孔繁臣，郎紅軍，于巧麗，馮慶志

（1.豐滿大壩重建工程建設(shè)局，吉林吉林市 132108；2.吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,吉林吉林市132013；3.豐滿發(fā)電廠，吉林吉林市132108）

門塔機(jī)群在豐滿重建工程廠房施工中的應(yīng)用

孔繁臣1，郎紅軍1，于巧麗2，馮慶志3

（1.豐滿大壩重建工程建設(shè)局，吉林吉林市 132108；2.吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,吉林吉林市132013；3.豐滿發(fā)電廠，吉林吉林市132108）

豐滿重建工程發(fā)電廠房的施工具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工密集的特點，采用安全監(jiān)控系統(tǒng)的門塔機(jī)群作為發(fā)電廠房物料吊運的必要設(shè)備，較好解決了人工管控費時費力、安全難控制的弊端，大大提高了門塔機(jī)群的安全性能和工作效率，經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有較強(qiáng)的推廣價值。

豐滿重建工程；門塔機(jī)群；安全監(jiān)控系統(tǒng)；廠房

1 工程概況

豐滿重建工程即豐滿水電站全面治理（重建）工程的簡稱，位于吉林市豐滿區(qū)的第二松花江上，下游局吉林市14.3 km。豐滿重建工程是在原豐滿大壩軸線后120 m處新建一座水電站。新建電站安裝6臺200 MW混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)1 480 MW（含3期電站2臺280 MW容量）。新建發(fā)電廠房為壩后式地面廠房，布置在右岸壩后，機(jī)組縱軸線與新建壩軸線平行，廠壩之間設(shè)變形縫。發(fā)電廠房建筑物主要由主廠房、安裝間、上游副廠房、尾水副廠房、端部副廠房、尾水渠以及500 kV開關(guān)站組成。

2 門塔機(jī)群概述

2.1 布 置

在豐滿重建工程施工進(jìn)度網(wǎng)路圖中，發(fā)電廠房是僅次于大壩主體工程的、關(guān)鍵路線上的重要項目之一，是制約機(jī)組按時發(fā)電的重點保障工程。發(fā)電廠房長239.40 m、寬32.00 m、高24.50 m（地面），主要工程量：混凝土澆筑34.36×104m3、鋼筋制安1.37×104t、鋼結(jié)構(gòu)制作與安裝1 294 t。主體施工期為2019年12月，具有工程體量大、場地狹小、混凝土澆筑強(qiáng)度高、年度施工期短、工程安全要高等特點。

發(fā)電廠房建造施工需要將鋼筋、混凝土、結(jié)構(gòu)件、桁架、面板以及輔助施工的模板、腳手架、養(yǎng)護(hù)設(shè)備設(shè)置等有序地從合適位置進(jìn)行場外內(nèi)運輸，以便于建筑施工的順利進(jìn)行，而這些設(shè)備設(shè)施的安全、可靠、準(zhǔn)時的供給，就需要在一定區(qū)域內(nèi)布置若干套大型垂直運輸設(shè)備來聯(lián)合完成，這些組合的大型垂直運輸設(shè)備一般采用固定位置的塔機(jī)和可移動、可回轉(zhuǎn)的門機(jī)構(gòu)成一個門塔機(jī)群。

在發(fā)電廠廠房平面框架周圍共布置了5臺塔機(jī)、1臺1門座式起重機(jī)，構(gòu)成廠房施工垂直運輸系統(tǒng)。由于是壩后式地面廠房，主要對外交通道路布置在廠房下游側(cè)，對門塔機(jī)群布置方案進(jìn)行合理優(yōu)化：在主廠房上下游側(cè)布置5臺塔機(jī)，其中在安裝間下游側(cè)布置1臺塔機(jī)（編號1號）、在5號和6號機(jī)組上游側(cè)布置1臺塔機(jī)（編號2號）、在3號機(jī)組上游側(cè)布置1臺塔機(jī)（編號3號）、在2號機(jī)組上游側(cè)布置1臺塔機(jī)（編號4號）、在1號機(jī)組下游左側(cè)布置1臺塔機(jī)（編號5號）、在尾水渠布置1臺門座式起重機(jī)，起重機(jī)軌道布置在0+ 360到0+516區(qū)域，軌道中心線位于壩0+138.8，形成全覆蓋立體垂直運輸1+5門塔機(jī)群。結(jié)合發(fā)電廠房施工的實際需求，經(jīng)過測算的塔機(jī)參數(shù)及布置位置，見表1，門座式起重機(jī)參數(shù)，見表2。

