纜索起重機( 簡稱纜機) 是一種以柔性鋼索作為大跨距支承構件，兼有垂直運輸和水平運輸功能的特種起重機械。纜機在混凝土大壩工程、渡槽架設、橋梁建筑、碼頭施工、森林工業(yè)、堆料場 裝卸、碼頭搬運等方面具有廣泛的用途，還可配用抓斗進行水下 開挖作業(yè)。 纜索起重機的主要受力構件有塔架系統(tǒng)、塔架穩(wěn)定系統(tǒng)、繩 索系統(tǒng)、索鞍、起重天車、卷揚機系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)等部分。 纜索吊機由于其具有載荷多變、機構復雜、結構跨度大等特 點，具有安全風險高，管理難度大，并且一旦發(fā)生安全事故，將帶 來極大的損失。

 纜索起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀 依據(jù) GB/T 28264—2017 起重機械 安全監(jiān)控系統(tǒng)，對于纜 索起重機，其安全監(jiān)控系統(tǒng)主要應監(jiān)測起重量限制器、起升高度 限位器/下降深度限位器、運行行程限位器、聯(lián)鎖保護安全裝置、 門限位、機構之間的運行聯(lián)鎖、風速儀裝置、操作指令、工作時間、 累計工作時間、視頻系統(tǒng)等內容。

纜索起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)的不足之處 依據(jù) GB/T 28756—2017 纜索起重機的內容，對于纜索起重 機的安全監(jiān)控系統(tǒng)過于強調對起重機吊裝過程的監(jiān)控，對天車的 運行高度、行程、重量、風速、偏斜等進行了監(jiān)測。 但對于纜索起重機而言，其關鍵受力構件，還應該包括有塔 架、纜索系統(tǒng)等的受力情況，尤其是在山區(qū)橋梁修建過程中的塔 架高度較高，其塔架和承重索的受力狀態(tài)也是非常關鍵的受力構 件，因此建議增加對塔架和纜索系統(tǒng)的安全監(jiān)控  對于塔架安全監(jiān)控應側重于對塔架在空載和負載下受力、水平位移和垂直位移的監(jiān)測，考慮到實際中傳感器的安裝方便的 程度，可以采用測量塔架傾斜角的方式來進行安全監(jiān)控，當塔架 在空載和負載情況下時會出現(xiàn)傾斜，基于傾斜角的大小來判斷塔 架的安全度。 對于承重索系統(tǒng)的受力狀態(tài)可以通過在承重索上安裝起重 量傳感器來測量承重索的索力，通過測量得到的索力的變化來判 別承重索的安全狀態(tài)。

分布式纜索起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā) 針對纜索起重機的安全監(jiān)控系統(tǒng)的實際需求，考慮到纜索起 重機具有跨度大，控制機構和工作機構之間距離較遠，傳統(tǒng)的集 中式安全監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)場難以實施等特點，擬采用分布式安全監(jiān) 控系統(tǒng)，實現(xiàn)對纜索起重機運行狀態(tài)的全方位監(jiān)測、多種不同危 險的預警以及運營作業(yè)的信息化管理，能夠有效提升起重機的安 全水平和運營效率。 分布式起重機安全監(jiān)測預警系統(tǒng)由安裝在起重機上的分布 式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)、安裝在遠程管理中心的區(qū)域起 重機械信息管理平臺三部分組成。 分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由帶動態(tài)顯示的主機、分布式數(shù)據(jù)采集 盒、分布式控制盒以及多種不同類型的傳感器( 行程傳感器、高度 傳感器、起重量傳感器、風速傳感器、水平傳感器) 等組成，能夠實 時采集并顯示起重機的運行狀態(tài)。 視頻監(jiān)控系統(tǒng)由分別布設在起升卷揚機、后錨、吊鉤、運行軌 道、操作室、塔架處的安裝攝像頭以及操作室的顯示器、操作搖桿 構成，用于監(jiān)控起重機的吊重狀態(tài)。 區(qū)域起重機械信息管理平臺能夠實現(xiàn)對區(qū)域多個項目多類起重機運營信息以及安全狀態(tài)的實時管理，便于實現(xiàn)區(qū)域起 重機遠程信息化管理的需求。

