工作研究
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塔式起重机监控系统研究与应用
石剑宾  王龙河
（河北建设集团股份有限公司第三分公司，河北 保定 071000）
引言
飞机黑匣子能记录多项关键数据
近年来工地施工塔式起重机安全事故时有发生，究其原因管理不到位、缺乏科学性是造成施工塔机事故的主要原因。虽然各地都进行严格的从业人员培训和持证上岗等机制，仍未能解决这种事故现象。为了减少此现象的发生，国内外都进行了大量的研究探索，有些已经投入了实际的生产施工中，作为一项利用新科技手段应用于传统行业的过程中，初始阶段难免会有些实用性和适用性的问题，但随着技术的不断进步以及实践经验的总结，塔式起重机安全监控技术必将取代传统的技术，为保障工地安全生产和施工现代化和信息化、可视化作出突出贡献。
1塔式起重机安全监控使用现状
目前国内大部分的塔式起重机的安全设施都是被动式的，缺少一些主动安全或者结合信息网络的集成式的安全监测控制系
统，能在未来在建筑施工机械上利用现代的信息技术更加直观的监测设备和操作人员的安全状态，将事故的隐患消灭在形成之前。
目前国内大部分的工地还没有实现信息化安全监控管理，依然沿用传统的安全措施，安全管理部门对现场大型机械的实际运行状况并不掌握，常规的安全检查和巡查并不能完全覆盖所有项目的所有设备，因此很多故障和事故都是在发生后才发现原因，尤其是操作人员素质参差不齐，对隐患部位的日常检查并不到位。
基于此和信息化技术的推广应用以及施工安全管理的需求，工地现场的大型设备，如塔式起重机和施工升降机等的实时监控系统的研究与应用显的十分重要和紧迫。
国外类似产品研发与应用现状
Tower Crane Wireless Management Platform for Security
塔式起重机安全无线管理平台
Tower Cranes Anti-Collision,BoundaryandZone Protection System（TAC-3000）
塔式起重机防碰撞，边界和区域保护系统
这两个系统都是通过自动监控传感器，实时监控塔式起重机的运行状态并将数据传回中央控制平台，紧急情况下发出警报或自动发出停止命令。前者注重塔式起重机自身的安全管理，后者主要是塔式起重机之间以及塔式起重机对周围环境的安全预防管理。
2塔式起重机安全监控的功能组成
塔式起重机监测系统是集互联网技术、传感器技术、嵌入式技术、数据采集及存储技术、数据库技术等高科技技术为一体的综合性新型仪器。该仪器能实现多方实时监管、区域防碰撞、塔防碰撞、防倾翻、防超载、实时报警、实时数据无线上传及记
录、数据黑匣子等功能，特别是该仪器在对接智慧工地平台后，可以做出塔机运行过程的工效分析，帮助项目准确掌握塔机的运
力和工作饱和度，为现场管理提供决策依据。
塔机监测系统由主机和远程监管平台组成。主机安装在工地现场塔机上，并连接幅度、高度、回转、重量、倾角、风速等传感器和制动控制装置，通过8英寸显示屏数字化显示工地现场塔机运行状况；无线网络能把塔机的各种参数实时上传到远程监管平台，便于管理部门及安监机构对塔机进行实时在线监管、安全状况分析、历史数据调取等；一旦塔式起重机操作过程中发生不安全行为，可实现实时预警，提示现场操作人员及管理人员及时
《装备维修技术》2021年第12期
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补救，以避免事故发生。
3新技术的主要特点：
一是实时监控塔式起重机的运行状态，视频图像实时上传，监控人员在监控室大屏幕和手机App 上随时查看所有施工现场塔式起重机的运行状态；
二是利用多个传感器实时监测塔式起重机的力矩、载荷、行程、变幅等保护装置运行状态上传，有故障和问题自动发生警报，必要时自动停机；
三是多塔作业联动控制，防止出现干涉和甚至碰撞事故； 四是资料资质汇总，通过互联网技术和移动互联网技术实现实时查询塔式起重机作用年限，安全资料查看等各种必要信息查询，确保塔式起重机资质齐全，超龄无牌塔式起重机清除出场；
