重機的廠家能夠及時掌握其售賣過的起重機位置和工作狀態(tài)，如果設(shè)備出現(xiàn)問題或潛在風險，系統(tǒng)也可以利用短信等形式向客戶發(fā)出警示信息，提醒客戶該維修與保養(yǎng)，將故障降到最低。例如，在水利工程中，某雙向門式起重機檢修閘門時，其具體運行過程如下：機械設(shè)備開始運行，并帶動大小車結(jié)構(gòu)運行，依靠編碼器確認和檢測門槽位置，如果無法確認視頻位置，機械則從頭開始檢測，若可以確認視頻位置，則下降起升結(jié)構(gòu)，液壓抓梁就位，如果抓梁穿銷到位，起升結(jié)構(gòu)則升高，起升編碼器到位確認是否運行大小車結(jié)構(gòu)，是的話則到達指定位置，再次確認視頻位置，開始檢修閘門。

4.2.3 超載保護功能

按照國家起重機安全標準，起重機必須具備超載保護功能。當起重機所承載的重量在額定重量的96%時，必須馬上開啟超載保護限制器裝置，釋放警示信息。一旦起重機所承受的重量超過100%，超載保護器裝置就會馬上啟動，自動關(guān)閉設(shè)備升降電源，使設(shè)備處在低能耗狀態(tài)，減緩下降動作。當起重機所承載的重量大于112%時，超載保護限制器就會統(tǒng)計全部影響發(fā)動機安全的設(shè)備信息，強制設(shè)備停止運行，僅根據(jù)工藝設(shè)定下的安全機制做緩慢下降動作。

4.2.4 起升高度保護功能

高度限制器裝置的存在可實現(xiàn)起重機的起升高度保護功能，如果起重機起重貨物升至一定的極限位置，高度限制器就會馬上關(guān)閉設(shè)備的電源。在特殊條件下，比如起重機所吊裝的貨物為液態(tài)金屬，則需裝設(shè)在第2 級高度限位設(shè)備，其主要用來關(guān)閉第一高度限制器的電源。若有其他技術(shù)要求，須安裝下降深度限制器，一旦起重機根據(jù)要求降低至額定位置，就會立即關(guān)閉下降行為的電源，從而保護起重機設(shè)備不受損害。

4.2.5 預(yù)測性維護功能

預(yù)測性維護功能可以基于監(jiān)控功能，收集、分析與記錄設(shè)備運行過程中所生成的參數(shù)，同時有效處理故障問題。具體來講，預(yù)測性維護功能能夠預(yù)估設(shè)備的使用壽命。預(yù)測性維護功能通過對起重機日常工作過程中所產(chǎn)生的動態(tài)數(shù)據(jù)加以記錄，確定起重機具體的載重數(shù)量與運行效率，再利用特有的算法技術(shù)，計算出起重機的剩余壽命。起重機的信息記錄機構(gòu)在每次工作期間均會有不同程度的損壞，預(yù)測性維護功能可準確記錄設(shè)備使用時所承擔載荷相應(yīng)的累計時間，結(jié)合特有的算法預(yù)估出起重機未來的使用壽命。此外，要想實現(xiàn)預(yù)測性維護功能，還需要信息記錄設(shè)備對零件運行時的應(yīng)力峰值信息進行收集，根據(jù)此項參數(shù)得出零件剩余使用次數(shù)的結(jié)果。另外，預(yù)測性維護功能是通過GPRS 技術(shù)，并結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)遠程監(jiān)控施工現(xiàn)場的設(shè)備狀態(tài)，實現(xiàn)了人員的遠程控制目的。

4.3 起重機工業(yè)信息化安全管理系統(tǒng)框架

在大型建設(shè)工程中，起重機工業(yè)信息化安全管理系統(tǒng)框架應(yīng)包括三個參建方，即施工方、監(jiān)理方與建設(shè)方，其中數(shù)據(jù)框架第一層為施工方，第二層為監(jiān)理方，負責監(jiān)督數(shù)據(jù)，第三層為建設(shè)方，負責監(jiān)管前兩層的數(shù)據(jù)。如圖2 所示，起重機工業(yè)信息化安全管理系統(tǒng)框架。

圖2 起重機工業(yè)信息化安全管理系統(tǒng)框架

以安全生命周期理論為基礎(chǔ)，結(jié)合起重機的安全管理規(guī)程，可把起重機工業(yè)信息化安全管理系統(tǒng)分成登錄界面、建設(shè)方監(jiān)督界面、施工方管理界面與監(jiān)理方管理界面，以統(tǒng)計與管理功能為主。登錄界面按照大型工程項目的參與方，為各單位設(shè)置使用權(quán)限。建設(shè)方監(jiān)督界面可利用后臺運行統(tǒng)計功能模塊，搜索轄區(qū)內(nèi)的標段與全部施工方起重機的數(shù)量及工作狀況，并對起重機工作的不同環(huán)節(jié)進行審查，針對性地采取管理措施，保證安全管理的質(zhì)量與效率。施工方管理界面要求施工企業(yè)錄入起重機的動態(tài)數(shù)據(jù)與靜態(tài)數(shù)據(jù)，動態(tài)數(shù)據(jù)由技術(shù)交底、機械檢查、運維、保養(yǎng)等；靜態(tài)數(shù)據(jù)如資質(zhì)審核、型號、進場方式等。建立方管理界面有建立單位檢查施工方起重機管理工作，包括每個管理環(huán)節(jié)，增強施工企業(yè)管理流程的規(guī)范性，以真正落實起重機各項安全制度。

5 結(jié)語

綜上所述，基于信息化技術(shù)廣泛應(yīng)用的背景下，各種工程施工現(xiàn)場的全周期管理必然朝著信息化方向發(fā)展。起重機作為特種設(shè)備，是國家安全管理的重要內(nèi)容，應(yīng)創(chuàng)新其安全管理模式，提高安全管理水平，打破以往繁瑣和無序的工作禁錮，朝著簡化與有序的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)變。本文通過建立起重機工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺與起重機工業(yè)信息化安全管理系統(tǒng)，簡化了管理環(huán)節(jié)，在強化管理力度的同時，有效規(guī)避安全風險。此外，在機械設(shè)備工作期間還可以及時獲取準確的動態(tài)化信息，給生產(chǎn)與維護提供了科學參考。