隨著我國城市化建設(shè)進(jìn)程的加快，塔式起重機(jī)(以下簡稱“塔機(jī)”)的社會(huì)保有量持續(xù)攀升。與此同時(shí)，一些塔機(jī)安全事故甚至重大傷亡事故也不斷發(fā)生，其中，未經(jīng)過安全評估的接近或超過設(shè)計(jì)年限的塔機(jī)仍然繼續(xù)服役，無疑成為造成各類事故的直接隱患【n?！鞍踩莾簯?，安全在于防范”，塔機(jī)使用中的安全問題其實(shí)更依賴于塔機(jī)操作者和管理者平時(shí)的自覺維護(hù)和自檢。然而在實(shí)際操作中，與塔機(jī)安全相關(guān)的因素非常多，對于很多評估問題業(yè)內(nèi)也尚未取得共識(shí)，各相關(guān)單位的評估方法和所用檢測儀器也不盡相同。本文僅就影響塔機(jī)安全的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和安全監(jiān)控技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，并就超齡塔機(jī)的安全評估與檢測工作的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行討論。

1、塔機(jī)設(shè)計(jì)中的安全問題

針對塔機(jī)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中的安全性問題，除了《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》中通用的機(jī)械安全設(shè)計(jì)原則外，國家和相關(guān)部門還制定了一系列完善的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有GB 3811《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB5144(塔式起重機(jī)安全規(guī)程》、GB／T 5031(塔式起重機(jī)》等。

然而在一些細(xì)節(jié)上，也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)不能完全覆蓋到的方面，這時(shí)如果設(shè)計(jì)人員隨意定奪，不從實(shí)際情況和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，就很容易給產(chǎn)品帶來安全性缺陷四。從已經(jīng)發(fā)生的重特大事故來看，以下比較突出的安全問題應(yīng)引起設(shè)計(jì)人員的高度

重視。

1．1設(shè)計(jì)壽命問題

到目前為止，大多數(shù)的產(chǎn)品使用說明書對塔機(jī)的設(shè)計(jì)壽命都未加以明確。雖然目前國家沒有確定塔機(jī)的強(qiáng)制報(bào)廢年限，但JG胛189--2009《建筑起重機(jī)械安全評估技術(shù)規(guī)程》對各類塔機(jī)需進(jìn)行安全評估的年限都作了詳細(xì)規(guī)定，所以塔機(jī)的使用說明書中也應(yīng)明確規(guī)定本機(jī)的設(shè)計(jì)壽命并對安全評估年限做出提醒，以供使用者參考。如果使用者不了解這些，就會(huì)出現(xiàn)塔機(jī)到期不查或者使用了二、三十年甚至更長時(shí)間還在繼續(xù)使用的情況，這會(huì)大大增加塔機(jī)安全事故發(fā)生的可能性。

1．2安全保護(hù)裝置問題

2006年頒布的GB 5144--2006《塔式起重機(jī)安全規(guī)程》對安全保護(hù)裝置的功能要求作了詳細(xì)規(guī)定，并強(qiáng)制要求作業(yè)中的塔機(jī)上必須安裝安全監(jiān)控保護(hù)裝置。即便如此，塔機(jī)的安全事故發(fā)生率還是居高不下，其主要原因有：

1)保護(hù)措施功能不夠齊全。僅有力矩限位和荷載限制功能，對于工作在高層及超高層建筑的塔機(jī)來講是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。諸如塔機(jī)的回轉(zhuǎn)角度、幅度、起升瞬間加速度和風(fēng)速等外部環(huán)境因素和運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)對塔機(jī)安全性能的影響是非常大的，這些參數(shù)的異常足以引起塔機(jī)事故的發(fā)生[31。但是很多塔機(jī)不具備對這些不正常運(yùn)行數(shù)據(jù)的管理和監(jiān)控功能，導(dǎo)致很多場合下工作人員操作不當(dāng)或強(qiáng)行在惡劣的環(huán)境下操作塔機(jī)，從而引發(fā)事故；