2.2 安全隱患

為防止運輸作業(yè)出現(xiàn)盲區(qū)，確保廠房施工物資順利吊運，門塔機(jī)采取了密集、多疊的布置方式，其吊運平面覆蓋范圍見圖1。由此可見，門塔機(jī)的起重臂較長，相鄰間距較小，在實施多個作業(yè)面施工時，即使每臺門塔機(jī)配置1～2個地面指揮人員，6臺門塔機(jī)也會不可避免地發(fā)生起重臂碰撞的安全隱患，尤其是在噪音、風(fēng)力的干擾下安全隱患更為突出。僅僅依靠人力指揮，門塔機(jī)群的運行存在碰撞風(fēng)險難控、效率低下的缺點。

表1 塔機(jī)參數(shù)及布置位置

表2 門座式起重機(jī)主要參數(shù)

圖1 門塔機(jī)群平面覆蓋示意圖

3 門塔機(jī)群設(shè)計優(yōu)化

塔機(jī)是用于建筑施工中的一種起重設(shè)備，主要通過回轉(zhuǎn)、起重臂、起重小車、變幅等機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)以固定不可移動的塔身為中心、以不同變幅為半徑的圓周區(qū)域內(nèi)額定重量建筑物料的垂直起升運輸。而門座式起重機(jī)（簡稱門機(jī)）沿地面軌道運行，配合可回轉(zhuǎn)的起重裝置，可實現(xiàn)地面軌道長度及起重臂回轉(zhuǎn)的長方形區(qū)域內(nèi)建筑物料的垂直起升運輸。門機(jī)與多個塔機(jī)的協(xié)同配合作業(yè)，即構(gòu)成了門塔機(jī)群物料垂直運輸系統(tǒng)，可實現(xiàn)較大區(qū)域內(nèi)、多個工作面的同時施工，具有投資少、效率高的特點，但需處理好門塔機(jī)群互撞、塔機(jī)與障礙物碰撞、敏感區(qū)域保護(hù)、邊界限制等客觀存在的安全問題，需設(shè)計一套以防碰撞為主的門塔機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)。

3.1 門塔機(jī)安全設(shè)計要求

1）門塔機(jī)之間防碰撞設(shè)計

如果相鄰2臺門塔機(jī)的作業(yè)區(qū)存在交疊交叉，它們的起重臂、鋼絲繩、吊具等各組成部分將存在相互干涉、干擾，甚至碰撞，如果協(xié)調(diào)不當(dāng)，就有可能造成嚴(yán)重后果。允許相鄰2臺門、塔機(jī)在保證絕對安全的基礎(chǔ)上，以理想的速度和方式運行在各自的無碰撞工作區(qū)域內(nèi)上自由工作，2臺或3臺門塔機(jī)工作范圍重疊覆蓋區(qū)域，判別無碰撞時，可自由工作，有可能發(fā)生碰撞時，有限自由工作，并按避讓原則工作。

2）起升、水平運行邊界保護(hù)設(shè)計

如果塔機(jī)吊具起升、水平運行到邊界外，往往會給其他標(biāo)段工作區(qū)域的作業(yè)人員帶來恐懼，造成作業(yè)干擾，若物料墜落就有可能造成更為嚴(yán)重后果。因此，對塔機(jī)的運行范圍做出合理的限制，盡可能回避邊界外部的起升運行和水平回轉(zhuǎn)，從而規(guī)避風(fēng)險。

3）非法操作識別與控制

安全監(jiān)控系統(tǒng)實時檢測門塔機(jī)運行狀態(tài)，并進(jìn)行風(fēng)險估計，如接近危險邊界、碰撞物等約定距離時，向司機(jī)給出提示信號，如果司機(jī)仍向危險方向操作，可以發(fā)出控制信號，禁止門塔機(jī)向危險區(qū)域繼續(xù)靠近，操作順序按避讓原則執(zhí)行，避免由于操作失誤而造成的事故。

4）故障自診及提示

安全監(jiān)控系統(tǒng)能夠自動檢測系統(tǒng)各自組件的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，如果出現(xiàn)故障，可向司機(jī)和監(jiān)控中心發(fā)出提示，幫助和提示相關(guān)人員盡快開展排除故障工作。

