丁高耀，李爱华，曹雄鹰，王恒珂，赵章焰

(1.宁波市特种设备检验研究院， 浙江 宁波 315048；2.武汉理工大学 物流工程学院 ，湖北 武汉 430063)



岸边集装箱起重机安全评价指标体系研究

丁高耀1，李爱华2，曹雄鹰2，王恒珂2，赵章焰2

(1.宁波市特种设备检验研究院， 浙江 宁波 315048；2.武汉理工大学 物流工程学院 ，湖北 武汉 430063)

岸边集装箱起重机系统较为庞大、结构复杂、工作环境恶劣、工况多种多样,存在超长服役的现象。岸边集装箱起重机引发的安全问题,会造成人员伤亡和财产损失，因此受到高度关注。安全评价指标体系是安全评价的基础，为了准确地对岸边集装箱起重机进行安全评价，选取金属结构系统、主要机构与零部件系统、电气设备系统、安全保护装置系统、使用与管理系统5个子系统，并建立了岸边集装箱起重机安全评价指标体系。该研究成果可为岸边集装箱起重机的安全评价和安全管理提供参考。

集装箱；起重机；安全评价；指标体系

岸边集装箱起重机(简称岸桥)是港口码头装卸集装箱船舶的特种设备。港口运输的蓬勃发展和集装箱物流需求的不断增长，促使岸边集装箱起重机额定起重载荷大幅增长，外伸距随之变长，装载效率也不断提高。然而，一些港口码头的装卸设备服役年限已超过15年。依据《起重机设计规范》(GB/T 3811-2008)，起重机的设计寿命一般为15～30年，因此港口服役年限超过15年以上的岸桥都存在着一定的安全事故隐患。《起重机械定期检验规则》对超期服役和使用环境恶劣的起重机检验作了相应的规定[1]。安全评价的基础是安全评价指标体系。因此，很有必要构建一个相对完备的岸边集装箱起重机风险估价指标体系。

目前,对在役岸边集装箱起重机损伤现象的分析比较零散，且相关研究集中于金属结构，对使用环境和安全管理等因素考虑不足，综合考察岸边集装箱的复杂风险因素并对其进行系统分析，发现关于岸边集装箱起重机安全评价指标的研究较少。鉴于此, 笔者通过对在役岸边集装箱起重机事故资料进行统计和调研，结合岸边集装箱起重机的自身特点，确定了评价其风险程度的指标体系，以期为岸边集装箱起重机进行安全评价提供参考和依据。

1 岸边集装箱起重机风险辨识

对岸边集装箱起重机进行风险辨识是建立安全评价指标体系的首要工作。根据岸桥事故产生的原因可将岸桥事故分为4种类型：①设计制造不合理造成的事故(约占16%)：设计制造不合理主要体现在计算载荷时精确度不高、应力集中过大、焊接质量差等方面。②自然灾害造成的事故(约占15%)：由于台风的影响，岸桥防风能力不足，造成岸桥整机倾覆；由于地震的影响，造成岸桥整机损毁。③使用维护不合理造成的事故(约占46%)：使用单位关于起重机械的规章制度不完善，起重机械作业人员违规操作，设备日常维修保养不及时。④安装拆卸不当造成的事故(约占23%)：安装拆卸过程中未严格遵守工艺规程。

2 岸边集装箱起重机风险估价指标体系建立原则

大型机械产品的种类很多，不同种类的产品有不同的设计、生产、使用要求及环境特性，所以在对机械产品进行安全评价时虽然没有建立评价指标体系的固定方法，但评价指标体系的建立有一些基本原则需要遵守[2]。岸边集装箱起重机综合评价指标体系制定所需要遵循的原则如下[3-4]：①科学性原则。对要进行评价的对象尽可能做到客观、真实、准确和实事求是，用科学的思想去思考问题。②整体性原则。所要创建的评价体系应能全面反映评价对象的综合情况，通过多种学科和学科间的交叉来提高风险管控的全面性和可靠性，并把握其中影响较大的因素。③映射性原则。所要评价指标的内容、特征和所评价对象的特征要相对应。④定性与定量指标相结合的原则。尽可能定量描述指标评价值，但对一些难以描述的主观性较强的指标，一味地强调定量化可能适得其反。⑤可操作性原则。所确定的评估指标应该便于测量、检测和评估。⑥独立性原则。岸桥安全评价指标体系应该简明扼要，具有代表性，评价指标尽量相互独立、避免交叉。⑦层次性原则。指标体系需要根据使用对象的不同，在不同的层次应有不同的指标，以便确定评价指标的权重和衡量评价对象的实际效果。

