门塔机群在丰满重建工程厂房施工中的应用

2016-12-27孔繁臣郎红军于巧丽冯庆志

东北水利水电 2016年12期

关键词：重臂塔机机群

孔繁臣，郎红军，于巧丽，冯庆志

（1.丰满大坝重建工程建设局，吉林吉林市 132108；2.吉林工业职业技术学院,吉林吉林市132013；3.丰满发电厂，吉林吉林市132108）

门塔机群在丰满重建工程厂房施工中的应用

孔繁臣1，郎红军1，于巧丽2，冯庆志3

（1.丰满大坝重建工程建设局，吉林吉林市 132108；2.吉林工业职业技术学院,吉林吉林市132013；3.丰满发电厂，吉林吉林市132108）

丰满重建工程发电厂房的施工具有结构复杂、施工密集的特点，采用安全监控系统的门塔机群作为发电厂房物料吊运的必要设备，较好解决了人工管控费时费力、安全难控制的弊端，大大提高了门塔机群的安全性能和工作效率，经济效益显著，具有较强的推广价值。

丰满重建工程；门塔机群；安全监控系统；厂房

1 工程概况

丰满重建工程即丰满水电站全面治理（重建）工程的简称，位于吉林市丰满区的第二松花江上，下游局吉林市14.3 km。丰满重建工程是在原丰满大坝轴线后120 m处新建一座水电站。新建电站安装6台200 MW混流式水轮发电机组，总装机1 480 MW（含3期电站2台280 MW容量）。新建发电厂房为坝后式地面厂房，布置在右岸坝后，机组纵轴线与新建坝轴线平行，厂坝之间设变形缝。发电厂房建筑物主要由主厂房、安装间、上游副厂房、尾水副厂房、端部副厂房、尾水渠以及500 kV开关站组成。

2 门塔机群概述

2.1 布置

在丰满重建工程施工进度网路图中，发电厂房是仅次于大坝主体工程的、关键路线上的重要项目之一，是制约机组按时发电的重点保障工程。发电厂房长239.40 m、宽32.00 m、高24.50 m（地面），主要工程量：混凝土浇筑34.36×104m3、钢筋制安1.37×104t、钢结构制作与安装1 294 t。主体施工期为2019年12月，具有工程体量大、场地狭小、混凝土浇筑强度高、年度施工期短、工程安全要高等特点。

发电厂房建造施工需要将钢筋、混凝土、结构件、桁架、面板以及辅助施工的模板、脚手架、养护设备设置等有序地从合适位置进行场外内运输，以便于建筑施工的顺利进行，而这些设备设施的安全、可靠、准时的供给，就需要在一定区域内布置若干套大型垂直运输设备来联合完成，这些组合的大型垂直运输设备一般采用固定位置的塔机和可移动、可回转的门机构成一个门塔机群。

在发电厂厂房平面框架周围共布置了5台塔机、1台1门座式起重机，构成厂房施工垂直运输系统。由于是坝后式地面厂房，主要对外交通道路布置在厂房下游侧，对门塔机群布置方案进行合理优化：在主厂房上下游侧布置5台塔机，其中在安装间下游侧布置1台塔机（编号1号）、在5号和6号机组上游侧布置1台塔机（编号2号）、在3号机组上游侧布置1台塔机（编号3号）、在2号机组上游侧布置1台塔机（编号4号）、在1号机组下游左侧布置1台塔机（编号5号）、在尾水渠布置1台门座式起重机，起重机轨道布置在0+ 360到0+516区域，轨道中心线位于坝0+138.8，形成全覆盖立体垂直运输1+5门塔机群。结合发电厂房施工的实际需求，经过测算的塔机参数及布置位置，见表1，门座式起重机参数，见表2。

2.2 安全隐患

为防止运输作业出现盲区，确保厂房施工物资顺利吊运，门塔机采取了密集、多叠的布置方式，其吊运平面覆盖范围见图1。由此可见，门塔机的起重臂较长，相邻间距较小，在实施多个作业面施工时，即使每台门塔机配置1～2个地面指挥人员，6台门塔机也会不可避免地发生起重臂碰撞的安全隐患，尤其是在噪音、风力的干扰下安全隐患更为突出。仅仅依靠人力指挥，门塔机群的运行存在碰撞风险难控、效率低下的缺点。

