塔吊安全检测系统设计

塔吊安全检测系统设计

摘要：随着建筑业的发展，人们的经济水平和对生活水平的追求越来越高。

大型住宅小区的发展已成为必然趋势。施工现场的垂直运输设备是保证项目施工

进度的重要保障。多台塔机相互交叉在所难免。作为主要危害之一，监管人员应

严格控制，降低安全风险。

关键词：塔吊；在线安全；监控系统

目前，我国的建筑工地已不再处于纯粹人性化的管理状态。越来越多的高科

技和智能化设备被用于建筑市场。塔吊安全监控系统、云平台和互联网技术的应用，可以大大降低塔吊安全事故发生的概率。相信在未来的发展过程中，安防监

控会向大规模智能化、机械化、网络化方向发展，监控会越来越细化。

1塔吊的应用与组成

塔吊（塔式起重机）是现代建筑业起重、运输、吊装作业的主导机械，起源

于西欧，第一项有关建筑用塔吊专利颁发于1900年。我国的塔吊行业起步于20

世纪50年代，2002年成为世界上首个塔吊年产量突破10000台的国家。目前我

国取得生产许可证的塔吊生产厂达400余家，仅黑龙江省建筑工地运行的塔吊在8000到10000台，并以每年近千台的数量增加。塔吊可以分为基础、塔身、顶升、回转、起升、平衡臂、起重臂、起重小车、塔顶、司机室、变幅等部分。基础是

塔吊安装在地面上的部分；塔身是塔吊的身子，也是升高的部分；顶升是使得塔

吊可以升高的部分；回转是保持塔吊上半身可以水平旋转的部分；起升机构用来

将重物提升起来的部分；平衡臂架是保持力矩平衡的部分；起重臂架是提升重物

的受力部分；小车是用来安装滑轮组和钢绳以及吊钩的，是直接受力部分；塔顶

是用来保持臂架受力平衡的部分；司机室是操作的地方；变幅是使小车沿轨道运

行的部分。

2塔吊事故及监控现状

近年来塔吊运行安全事故频繁发生，仅2007年塔吊倒塌事故就发生16起事故，死亡65人。在发生的事故中各种塔吊违规超限操作、超载作业是主因，部

分建筑企业赶工期、抢进度，违规超重、超力矩起吊作业，致使塔吊结构疲劳失稳，发生塔吊群干涉碰撞。目前塔吊作业多应用机械式限位装置保护，性能一般，而且施工单位屏蔽破坏限位装置几近常态；安装塔吊记录仪、塔吊黑匣子进行监测，采用的是封闭式的记录方式，容易遭到屏蔽破坏难于监管，主要用于事故滞

后分析，意义不大。由于目前塔吊数量众多、高空作业、违规操作行为隐蔽且难

于取证，建筑监管部门希望能够远程实时获取塔吊运行状态信息，以保证对塔吊

运行状态进行有效监控。

3监控策略

鉴于塔吊安全事故的分析、总结，提出一种将“人的不安全行为”和“机的

不安全状态”列为重点监管对象的塔吊在线安全监管策略，同时也考虑风速等环

境变量。

该策略将与塔吊有关联的驾驶员、工地安全员、租赁公司人员、维保人员全

部纳入到系统中进行监管，有效管控“人的不安全行为”。同时将“机的不安全

状态”也纳入监管。该策略的要点在于人脸识别的实名制管理业务流程的实现。

通过实时比对司机的人脸特征信息，排除非法司机和非法操作塔吊的现象，达到

在线监管塔吊的目的。在塔吊的使用过程中，维保是一个重要环节，但维保作假

现象比较普遍，难于监管。本系统建立了维保管理模块，将保障塔吊的维保工作

落到实处。塔吊监控系统会根据设备的安装时间和使用情况，定期向维保单位发

送维保提醒，而维保人员则需要到现场进行维保，且待维保结束后，还需要在监

控系统中登记。登记后，维保结果会发送给项目部的管理人员，待项目部人员核

实后，一次维保过程完成。同时系统还会将维保相关信息记录到数据库中。

同时，还将加节加高、拆卸和转场纳入监管过程中。当安装人员将塔吊安装

完毕、加节加高和转场后，需要在此系统中确认。由于维保人员需要持证到现场

维保，同时维保记录还会在系统中实时体现，大大降低了维保作假的可能性。维

保过程中出现异常状态后，系统会自动锁车，只有派人员到现场核实通过后才能

开车。安装、加节加高、拆卸和转场过程中，系统严禁塔吊运行，以保证安全。

4监控设备

为实现上述在线安全监控策略，特研发了安装于塔机的在线安全监控设备。

监控设备采用灵活的模块化设计思路，每个功能模块均可通过拔插方式接入或者

退出系统。控制主机能外接高度传感器、幅度传感器、载重传感器、风速传感器

和回转传感器等。

（1）高度传感器可实现塔吊吊钩的高度测量，将吊钩的高度信息实时传递

至控制主机，控制主机采集到高度信息后，按照控制逻辑进行相应的处理。

（2）幅度传感器将塔吊小车在塔吊悬臂上与塔基的距离信息实时传递至控

制主机。

（3）载重传感器作为塔吊重要的传感器，实时采集塔吊的吊重信息并传递

至控制主机，作为力矩超载的判别依据。

（4）风速传感器感知塔吊所在环境的风速，风速超过设定预警值时，司机

不可操作塔吊。

（5）回转传感器实现塔吊绕着自身塔基旋转的角度测量功能，是塔吊区域

防碰撞、群塔间防碰撞的重要依据。2G/3G/4G模块将控制主机的信息上报给平台，将平台信息下发至控制主机。使用群塔通信模块可实现群塔防碰撞功能。当塔吊

离线时，离线数据存储在存储模块里，当某时塔吊上线后，将离线时的数据补传

至监控平台。

监控系统还设计有控制信号输出模块。该模块接收控制主机的控制信号，输

出9路继电器信号，实现塔吊幅度内减、幅度外减、幅度外限、幅度内限、高度

减速、高度下限、高度上限、回转左限和回转右限等功能。

为了能够方便操作、配置参数和查看数据，监控设备带有液晶显示器。当有

预警和报警信号时，声光报警电路会进行相应的声音和发光报警。

人脸识别设备通过RS232与控制主机连接，实现塔吊操作人员的人脸识别。

人脸识别设备因其结构安装和识别位置要求较高，需要具备灵活安装的能力。