3 岸边集装箱起重机安全评价指标体系

建立岸边集装箱起重机评价指标体系时，可以从人、 机、 环境、管理4个大的方面加以考虑[5]。自然环境不是人为能控制的，是随机的、不可预料的。人和管理因素可以通过优化管理和规范操作来使风险降低。能够进行人为控制，但人又不能完全控制的是“机”这一模块，其是安全评价中非常重要的一个模块。根据上述指标体系的选取原则和应该注意的问题，以及在对岸边集装箱起重机系统进行风险分析的基础上，参考人、机、环境、管理等影响因素[6]，将岸边集装箱起重机系统划分为5大子系统，分别是金属结构系统、主要机构与零部件系统、电气设备系统、安全保护装置系统、使用与管理系统。岸边集装箱起重机安全评价指标体系如图1所示。

图1 岸边集装箱起重机安全评价指标体系

3.1 金属结构系统

金属结构为岸桥的主要组成部分，其主要受力构件出现缺陷都会造成整机重大损坏，也是整机风险指数的关键点。

体型大型化、生产规模化、装置与结构大型化和高参数化是岸边集装箱起重机的发展趋势。在阿联酋迪拜港服役的大型岸边集装箱起重机中，最大外伸距达73.75 m，属世界第一，我国集装箱起重机最大的外伸距接近70 m[7]。金属结构作为岸边集装箱起重机的重要组成部分，其关键构件的安全缺陷会对整台设备构成重大威胁，很大程度上决定了整机的服役年限。对岸桥金属结构进行安全评价，采取相应维护保养措施，对整机寿命的延长，防止事故的发生具有非常重要的意义。根据岸桥的结构特点，主要由门框、前后门框连接、梯形架、主梁、拉杆系统、小车架、大车台车和滑轮组底架等部分组成，如图2所示；根据实际日常使用情况综合分析，各滑轮组底架处出现裂纹等缺陷的概率也较高。所有金属结构的损伤模式主要有板材局部强度、受弯结构件刚度、局部变形量、裂纹和锈蚀程度[8-9]。

图2 金属结构系统评估体系

3.2 主要机构与零部件系统

岸桥运行的驱动系统包括机构系统和零部件系统，是岸桥各装卸动作正常运行的有效保障。根据通用岸桥机构特点可分为起升机构、小车运行机构、大车运行机构和俯仰机构，而液压系统(包括吊具伸缩旋转、挂舱保护等)和托绳机构也是出现故障较多的部位，应急机构的配置状况是相应机构应急操作的安全保证。各运行机构的主零部件主要由制动器、减速器(齿轮)、联轴器、轴承、滑轮等组成，起升、俯仰和牵引式小车等运行机构由卷筒和钢丝绳等组成，大小车运行机构由车轮组成[10]。

其中，起升机构能够实现集吊具和装箱的上升或下降运动，从而进行重物的装卸操作。小车运行机构可以驱动吊具或集装箱在水平方向做往复运动。大车运行机构可以实现岸桥整机沿地面轨道做水平运动。俯仰机构可以使得岸桥的前大梁围绕铰点旋转做俯仰运动。应急机构则保证码头突然停电时，运用备用电源，将应急机构以手动的连接方式连接到原驱动机构，使岸桥机构复位到安全位置。托绳装置可以减少重物的摆动幅度，提高装卸的平稳性。另外，在现代的岸边集装箱起重机上，液压技术得到了广泛的应用。组成液压系统的基本元件由液压泵、液压缸、液压阀、油管和其他元件组成，主要机构与零部件系统评估体系如图3所示。

图3 主要机构与零部件系统评估体系

3.3 电气设备系统

岸桥电气系统的安全状况是各机构运行的有力保证，其功能是将电能转化为机械能，实现岸桥的运行[11]。根据对各码头调查统计的数据分析，岸边集装箱起重机电气设备系统评估项目主要由高压柜、低压柜、电动机、调速装置、接触器、通讯、操纵台、变压器、馈电装置、配线、照明信号、绝缘电阻、接地、电气保护14部分组成；电气保护又包括电气防护、过流过载、失压保护、定子异常失电、断错相保护和超速保护6个子因素。电气设备系统的评估体系如图4所示。

图4 电气设备系统的评估体系

3.4 安全保护装置系统

岸桥安全保护装置的设置是为了避免起重机在部分功能失常、故障或人为操作失误时引发严重事故，从而有效保证了起重机的安全。防止起重机运行安全事故的发生，必须要保证岸桥的安全保护装置配备齐全，正常工作[12]。根据岸桥通用配置和故障风险点的统计，岸边集装箱起重机安全保护装置系统由极限位置限制、起重量限制、挂舱保护、紧急停止装置、偏斜调整装置、抗风防滑装置、缓冲器止挡、安全钩、扫轨板支撑架、防护罩、梯子栏杆和联锁保护这几部分组成，安全保护装置系统的评估体系如图5所示。