2)監(jiān)控系統(tǒng)僅限于塔機(jī)群小范圍的監(jiān)控，對大范圍或是不同區(qū)域的塔機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、管理、綜合判斷則無能為力。因此，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)時(shí)，要對這些問題給予高度重視，應(yīng)考慮在塔機(jī)中加入更加智能化的監(jiān)控系統(tǒng)，使其具有記錄不正常數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控塔機(jī)群、對塔機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位等功能，這些功能對于提高塔機(jī)的安全性和可靠性意義重大。

1．3設(shè)計(jì)成本與產(chǎn)品質(zhì)■的平衡問題

成本和質(zhì)量在現(xiàn)實(shí)中總是存在不可避免的反比關(guān)系。很多設(shè)計(jì)者在開發(fā)產(chǎn)品時(shí)，出于對企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的考慮，會(huì)降低對鋼材的性能要求，造成產(chǎn)品質(zhì)量存在隱患。另外，還有一些企業(yè)對生產(chǎn)過程的監(jiān)督管理不完善，導(dǎo)致部分構(gòu)件焊接質(zhì)量差，致使整機(jī)質(zhì)量大打折扣。安全評估部門在對新制造的塔機(jī)進(jìn)行檢測過程中就發(fā)現(xiàn)，不少型號(hào)的塔機(jī)設(shè)計(jì)剛度和強(qiáng)度都只是剛好滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品可靠性不高。因此，設(shè)計(jì)人員在產(chǎn)品的開發(fā)過程中不應(yīng)該過多地考慮成本，而應(yīng)切實(shí)保證產(chǎn)品質(zhì)量，使其滿足要求。同樣，作為用戶，無論是單位還是個(gè)人，在挑選塔機(jī)時(shí)也不應(yīng)過多地以價(jià)格為首要考慮因素，否則，很可能購買的是存在嚴(yán)重安全隱患的產(chǎn)品。

1．4塔機(jī)結(jié)構(gòu)和部件的選型問題

塔機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)也應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)原則設(shè)計(jì)，任何隨意更改都可能帶來安全隱患陽。例如，有些廠家為了滿足客戶要求，無視設(shè)計(jì)準(zhǔn)則要求，隨意改變塔機(jī)的臂長，改變支撐的形式，實(shí)際上這些改動(dòng)都會(huì)加劇塔身的搖擺，降低塔機(jī)的穩(wěn)

定性。此外，在某些部件的選型問題上，也應(yīng)引起設(shè)計(jì)人員足夠的關(guān)注，確保采用合理可靠的結(jié)構(gòu)型式，例如：

1)很多型號(hào)的塔機(jī)采用的是三位一體(即力矩、重量、幅度三限位于一體)的限位裝置，這種限位裝置采用自行車用的剎車鋼絲繩來測量結(jié)構(gòu)的負(fù)載變形，這種結(jié)構(gòu)雖構(gòu)思新穎，但經(jīng)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)其很容易因損壞而失效；

2)不少塔機(jī)的起重量限制器只控制最大起重量，不能控制各擋速度下的載荷，這樣極易導(dǎo)致電機(jī)因超載而燒壞；

3)某些塔機(jī)常采用的依靠自鎖制動(dòng)的蝸輪蝸桿裝置，也被證明在實(shí)際使用中并不可靠。其主要原因是：剛出廠時(shí)，蝸輪蝸桿沒有磨損，能起自鎖作用，但使用一段時(shí)間后由于磨損嚴(yán)重，同時(shí)塔臂在空載或吊載時(shí)都有一定的斜度，這就使得小車變幅機(jī)構(gòu)在斷電后仍然因慣性向較低方向滑行而造成事故；