表1 塔机参数及布置位置

表2 门座式起重机主要参数

图1 门塔机群平面覆盖示意图

3 门塔机群设计优化

塔机是用于建筑施工中的一种起重设备，主要通过回转、起重臂、起重小车、变幅等机构，实现以固定不可移动的塔身为中心、以不同变幅为半径的圆周区域内额定重量建筑物料的垂直起升运输。而门座式起重机（简称门机）沿地面轨道运行，配合可回转的起重装置，可实现地面轨道长度及起重臂回转的长方形区域内建筑物料的垂直起升运输。门机与多个塔机的协同配合作业，即构成了门塔机群物料垂直运输系统，可实现较大区域内、多个工作面的同时施工，具有投资少、效率高的特点，但需处理好门塔机群互撞、塔机与障碍物碰撞、敏感区域保护、边界限制等客观存在的安全问题，需设计一套以防碰撞为主的门塔机安全监控系统。

3.1 门塔机安全设计要求

1）门塔机之间防碰撞设计

如果相邻2台门塔机的作业区存在交叠交叉，它们的起重臂、钢丝绳、吊具等各组成部分将存在相互干涉、干扰，甚至碰撞，如果协调不当，就有可能造成严重后果。允许相邻2台门、塔机在保证绝对安全的基础上，以理想的速度和方式运行在各自的无碰撞工作区域内上自由工作，2台或3台门塔机工作范围重叠覆盖区域，判别无碰撞时，可自由工作，有可能发生碰撞时，有限自由工作，并按避让原则工作。

2）起升、水平运行边界保护设计

如果塔机吊具起升、水平运行到边界外，往往会给其他标段工作区域的作业人员带来恐惧，造成作业干扰，若物料坠落就有可能造成更为严重后果。因此，对塔机的运行范围做出合理的限制，尽可能回避边界外部的起升运行和水平回转，从而规避风险。

3）非法操作识别与控制

安全监控系统实时检测门塔机运行状态，并进行风险估计，如接近危险边界、碰撞物等约定距离时，向司机给出提示信号，如果司机仍向危险方向操作，可以发出控制信号，禁止门塔机向危险区域继续靠近，操作顺序按避让原则执行，避免由于操作失误而造成的事故。

4）故障自诊及提示

安全监控系统能够自动检测系统各自组件的运转状态，如果出现故障，可向司机和监控中心发出提示，帮助和提示相关人员尽快开展排除故障工作。

5）无线通信与信息存储

门塔机配备有专用的无线通信模块，稳定性、可靠性、抗干扰性应满足现场环境，可以保证多台门塔机同时工作的情况下，相互通信时不会产生相互干扰，信息传输畅通，这样可使系统的安装无需布设冗长线路，又能避免了传统设备中因线路故障带来的问题。安全监控系统还应能具有各台门塔机运行信息、运转参数，并直观地在监控中心显示和储存。数据信息储存期限宜不少于3个月，以便于追索、备查。

3.2 门塔机群安全系统构成

门塔机群安全监控系统主要由安装在施工起重机上的RJ-101/102型起重机安全监测仪集合、安装在施工现场办公室的RJ-103型起重机中央控制器、安装在远程管理中心（或安监站）的RJ-104型起重机安全管理信息系统三部分组成，并依托自建的互联网和GPRS网络系统构成安全监控系统，工作原理如图2所示。

图2 门塔机群安全监控系统结构框图

安全监测仪集合由各类现地传感器、安全报警装置等组成。现地传感器主要包括：检测小车运行位置的幅度（半径）传感器、测量起重臂水平旋转角度的旋转传感器、测量物料起升高度的高度传感器、检测风速的风速传感器、检测起升能力的力矩传感器和倾角传感器、反映和测量门机行走位置的行走位移传感器等；安全报警装置包括：设备异常运行或临近、处于危险状态时的内外部报警灯、铃，为司机提供塔机运行和安全提示以及在出现危险时给出提示信号的操作显示模块。