5）無線通信與信息存儲

門塔機(jī)配備有專用的無線通信模塊，穩(wěn)定性、可靠性、抗干擾性應(yīng)滿足現(xiàn)場環(huán)境，可以保證多臺門塔機(jī)同時工作的情況下，相互通信時不會產(chǎn)生相互干擾，信息傳輸暢通，這樣可使系統(tǒng)的安裝無需布設(shè)冗長線路，又能避免了傳統(tǒng)設(shè)備中因線路故障帶來的問題。安全監(jiān)控系統(tǒng)還應(yīng)能具有各臺門塔機(jī)運行信息、運轉(zhuǎn)參數(shù)，并直觀地在監(jiān)控中心顯示和儲存。數(shù)據(jù)信息儲存期限宜不少于3個月，以便于追索、備查。

3.2 門塔機(jī)群安全系統(tǒng)構(gòu)成

門塔機(jī)群安全監(jiān)控系統(tǒng)主要由安裝在施工起重機(jī)上的RJ-101/102型起重機(jī)安全監(jiān)測儀集合、安裝在施工現(xiàn)場辦公室的RJ-103型起重機(jī)中央控制器、安裝在遠(yuǎn)程管理中心（或安監(jiān)站）的RJ-104型起重機(jī)安全管理信息系統(tǒng)三部分組成，并依托自建的互聯(lián)網(wǎng)和GPRS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成安全監(jiān)控系統(tǒng)，工作原理如圖2所示。

圖2 門塔機(jī)群安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

安全監(jiān)測儀集合由各類現(xiàn)地傳感器、安全報警裝置等組成。現(xiàn)地傳感器主要包括：檢測小車運行位置的幅度（半徑）傳感器、測量起重臂水平旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)傳感器、測量物料起升高度的高度傳感器、檢測風(fēng)速的風(fēng)速傳感器、檢測起升能力的力矩傳感器和傾角傳感器、反映和測量門機(jī)行走位置的行走位移傳感器等；安全報警裝置包括：設(shè)備異常運行或臨近、處于危險狀態(tài)時的內(nèi)外部報警燈、鈴，為司機(jī)提供塔機(jī)運行和安全提示以及在出現(xiàn)危險時給出提示信號的操作顯示模塊。

起重機(jī)中央控制器主要對門塔機(jī)運行狀態(tài)給出風(fēng)險評估，顯示門塔實時試運行的圖像信息和存儲門塔機(jī)群實時運行參數(shù)存儲器等。

安全管理信息系統(tǒng)主要用于門塔機(jī)公司、施工單位、監(jiān)理單位、建設(shè)單位等對門塔機(jī)群運行狀態(tài)實時視頻檢查、安全監(jiān)控、參數(shù)記錄、數(shù)據(jù)統(tǒng)計查詢、事故狀態(tài)追溯等管理工作。

3.3 門塔機(jī)群安全運行原則

門塔機(jī)群安全運行，除應(yīng)遵守常規(guī)的起升運行操作外，在相互間同時起升物料作業(yè)互有影響時，還應(yīng)遵守以下安全避讓原則。

1）塔機(jī)讓門機(jī)

作業(yè)過程中，因門機(jī)作業(yè)量大，作業(yè)范圍廣，故其運行在塔機(jī)作業(yè)半徑時，塔機(jī)必須停塔等候，并鳴笛提示門機(jī)，告之所妨礙的塔機(jī)的狀態(tài)、位置，待門機(jī)遠(yuǎn)離妨礙區(qū)域時，塔機(jī)方可作業(yè)。

2）后塔讓前塔

在作業(yè)過程中，后起動作業(yè)的塔機(jī)在運行時前后、左右、上下確定相鄰塔機(jī)的作業(yè)狀態(tài)和所處位置。如有妨礙前塔正常運行時，必須停塔等候，并鳴笛提示前塔，告之后塔所處的狀態(tài)、位置，待前塔遠(yuǎn)離妨礙區(qū)域時，后塔方可作業(yè)。

3）動塔讓靜塔

在作業(yè)過程中，要求塔機(jī)司機(jī)、信號工隨時注意相鄰塔機(jī)所處的作業(yè)狀態(tài)，位置在回轉(zhuǎn)塔臂運駛小車時，要避讓處于停止?fàn)顟B(tài)的塔機(jī)，可繞道行運，或暫停作業(yè)，待停塔工作完后，駛出相碰撞危險區(qū)域后方可作業(yè)。