4)多數(shù)塔機(jī)選用的鋼絲繩過渡滑輪直徑太小，導(dǎo)致鋼絲繩因彎曲半徑過小而易損壞，這也是造成鋼絲繩壽命縮短的主要原因之一；

5)滑輪選用材質(zhì)不耐磨導(dǎo)致滑輪更換頻繁。

1．5 吊鉤組的重量問題

相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并未對吊鉤組重量給出明確的設(shè)計(jì)要求，但吊鉤組的重量直接影響到水平臂式塔機(jī)起升鋼絲繩撓度和空鉤下降性能。重量過大會(huì)減小起重量，降低塔機(jī)的起重性能；相反，重量過輕雖然會(huì)增大起重量，提高塔機(jī)的起重性能，但會(huì)使得鋼絲繩因撓度過大而易于與其他物體干涉造成事故，同時(shí)也使得塔機(jī)空鉤下降性能較差。因此在吊鉤的設(shè)計(jì)中。應(yīng)當(dāng)綜合考慮各種因素，調(diào)整吊鉤組的重量使其達(dá)到最佳狀態(tài)。

1．6設(shè)置載重小車防側(cè)翻裝置的問題

對于采用水平臂架小車變幅的塔機(jī)，其載重小車安裝有起重用滑輪組j行走用車輪、維修用平臺(tái)、牽繩張緊裝置等。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)已對相應(yīng)部件作了規(guī)范，同時(shí)也對載重小車防斷繩提出了要求；另外，考慮到載重小車滾輪軸的不安全性，應(yīng)

在載重小車架上設(shè)計(jì)防斷軸墜落裝置。但是在工程實(shí)際中經(jīng)常存在載重小車墜落造成的重特大傷亡事故，且大部分是由于載重小車的側(cè)翻釀成，即當(dāng)維修用平臺(tái)載重后，載重小車的另一側(cè)翹起，進(jìn)而滾輪從起重臂下弦桿上表面滑落，載

重小車整體向一側(cè)傾翻。究其原因是塔機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)沒有對載重小車的防側(cè)翻性能進(jìn)行驗(yàn)算和確定其側(cè)翻臨界載荷。因此設(shè)計(jì)人員對此應(yīng)給予足夠重視，在設(shè)計(jì)時(shí)必須限制維修用平臺(tái)的超載，并在醒目位置標(biāo)定其最大載重量。

1．7設(shè)置爬梯護(hù)圈和手扶欄桿的問題

2006年之前頒布的GB 5144(塔式起重機(jī)安全規(guī)程》對于塔機(jī)的爬梯護(hù)圈和欄桿等安全防護(hù)裝置的設(shè)置并未給予明確規(guī)定，可能是考慮到這些裝置的設(shè)置會(huì)給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來一定的難度。其結(jié)果是導(dǎo)致很多塔機(jī)的爬梯護(hù)圈和手扶欄桿不

全，甚至完全沒有。這顯然會(huì)給施工留下了安全隱患，因?yàn)橐坏┌l(fā)生人員墜落，塔機(jī)結(jié)構(gòu)本身起不到防護(hù)作用，必然會(huì)釀成傷亡事故。在新版標(biāo)準(zhǔn)中，對這部分的內(nèi)容進(jìn)行了修訂，這里有必要提醒設(shè)計(jì)人員，應(yīng)嚴(yán)格按照新標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行塔

機(jī)設(shè)計(jì)。

1．8使用地域?qū)λC(jī)安全的影響

雖然國家標(biāo)準(zhǔn)對塔機(jī)的使用風(fēng)力有明確規(guī)定，但由于國家對建筑市場的開放，塔機(jī)使用的地域越來越廣。例如，本來是根據(jù)內(nèi)地市場設(shè)計(jì)制造的塔機(jī)，結(jié)果到沿海地區(qū)去施工，就會(huì)因設(shè)計(jì)時(shí)對塔機(jī)考慮的風(fēng)載不同，而導(dǎo)致在使用中存在隱患。所以，在使用說明書中明確塔機(jī)的使用地域也是非常必要的。