分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要實現(xiàn)對現(xiàn)場的各種模擬量、狀態(tài)量 信息的采集、顯示、存儲和報警等功能。若對模擬量和狀態(tài)量信 號進行集中采集，則必然會遇到信號衰減大、易于受到噪聲干擾 等問題，因此將分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以分為分布式控制端、采 集端和傳感端，控制端由分布式控制器構成，采集端由分布式采 集盒和控制盒構成，傳感端由各種不同類型的傳感器所構成。 傳感器端和數(shù)據(jù)采集端之間采用屏蔽線纜連接，數(shù)據(jù)采集端 和分布式控制端之間采用 Zigbee 連接、 CAN 總線或者網(wǎng)絡信號連 接，能夠有效減少信號的干擾，提升測量數(shù)據(jù)的準確性。以 2 天 車纜索起重機為例，分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的連接狀態(tài)見表1。

 視頻監(jiān)控系統(tǒng) 視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效擴展操作人員的視野，同時也能達到 人員檢修不易接觸的區(qū)域，但纜索起重機存在跨度空間大、距離 長等特點。 傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是基于同軸電纜進行連接，線纜需 要跨越整個纜索吊，現(xiàn)場線纜長度大，布線工作困難，存在信號衰 減、易于受干擾等問題，因此綜合選用高清網(wǎng)絡攝像頭 + 無線網(wǎng) 橋的傳輸解決方案。此方案能夠有效減少施工現(xiàn)場的線纜連接 數(shù)，減少外部噪聲對信號的干擾，提升視頻監(jiān)控的效果。

起重機遠程信息管理平臺 為了能夠實現(xiàn)對現(xiàn)場的起重機進行遠程管理，同時也為了能 夠遠程對區(qū)域內的纜索起重機的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控和管理， 及時掌握區(qū)域內多臺起重機的運行狀態(tài)，為此需要建立起重機械 遠程信息管理平臺。 起重機械遠程信息管理平臺通過在管理中心內布置服務器、 數(shù)據(jù)庫、路由器、防火墻等網(wǎng)絡設備，并基于 ASP． net 編制了系統(tǒng) 管理平臺軟件。 起重機械遠程信息管理平臺的主要功能如下:1) 能夠實現(xiàn)實 時、動態(tài)、遠程地對起重機狀態(tài)進行監(jiān)測;2) 依據(jù)起重機的運行狀 態(tài)提供起重機運行狀態(tài)報表，實現(xiàn)起重機區(qū)域監(jiān)督和管理; 3) 實 現(xiàn)對起重機運行狀態(tài)異地監(jiān)控、遠程控制; 4) 系統(tǒng)具有起重機信 息查詢、監(jiān)測數(shù)據(jù)查詢、報警起重機查詢、運營報告管理、系統(tǒng)信 息設置、系統(tǒng)管理等功能。

系統(tǒng)特點 基于分布式的纜索起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)的主要特點有: 1) 通過減少數(shù)據(jù)采集端和傳感器之間的距離，將多種模擬量 和狀態(tài)信號轉換為數(shù)字量信號，并通過 Zigbee 網(wǎng)絡或者總線網(wǎng)絡 將各傳感器的信號傳輸?shù)椒植际娇刂平K端進行數(shù)據(jù)顯示、存儲、 報警燈，實現(xiàn)了對起重機各種運動量的準確測量、記錄，能夠有效減少現(xiàn)場的布線工作量和現(xiàn)場各種噪聲干擾對信號的影響;2) 通 過分布式采集系統(tǒng)和遠程信息管理平臺系統(tǒng)能夠實現(xiàn)起重機司 機、項目部、遠程管理者等三層次的對纜索起重機安全狀態(tài)的管 理需求，有效提升了起重機的安全性能和信息化管理效率; 3) 通 過在塔架等處布置高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)即可以擴展司機的操作 視野。

