大型起重機械是水電站施工中常用設(shè)備，主要在水平和垂直方向搬運物料，對節(jié)省人力和加快施工進度有著非常重要的意義。但由于水電工程施工場地狹窄，施工效率和現(xiàn)場吊裝要求高，會將多臺不同類型的起重機同時布設(shè)在一個施工場地施工，極易出現(xiàn)交叉作業(yè)( 見圖 1) 。起重機的作業(yè)空間出現(xiàn)重疊，可能出現(xiàn)干擾和碰撞，為了保證安全生產(chǎn)，需要對現(xiàn)場起重設(shè)備加裝防碰撞安全監(jiān)控系統(tǒng)。

水電站的施工強度高、現(xiàn)場生產(chǎn)區(qū)域狹窄，同時起重機作業(yè)范圍大，施工情況復(fù)雜，配置了4臺MZQ1000門機、1臺MQ900B 塔機、2臺QTZ200 塔機、1臺QTZ900塔機、1臺QTZ1200塔機及1臺套30T固定式纜機等配合作業(yè)，交叉作業(yè)多，存在較大安全隱患。

 

針對水電站施工起重吊裝作業(yè)情況，防碰撞安全方面存在以下問題: ①在起重吊裝吊裝過程中起重機可能與其他設(shè)備設(shè)施碰撞，造成設(shè)備的損失和安全事故; ②起重吊裝設(shè)備指揮人員、司機在盲吊過程中，關(guān)注點不同且存在操作盲區(qū)，造成指揮的失誤，因而導(dǎo)致安全事故; ③由于缺乏起重設(shè)備運行記錄，部分設(shè)備的保養(yǎng)和維修只能根據(jù)以往工作經(jīng)驗進行，比較容易出現(xiàn)安全隱患; ④由于沒有設(shè)備運行記錄數(shù)據(jù)的存儲，只能通過發(fā)生事故以后的結(jié)果和目擊證人來分析推斷，對不安全事件和事故難以科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治雠袛唷＿@就是防碰撞安全監(jiān)控系統(tǒng)亟待解決的部分問題。

水電站目前采用的防碰撞安全監(jiān)控系統(tǒng)是通過增加吊鉤高度傳感器和角度傳感器實現(xiàn)檢測吊鉤的高度( X /Y 軸的空間范圍) ; 通過監(jiān)測吊鉤高度和臂桿角度和回轉(zhuǎn)范圍，限制吊鉤在XYZ 軸三維空間的安全工作區(qū)域; 在門機與塔機、纜機的重要部位安裝毫米波雷達(dá)或者接近報警探頭，防止設(shè)備與起重吊裝設(shè)備間碰撞。該系統(tǒng)利用起重吊裝設(shè)備力矩系統(tǒng)內(nèi)的吊臂角度/幅度參數(shù); 建立多臺設(shè)備的組網(wǎng)，互相通訊。起重吊裝設(shè)備空間限位系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、力矩系統(tǒng)帶設(shè)備運行數(shù)據(jù)記錄，而且可以利用外接移動存儲設(shè)備，導(dǎo)出相應(yīng)運行的軌跡圖和相關(guān)數(shù)據(jù)記錄、實時視頻，為分析和判斷提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

防碰撞安全監(jiān)控系統(tǒng)整體框架如圖 2 所示，系統(tǒng)利用起重吊裝設(shè)備力矩系統(tǒng)內(nèi)的吊臂角度 /幅度參數(shù);建立多臺設(shè)備的組網(wǎng)，互相通訊。起重吊裝設(shè)備空間限位系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、力矩系統(tǒng)帶設(shè)備運行數(shù)據(jù)記錄，而且可以利用外接移動存儲設(shè)備，導(dǎo)出相應(yīng)運行的軌跡圖和相關(guān)數(shù)據(jù)記錄、實時視頻，為分析和判斷提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

防碰撞安全監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容包括: ①防碰撞安全監(jiān)控系統(tǒng)采用三種不同技術(shù)融合組成，比單一技術(shù)更保險; ②防碰撞安全監(jiān)控系統(tǒng)采用實時監(jiān)測顯示預(yù)警功能，提前警示操作人員，預(yù)防可發(fā)生的風(fēng)險;③實時記錄起重設(shè)備運行數(shù)據(jù)，事故發(fā)生后，為開展事故調(diào)查、追責(zé)以及復(fù)盤總結(jié)，避免同類事故再次發(fā)生提供依據(jù)。在保障現(xiàn)場生產(chǎn)的前提下，為現(xiàn)場各部門安全管理工作提供數(shù)據(jù)支撐，讓起重設(shè)備的安全管理工作更精細(xì)、更高效。