2、塔機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

從宏觀上看，塔機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)屬于塔機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)的一部分，它和運(yùn)行控制系統(tǒng)、自診斷監(jiān)控系統(tǒng)等系統(tǒng)的功能有很多是相互交叉、相輔相成的。先進(jìn)有效的塔機(jī)安監(jiān)系統(tǒng)對提高可靠性，提升作業(yè)效率，及時(shí)發(fā)現(xiàn)塔機(jī)關(guān)鍵部件的故

障，保障安全生產(chǎn)都是極其重要的。GB5 144一2006(塔式起重機(jī)安全規(guī)程》明確規(guī)定塔機(jī)必須配備監(jiān)測與安全保護(hù)裝置[51。我國的塔機(jī)安全保護(hù)裝置研制大約始于20世紀(jì)50年代后期，主要經(jīng)歷了機(jī)械式、電子模擬式、數(shù)字式及微機(jī)控制式等形式，由于起步晚，技術(shù)水平較低。早期主要集中在起重量超載限制器、力矩限制器、幅度和高度限位器等這些安全裝置上。近期也出現(xiàn)了如北京恒美工控、濟(jì)南富友慧明、宜昌鑫揚(yáng)等廠商研發(fā)的各種塔機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)。這些系統(tǒng)綜合了微電子、信息傳感、通信及計(jì)算機(jī)軟件數(shù)據(jù)處理等技術(shù)，將各種安全裝置功能進(jìn)行有效集成，統(tǒng)一綜合監(jiān)測管理聞。反觀國外先進(jìn)的塔機(jī)生產(chǎn)廠商，其產(chǎn)品的安監(jiān)系統(tǒng)都普遍融合了傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、

數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程通信技術(shù)等高新技術(shù)，通過前端監(jiān)控裝置和平臺(tái)無縫融合，能將塔機(jī)運(yùn)行工況安全數(shù)據(jù)和報(bào)警信息通過3G無線等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)時(shí)發(fā)送到遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)開放式的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)塔機(jī)

作業(yè)監(jiān)控，其技術(shù)的先進(jìn)性和可靠性普遍勝國內(nèi)企業(yè)一籌。

同時(shí)，國外高水平的安全監(jiān)控和自動(dòng)化系統(tǒng)通常都致力于應(yīng)用新型技術(shù)和科技成果。如德國的LIEBHERR起重機(jī)，采用激光裝置測量起吊物的重心位置，依靠超聲波傳感器引導(dǎo)取物裝置抓取貨物；法國POTAIN公司在其MD系列的塔機(jī)中，安裝了智能化的微機(jī)輔助保養(yǎng)和微機(jī)輔助駕駛系統(tǒng)，這種智能系統(tǒng)能記錄塔機(jī)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)并存儲(chǔ)各種故障、易損件磨耗程度和使用壽命等信息。英國一些廠家生產(chǎn)的塔機(jī)還配備了無線遙控功能，安裝了智能近場感應(yīng)系統(tǒng)，可有效避免

起重機(jī)之間的相互碰撞網(wǎng)。因此，研究開發(fā)新型高效的塔機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)對塔機(jī)安全工作有著相當(dāng)積極的意義。這種系統(tǒng)應(yīng)和微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能儀表技術(shù)及傳感器技術(shù)相結(jié)合，其功能不僅要對塔機(jī)工作時(shí)的載荷、力矩起到限制作用，更應(yīng)能隨時(shí)監(jiān)測包括起升高度、風(fēng)速、起升角度、工作幅度甚至鋼絲繩狀況、油溫、振動(dòng)情況等關(guān)于塔機(jī)狀態(tài)的準(zhǔn)確信息。同時(shí)還要使塔機(jī)有較強(qiáng)的自動(dòng)控制功能及自診斷能力和智能化程度，以降低操作和維護(hù)勞動(dòng)強(qiáng)度并保證塔機(jī)的安全。總體來說，從借鑒國際先進(jìn)技術(shù)和有效預(yù)防塔機(jī)安全事故的角度出發(fā)，我國的塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)從以下幾個(gè)方面著重突破：