起重机中央控制器主要对门塔机运行状态给出风险评估，显示门塔实时试运行的图像信息和存储门塔机群实时运行参数存储器等。

安全管理信息系统主要用于门塔机公司、施工单位、监理单位、建设单位等对门塔机群运行状态实时视频检查、安全监控、参数记录、数据统计查询、事故状态追溯等管理工作。

3.3 门塔机群安全运行原则

门塔机群安全运行，除应遵守常规的起升运行操作外，在相互间同时起升物料作业互有影响时，还应遵守以下安全避让原则。

1）塔机让门机

作业过程中，因门机作业量大，作业范围广，故其运行在塔机作业半径时，塔机必须停塔等候，并鸣笛提示门机，告之所妨碍的塔机的状态、位置，待门机远离妨碍区域时，塔机方可作业。

2）后塔让前塔

在作业过程中，后起动作业的塔机在运行时前后、左右、上下确定相邻塔机的作业状态和所处位置。如有妨碍前塔正常运行时，必须停塔等候，并鸣笛提示前塔，告之后塔所处的状态、位置，待前塔远离妨碍区域时，后塔方可作业。

3）动塔让静塔

在作业过程中，要求塔机司机、信号工随时注意相邻塔机所处的作业状态，位置在回转塔臂运驶小车时，要避让处于停止状态的塔机，可绕道行运，或暂停作业，待停塔工作完后，驶出相碰撞危险区域后方可作业。

4）轻车让重车

在各塔机同时运行时，无荷载塔机应避让有荷载塔机。

门塔机运行中，必须按上述排序原则优先依序执行。

4 门塔机群应用成效

4.1 工程使用情况

丰满重建工程发电厂房标段自2015年7月安装并投入使用了门塔机群，累计安全使用5个月，完成钢筋吊运3 522 t，浇筑混凝土3 850 m3。门塔机群安全监控系统的应用期间，没有发生相互碰撞和相互干扰影响物料起升的事件，大大降低了6台门塔机的安全管理难度，同时也提升了门塔机群的作业效率，保证各工作面全部开工对物料的需求，间接地推进了工程实施进度。

4.2 安全与经济效益

与常规门塔机使用管理状况相比，安装了安全监控系统的门塔机群在工程安全效益、经济效益等方面取得显著效果，主要体现在以下几个方面：

1）大幅度降低了门塔机群因事故造成的经济损失。自安全监控系统开始使用的6月里，门塔机群未发生起重臂间回转碰撞事故，造成的经济损失为零。

2）没有造成因为起重臂碰撞而导致的施工暂停，提高了工程施工有效天数，减少了工程施工停工与补救损失，间接增加了施工收益。

3）提高了门塔机的工作效率，节约了大量施工时间。与未使用安全监控系统相比，现门塔机群划分各自的自由工作区、有限自由工作区，起升与水平作业没干扰或受干扰小，作业速度快，估算门塔机群工作效率至少提高30%～50%。

4）与常规门塔机运行方式相比，地面指挥人数量锐减至2人（按常规方案，6台门塔机地面指挥人员至少9人），既降低了人力成本，又减轻了地面指挥人员的工作量。

5）司机操作更加便捷、准确。监控系统的可视化和自动报警装置，更有利于司机本人安全合理、快速地操作，同时司机和值班管理人员均能够及时掌握和了解门塔机的工作状态，实时掌控，树立现场大局观念。

6）可视化的监控系统，实现了从人防向技防与人防联防的转变。

4.3 存在的不足

门塔机群安全监控系统，尽管在设计上考虑很多可能发生的不利因素，而且通过原型试验验收，由于发电厂房墙体结构尚未形成、机组精密设备未开始安装，客观存在司机与吊物的障碍物阻隔视线（隔山吊）、施工现场强噪音干扰等因素，尚未通过原型检验，因此安全监控系统可靠性还需要进一步验证。此外，防碰撞监控精度、系统维护管理成本、经历冬季低温露天环境下传感器可靠性等还有进一步提升的空间。

5 结语

随着国家对工程安全重视程度的不断攀升，门塔机群作为工程施工必需的特种设备，其安全性能必将得到更高的重视。通过采用安全监控系统的门塔机群，在丰满重建工程发电厂房施工中的应用和实践，可以证明这项技术已较为成熟，能够减少或不发生起重臂相互碰撞施工，能够提高门塔机的工作效率和工程施工效益。门塔机群采用安全监控系统将成为一种新趋势。