五是信息集成，所有塔式起重机信息、运行状态、资质资料、安装资质信息统一归档管理。
4系统具体功能：
1.状态显示功能：采集塔机（塔式起重机，下同）操作过程中的各种数据，包括吊重、高度、幅度、运行行程、回转角度、风速等，可以通过8英寸显示屏实时查看，并及时提供预警和告警语言播报，为塔机司机提供操作依据；
2.起重量检测报警功能：采集塔机吊钩所吊物体的重量，在达到设置的预警阈值时，自动发出警示及控制信号；
3.力矩检测报警功能：实时计算塔机的当前力矩，当达到塔机的性能曲线临界阈值时，自动发出警示及控制信号；
4.幅度限位功能：检测变幅小车的实时位置，当小车达到内外限位时，自动发出警示及控制信号；
5.高度限位功能：检测吊钩距离地面的高度位置，当吊钩达到上限位时，自动发出警示及控制信号；
6.塔防碰撞检测报警功能：对塔作业进行干涉报警，当塔机之间即将发生碰撞趋势时，自动发出报警及控制信号；
7.区域限制保护功能：限制塔机吊钩进入设置的区域； 8.风速检测报警功能：检测现场风速的大小；
9.塔机定位功能：定位塔机的当前位置，并上传远程监管平台； 10.远程数据传输功能：实时将塔机的运行状态数据发送至远程监管平台；
11.故障诊断功能：系统及传感器发生故障时，立即显示并记录故障及发出报警信息，同时切断对应传感器的操作回路并上报监管平台，直至故障解除；
12.黑匣子记录功能：记录塔机的工作数据，一旦发生事故，便于追溯原因，数据存储时间不少于30个连续工作日；工作循环不少于16000条，存储1个月的操作记录；
5系统优势
通过智慧工地平台，将物联网技术和BIM 技术相结合，直观呈现现场塔机运行情况，包括所在位置、在线状态、是否预警等信息，全面体现施工现场物联网技术应用成果，展现项目科学精
细化管理过程。
在BIM5D+智慧工地平台上，结合塔机模型，实时显示多维度
的监测数据，并可实时查看吊钩监控画面，实现塔式起重机运行状态的多方位监控；一旦现场发现隐患，一方面在现场语音告警，提示设备操作人员规避风险，另一方面告警信息通过手机app 自动推送给项目管理人员，管理人员根据预警信息督促现场施工人员进行整改，避免发生安全事故。
监测的运行数据主要有：限位、超重、风速、倾斜、障碍物、传感器故障等多项，一旦检测到风险，自动形成预警记录，以便及时消除安全隐患；通过对多台塔式起重机的监测，实现塔防碰撞检查，保证运行安全。
通过工效分析页面，直观查看塔机今日违章数量及监测状态，对当日现场塔机的整体运行情况进行体现，协助项目管理人员掌握塔式起重机日常运行状况。
通过对本月项目上每台塔式起重机的吊装循环次数统计，体现各台塔式起重机的使用频次及工作饱和度，协助项目管理人员对于当前生产任务安排是否合理、物料堆放地点选择是否正确等问题进行分析判断，保证现场生产效率。
所有塔机的告警数据都会存储在系统后台，支持按时间、按塔式起重机、按告警等级进行筛选，并支持导出excel，导出的预警记录可作为进场人员安全教育的资料，深度发掘数据价值，提
升管理水平，通过趋势做预判，做到未雨绸缪防范于未然。
监测数据全面：本系统能实时监控塔式起重机运行中的高度、幅度、回转、风速、倾角、 吊重、力矩等参数。
防碰撞功能完善：准确标定塔机坐标及角度后，无需控制器即可实现多台塔机的自动连接组网功能，实现塔施工监控，防止塔间碰撞、区域碰撞。
6使用效果：
塔式起重机监控系统在河北建设集团第三分公司多个工地实际安装后，基本实现了视频远程监控，塔式起重机状态参数实时查询，在手机App 客户端上可以随时查看运行状态。
7存在的问题：
系统稳定性尚待提高，故障率仍偏高，偶尔存在信号断连和死机现象。功能有进一步提升的空间，下一步计划增加公司监控室大屏幕显示，球机视频遥控监控，以及拆机、迁机系统组件任意组合的功能。
参考文献
[1]腾文花.关于塔式起重机使用的安全监控措施.建筑安全.2007.11 [2]潘雷.关于塔式起重机智能安全监控系统的应用.建筑与发展.2013.04
[3]谢长宇 尹苟保.大型塔机安全监控系统的研制.建设机械技术与管理.2001.05