1)突出系統(tǒng)的集成化、信息化、智能化。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展，塔機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有更高的信息采集和數(shù)據(jù)處理能力，并具有能根據(jù)被監(jiān)測對象的各種即時(shí)參數(shù)進(jìn)行更智能的有效的危險(xiǎn)性判別、分析和提出專家決策方案的功能，從而大幅度提高塔機(jī)安全監(jiān)控的效率和質(zhì)量；

2)突出“監(jiān)”和“測”控制記錄的一體化、整合化。特別對于大型塔機(jī)系統(tǒng)，由于其設(shè)備昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對于監(jiān)測控制系統(tǒng)要求更高，一體化的塔機(jī)監(jiān)測控制系統(tǒng)更是其發(fā)展方向。所謂的一體化塔機(jī)監(jiān)測控制系統(tǒng)是指其集成了運(yùn)行控制系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)和自診斷監(jiān)控系統(tǒng)的功能，能夠統(tǒng)一控制塔機(jī)設(shè)備和監(jiān)視塔機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并能實(shí)時(shí)記錄和存儲(chǔ)塔機(jī)的工作狀況，隨時(shí)對違規(guī)操作進(jìn)行科學(xué)檢測，為設(shè)備有效管理提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)能有效預(yù)防事故的發(fā)生，杜絕

安全生產(chǎn)隱患，同時(shí)也可為質(zhì)監(jiān)管理部門提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)查詢，實(shí)現(xiàn)塔機(jī)生產(chǎn)的量化管理；

3)積極加入新技術(shù)新成果，開發(fā)新型軟硬件系統(tǒng)。要更好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)測監(jiān)控，必須在軟硬件技術(shù)上同時(shí)著手，將最新的技術(shù)和成果加入進(jìn)來。例如傳統(tǒng)的塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用有線通信方式，傳感器與控制臺(tái)、控制中心采用有線連接，施工困難，花費(fèi)大，而且往往無法滿足復(fù)雜環(huán)境下實(shí)時(shí)性、可靠性的通信要求。近些年在監(jiān)控領(lǐng)域興起的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控方式則具有自由網(wǎng)絡(luò)組織、動(dòng)態(tài)拓?fù)?、多路由等?yōu)點(diǎn)，可以克服特殊地理和氣候環(huán)境的障礙，且易于擴(kuò)展，具有傳統(tǒng)有線監(jiān)控系統(tǒng)無法比擬的靈活性網(wǎng)，所以將無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，具有良好的應(yīng)用前景；

4)突出監(jiān)控系統(tǒng)的“黑匣子”功能。具備類似于飛機(jī)的黑匣子功能的監(jiān)控系統(tǒng)，可以使用戶在使用和維護(hù)塔機(jī)過程中，利用記錄的數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確地判明塔機(jī)的故障、性能及其變化趨勢，以便制定合理的維修周期和維修方案。而且監(jiān)管部門還可以根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，對已經(jīng)發(fā)生的事故塔機(jī)進(jìn)行科學(xué)可靠的事故評定。甚至在設(shè)計(jì)新型塔機(jī)時(shí)，技術(shù)人員可以充分利用樣機(jī)、原理機(jī)上所記錄的大量數(shù)據(jù)來指導(dǎo)塔機(jī)設(shè)計(jì)，使塔機(jī)有更好的安全性能和經(jīng)濟(jì)性能。

值得一提的是，通過技術(shù)改造增設(shè)起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)也是針對超齡塔機(jī)安全生產(chǎn)的有效措施。一些單位成功地為老舊塔機(jī)增設(shè)了安全監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了智能監(jiān)測、采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析及預(yù)警的目的。這種安監(jiān)系統(tǒng)采用成品安裝方式，施工方

便，成本低廉，且可以重復(fù)利用【堋。如果可以進(jìn)一步提高整體可靠性和穩(wěn)定性，對于國內(nèi)眾多的超齡塔機(jī)將具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。