4）輕車讓重車

在各塔機(jī)同時運行時，無荷載塔機(jī)應(yīng)避讓有荷載塔機(jī)。

門塔機(jī)運行中，必須按上述排序原則優(yōu)先依序執(zhí)行。

4 門塔機(jī)群應(yīng)用成效

4.1 工程使用情況

豐滿重建工程發(fā)電廠房標(biāo)段自2015年7月安裝并投入使用了門塔機(jī)群，累計安全使用5個月，完成鋼筋吊運3 522 t，澆筑混凝土3 850 m3。門塔機(jī)群安全監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用期間，沒有發(fā)生相互碰撞和相互干擾影響物料起升的事件，大大降低了6臺門塔機(jī)的安全管理難度，同時也提升了門塔機(jī)群的作業(yè)效率，保證各工作面全部開工對物料的需求，間接地推進(jìn)了工程實施進(jìn)度。

4.2 安全與經(jīng)濟(jì)效益

與常規(guī)門塔機(jī)使用管理狀況相比，安裝了安全監(jiān)控系統(tǒng)的門塔機(jī)群在工程安全效益、經(jīng)濟(jì)效益等方面取得顯著效果，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）大幅度降低了門塔機(jī)群因事故造成的經(jīng)濟(jì)損失。自安全監(jiān)控系統(tǒng)開始使用的6月里，門塔機(jī)群未發(fā)生起重臂間回轉(zhuǎn)碰撞事故，造成的經(jīng)濟(jì)損失為零。

2）沒有造成因為起重臂碰撞而導(dǎo)致的施工暫停，提高了工程施工有效天數(shù)，減少了工程施工停工與補(bǔ)救損失，間接增加了施工收益。

3）提高了門塔機(jī)的工作效率，節(jié)約了大量施工時間。與未使用安全監(jiān)控系統(tǒng)相比，現(xiàn)門塔機(jī)群劃分各自的自由工作區(qū)、有限自由工作區(qū)，起升與水平作業(yè)沒干擾或受干擾小，作業(yè)速度快，估算門塔機(jī)群工作效率至少提高30%～50%。

4）與常規(guī)門塔機(jī)運行方式相比，地面指揮人數(shù)量銳減至2人（按常規(guī)方案，6臺門塔機(jī)地面指揮人員至少9人），既降低了人力成本，又減輕了地面指揮人員的工作量。

5）司機(jī)操作更加便捷、準(zhǔn)確。監(jiān)控系統(tǒng)的可視化和自動報警裝置，更有利于司機(jī)本人安全合理、快速地操作，同時司機(jī)和值班管理人員均能夠及時掌握和了解門塔機(jī)的工作狀態(tài)，實時掌控，樹立現(xiàn)場大局觀念。

6）可視化的監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了從人防向技防與人防聯(lián)防的轉(zhuǎn)變。

4.3 存在的不足

門塔機(jī)群安全監(jiān)控系統(tǒng)，盡管在設(shè)計上考慮很多可能發(fā)生的不利因素，而且通過原型試驗驗收，由于發(fā)電廠房墻體結(jié)構(gòu)尚未形成、機(jī)組精密設(shè)備未開始安裝，客觀存在司機(jī)與吊物的障礙物阻隔視線（隔山吊）、施工現(xiàn)場強(qiáng)噪音干擾等因素，尚未通過原型檢驗，因此安全監(jiān)控系統(tǒng)可靠性還需要進(jìn)一步驗證。此外，防碰撞監(jiān)控精度、系統(tǒng)維護(hù)管理成本、經(jīng)歷冬季低溫露天環(huán)境下傳感器可靠性等還有進(jìn)一步提升的空間。

5 結(jié) 語

隨著國家對工程安全重視程度的不斷攀升，門塔機(jī)群作為工程施工必需的特種設(shè)備，其安全性能必將得到更高的重視。通過采用安全監(jiān)控系統(tǒng)的門塔機(jī)群，在豐滿重建工程發(fā)電廠房施工中的應(yīng)用和實踐，可以證明這項技術(shù)已較為成熟，能夠減少或不發(fā)生起重臂相互碰撞施工，能夠提高門塔機(jī)的工作效率和工程施工效益。門塔機(jī)群采用安全監(jiān)控系統(tǒng)將成為一種新趨勢。

表2 各村農(nóng)業(yè)人均收入計算表

TV62

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1002－0624（2016）12－0012－04

2016-07-24

[收稿日期]2016-02-20