防碰撞安全監(jiān)控系統(tǒng)包括: 主動防碰撞、被動防碰撞和輔助防碰撞三個方面( 見圖 3) 。

被動防碰撞是基于三維空間模擬，通過在起重設(shè)備上安裝多個傳感器，采集高度、角度

、幅度、方位等數(shù)據(jù)，并配以測量的空間坐標(biāo)系，各個起重設(shè)備上模擬出本機的實時空間狀態(tài)，同時相互通訊、相互檢測是否存在碰撞的風(fēng)險，同時也能預(yù)警起重機械回轉(zhuǎn)半徑內(nèi)有可能碰撞山體這類非設(shè)備的危險。

 

目前水電站使用的塔吊防碰撞系統(tǒng)只是針對塔吊的幅度，高度，相對來說還是比較易實現(xiàn)，塔吊的變量只有兩個參數(shù)，在現(xiàn)場門式起重機系統(tǒng)上，變量參數(shù)多，如臂桿角度，高度等，在防碰撞安全監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)上增加軟件數(shù)據(jù)處理難度。

另外，這種方法要求通信鏈路必須可靠，其中1臺主機出現(xiàn)問題都有可能導(dǎo)致所有通訊出現(xiàn)問題，數(shù)據(jù)包丟失，將對起重機械的安全作業(yè)帶來隱患。所以在無線網(wǎng)絡(luò)上，相鄰吊裝設(shè)備之間必須要無線通訊可靠，目前水電站防碰撞安全監(jiān)控系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)電臺式，但是此類傳輸臺式存在工地現(xiàn)場環(huán)境影響，因而，主動防碰撞和輔助防碰撞系統(tǒng)應(yīng)現(xiàn)場需求而產(chǎn)生。

鑒于被動檢測系統(tǒng)，對于障礙物不能主動探測，在此基礎(chǔ)上，在水電站應(yīng)用了一種通用型的方便拆卸的主動防碰撞系統(tǒng)。

克服在空間上存在各類吊裝起重設(shè)備的碰撞問題，為了解決這一問題，類似于汽車倒車?yán)走_(dá)的工業(yè)防碰撞技術(shù)首次在電站建設(shè)中進行應(yīng)用。該技術(shù)的關(guān)鍵硬件是毫米波雷達(dá)傳感 器，通常毫米波是指30 ~300 GHz 頻域( 波長為 1 ～ 10 mm) 的。其中 24 GHZ雷達(dá)傳感器、77 GHZ 雷達(dá)傳感器主要用于汽車防撞。毫米波的波長介于厘米波和光波之間，因此毫米波兼有微波制導(dǎo)和光電制導(dǎo)的優(yōu)點。同厘米波雷達(dá)相比，毫米波雷達(dá)具有體積小、易集成和空間分辨率高的特點。與攝像頭、紅外、激光等光學(xué)傳感器相比，毫米波雷達(dá)穿透霧、煙、灰塵的能力強，抗干擾能力強，具有全天候( 大雨天除外) 全天時的特點。針對毫米波雷達(dá)的特性可以很好的用在施工場地惡劣的環(huán)境中( 見圖 4)

 

主動防碰撞基于雷達(dá)測距原理，雷達(dá)發(fā)射機發(fā)射電磁波，在電磁波遇到目標(biāo)后，將沿著各個方向產(chǎn)生反射，其中的一部分電磁能量反射回雷達(dá)的方向，被雷達(dá)天線獲取，通過計算發(fā)出和返回的時間乘以光速常量就是當(dāng)前物體實時距離，在臂桿上由多個雷達(dá)天線組成的雷達(dá)陣列，能使整條臂桿探測出周圍物體的距離( 如鋼絲繩)。

 

此項技術(shù)能有效的減輕操作人員負(fù)擔(dān)，能24 h不間斷服務(wù)，同時在夜晚視線不良情況下，能提供與白天一樣的監(jiān)測能力，提高安全可靠度。

輔助防碰撞系統(tǒng)基于安裝在起重機械其他部分關(guān)鍵部位的攝像頭，通過司機駕駛室視頻監(jiān)控畫面能實時以高清晰圖像向塔吊司機展現(xiàn)吊鉤及設(shè)備周圍實時的視頻圖像，使司機能夠快速準(zhǔn)確的做出正確的操作和判斷，解決了施工現(xiàn)場塔吊司機的視覺死角，遠(yuǎn)距離視覺模糊，語音引導(dǎo)易出差錯等行業(yè)難題，進而實現(xiàn)人機之間更好的交互，提高吊車司機工作效率( 見圖 5和圖 6) 。

            

本文基于高原水電站安全施工的防碰撞安全監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用主動防碰撞系統(tǒng)、被動防碰撞系統(tǒng)、輔助防碰撞系統(tǒng)解決了施工現(xiàn)場的起重機之間干擾甚至碰撞、設(shè)備之間無法通訊，人機之間無法交互等問題。后期可利用遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺分析防碰撞安全監(jiān)控系統(tǒng)中實時與歷史數(shù)據(jù)，綜合評估施工現(xiàn)場安全狀態(tài)，形成反違章管理閉環(huán)，進而建立基于起重機管理維度、遠(yuǎn)程監(jiān)控維度、施工監(jiān)管維度、項目管理維度等多維度