图5 安全保护装置系统的评估体系

3.5 使用与管理系统

岸边集装箱起重机安全管理的目标是对其进行科学管理，一方面要充分发挥设备本身的优势；另一方面要健全和完善安全管理的相关制度。在岸桥工作效率提高的同时，其安全管理问题也逐渐凸显出来[13]。设备本体状态评估固然重要，但由于设备使用操作不规范、维护保养不及时、管理制度不建全或未落实而引发的风险点同样不可小视，设备的日常使用管理情况同样影响了起重机的风险程度，故对岸桥整机风险评价中引用了使用与管理评价内容[14]。使用与管理系统主要包括设备管理状况(制度、技术档案、人员设置等)、设备维护保养状况(项目及施工质量、施工人员能力、维护保养现状)和环境场所与使用状况(使用环境、使用频率与载荷、使用匹配、操作人员等)。使用与管理系统评估体系如图6所示。

图6 使用与管理系统的评估体系

4 结论

岸边集装箱起重机安全评价指标体系是对岸桥开展综合安全评价的重要依据。关于岸桥安全评价的相关研究主要针对金属结构，由于缺乏完善的评价指标体系，关于安全管理、维护保养等重要影响因素的研究较少。岸桥的使用企业和安全监管机构迫切需要一套科学的岸桥安全评价指标体系。

笔者结合岸桥的实际使用情况，从系统的角度对岸桥进行了风险辨识，通过咨询专家和对岸桥典型事故调查研究，建立了包括金属结构系统、主要机构与零部件系统、电气设备系统、安全保护装置系统、使用与管理系统5个子系统的岸边集装箱起重机安全评价指标体系。该指标体系有利于提高岸边集装箱起重机安全管理水平，为进一步针对在役岸边集装箱起重机开展定量安全评价奠定了基础，对减少岸桥事故的发生和提高经济效益有着重要的现实意义。

[1] 国家质量监督检验检疫总局.起重机械定期检验规则：TSG Q7015-2008 [S].北京：中国质量技术监督，2009：23-47.

[2] 黄启录.起重机综合评价系统研究与实现[D].大连:大连理工大学,2012.

[3] 谢一风.机械产品绿色设计评价体系研究[J].中国科技信息,2006(4):20-21.

[4] 王金军.绿色产品评价体系研究[J].山东社会科学,2008(9):69-72.

[5] 刘颖,李祥,陈可嘉,等.基于可拓学的空管系统安全评价[J].武汉理工大学学报(信息与管理工程版),2016,38(5):524-528.

[6] 罗胜男.岸桥式起重机安全评估方法研究[D].武汉:武汉工程大学,2015.

[7] 费海波,彭传圣.岸边集装箱起重机大型化趋势分析[J].港口装卸,2010(4):4-6.

[8] 杨勇.岸边集装箱起重机剩余寿命及其损伤形式的研究[D].武汉:武汉理工大学,2009.

[9] 赵章焰,刘祥伟,苏力,等.基于FAHP法的造船起重机结构安全性评价研究[J].港口装卸,2012(3):12-15.

[10] 刘敏毅,蔡国强,罗刚,等.集装箱岸边起重机主机构在线监测与诊断[J].港口科技,2014(10):13-17.

[11] 李君.港口起重机电气故障诊断与处理[M]. 武汉：武汉理工大学出版社,2009:50-67.

[12] 陆建华,王宝玉,蔡春波.岸边集装箱起重机安全评估系统开发及其应用[J].中国水运,2016,16(7):105-107.

[13] 王黎明.岸边集装箱起重机安全监控管理系统开发及应用[J].集装箱化,2013，24(3):27-30.

[14] 王学琛,李墨潇,郭昕耀.基于组合赋权的煤矿安全生产风险评价分析[J].武汉理工大学学报(信息与管理工程版),2016,38(5):538-542.

DING Gaoyao:Assoc.Researcher; Ningbo Special Equipment Inspection and Research Institute, Ningbo 315048, China.

Study on Risk Assessment Index System about Container Crane in Service

DING Gaoyao, LI Aihua, CAO Xiongying, WANG Hengke, ZHAO Zhangyan

The container crane is a large scale system, its structure is complex and the working conditions are poor. Many container cranes are variety of conditions and under extended service. The safety problems caused by shore container cranes can result in casualties and property damage.Therefore, container casualties received high-level concerns. The basis for risk assessment for container cranes is the index system. In order to assess risk status of container crane in service accurately, its index system was established. This index system includes five subsystems which are metal structure system, main body and parts system, electrical equipment system, security protection system, the use and management system. This study has a certain reference value for the risk assessment and safety management of container cranes.

container; crane; risk assessment; credit system

2095-3852(2017)03-0286-04

A

2017-03-25.

丁高耀(1975-),男,浙江宁波人, 宁波市特种设备检验研究院副研究员，主要研究方向为特种设备安全评估.

国家质量监督检验检疫总局科技计划资金项目(2015QK262).

X913.4；X943

10.3963/j.issn.2095-3852.2017.03.009