工程案例：夜郎河大橋概況 渝黔鐵路夜郎河雙線特大橋橋梁中心里程為 DK136 +589． 00， 橋梁全長1 120． 8 m。主橋采用1370 m 上承式鋼筋混凝土 X 形 ( 提籃) 拱橋。引橋及拱上孔跨布置為532 m 預應力混凝土簡支 T 梁 +438 m 鋼混連續(xù)結合梁 +338 m 鋼混連續(xù)結合梁 +438 m 鋼混連續(xù)結合梁 +1632 m 預應力混凝土簡支 T 梁。橋上線路為 雙線，線間距為5． 0 m，全橋位于直線上，大里程橋端部分位于豎 曲線上，其他位于平坡上( 見圖1) 。

 由于夜郎河大橋具有跨度大、施工周期長等特點，因此從結 構吊裝的角度選用纜索吊機系統(tǒng)。本橋設計纜索吊機為4 × 50 t 纜索吊機，凈吊重為 200 t，采用跨徑組合 24． 2 m + 548． 46 m + 150．21 m。其結構主要由纜索系統(tǒng)( 承重索、牽引索、起重索) 、起 重小車、錨碇、塔架( 含索鞍、承馬) 及風纜、動力系統(tǒng)( 牽引卷揚 機、起重卷揚機、橫移機構) 等五部分組成。 為了保證大橋在施工過程中的穩(wěn)定性、安全性，項目指揮部組 織相關廠家設計了分布式纜索起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)，并于 2015 年 4 月開始安裝。

 安全監(jiān)控系統(tǒng)總體解決方案

 結合夜郎河大橋的實際特點，纜索起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)總體 方案如下: 1) 對纜索吊機的四個吊重天車的行程位移、吊鉤高度、起吊 重量、環(huán)境風速以及起重機的安全限位、操作指令等信息基于研 發(fā)的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示終端安裝在重慶側的操 作室內，并配備遠程數(shù)據(jù)傳輸設備，將監(jiān)控信息傳輸?shù)竭h程監(jiān)控 管理平臺上，實現(xiàn)現(xiàn)場、項目部、總部等 3 級管理模式。現(xiàn)場各個 傳感器安裝圖見圖2。2) 在兩側錨點、控制室附近均安裝紅外高 清槍機( 共3 個) ，觀察錨點、控制室情況。在索塔頂部布置變焦 攝像頭( 共2 個) 、塔架兩側分別布置360°高清透霧攝像頭(共2 個)， 對索鞍橫移及現(xiàn)場吊裝過程全景進行監(jiān)控。分別在操作中心和 觀景平臺布置遙控手柄，通過布置無線網(wǎng)橋將貴州側錨點攝像頭、重慶側塔架變焦及高清攝像頭等監(jiān)控點的監(jiān)控圖像傳輸?shù)娇刂? 室，由控制室傳輸?shù)讲僮魇易罱K傳輸?shù)接^景平臺，將貴陽側塔架 攝像頭的監(jiān)控圖像直接傳輸?shù)接^景平臺。3) 在貴州側觀景平臺 處架設4 臺46 寸拼接顯示器，并配備控制手柄，將 9 畫面攝像資 料在總監(jiān)控室實時顯示。 3． 3 軟件設計界面 系統(tǒng)軟件界面可以分為主界面、參數(shù)設置界面和歷史數(shù)據(jù)界 面等不同功能界面。系統(tǒng)主界面能夠直觀顯示纜索起重機的工作 狀態(tài)和各監(jiān)測量的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)( 見圖3) 。

 為了有效提升纜索起重機的安全管理水平，同時結合纜索起 重機的結構特點，研發(fā)了分布式纜索起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)，并在 夜郎河大橋上成功應用，取得良好的應用效果，主要結論如下: 1) 分布式安全監(jiān)控系統(tǒng)具有現(xiàn)場施工周期短、抗干擾能力 強、系統(tǒng)配置靈活等特點，能夠廣泛應用于各類復雜起重機安全 監(jiān)控系統(tǒng)中;2) 實現(xiàn)了對纜索起重機的三層次管理模式，有效的 解決了公司后臺級管理、項目級管理及區(qū)域級管理的不同需求， 大大提升了管理效率;3) 結合纜索起重機的實際受力特點，擴展 了纜索起重機的安全監(jiān)控內容，實現(xiàn)了對纜索起重機更為全面的 監(jiān)控;4) 分布式纜索起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)在夜郎河大橋上獲得成 功應用，表明該系統(tǒng)具備良好的實際應用效果。