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面向施工現場的塔式起重機安全監控信息系統研究

文檔作者：倪麗莎,楊靜,惠秦雙文檔來源：西安理工大學機械與精密儀器學院		點擊數：	更新時間： 2025年09月25日
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６４
施 工 技 術
ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
２０１５ 年９ 月下
第４４ 卷 第１８ 期
ＤＯＩ:１０. ７６７２/ ｓｇｊｓ２０１５１８００６４
面向施工現場的塔式起重機安全監控信息系統研究?
倪麗莎,楊 靜,惠秦雙
(西安理工大學機械與精密儀器學院,陜西西安 ７１００４８)
[摘要] 由于高空作業,塔式起重機司機以及設備的管理都比較粗放,導致我國起重機事故率逐年上升。采用ＶＣ
嵌入ＯＰＥＮＧＬ 技術,設計了面向施工現場的塔式起重機安全監管信息系統,實現了高空作業塔式起重機司機以及
設備的信息化、落地化管理;并提供基于大量數據的信息分析功能,為施工現場人與物的精細管理提供依據。
[關鍵詞] 信息化;施工現場;塔式起重機;安全監控;精細管理
[中圖分類號] ＴＵ６１ [文獻標識碼] Ａ [文章編號] １００２-８４９８(２０１５)１８-００６４-０３
Ｔｏｗｅｒ Ｃｒａｎｅｓ Ｓａｆｅｔｙ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ
ｆｏｒ ｔｈｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｓｉｔｅ
Ｎｉ Ｌｉｓｈａ,Ｙａｎｇ Ｊｉｎｇ,Hｕｉ Ｑｉｎｓｈｕａｎｇ
( Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ,Ｘｉ’ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ,
Ｘｉ’ａｎ,Ｓｈａａｎｘｉ ７１００４８,Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｅｒｉａｌ ｗｏｒｋ, ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｉｔｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｏｗｅｒ ｃｒａｎｅ ｄｒｉｖｅｒ ａｎｄ
ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｉｓ ｍｏｒｅ ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ, ａｎｄ ｔｈｅ ｔｏｗｅｒ ｃｒａｎｅ ａｃｃｉｄｅｎｔ ｒａｔｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｙｅａｒ ｂｙ ｙｅａｒ ｉｎ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｒｙ ｉｎ
ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ. Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｄｅｓｉｇｎｓ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｔｏｗｅｒ ｃｒａｎｅ ｉｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
ｓｉｔｅ, ｂｙ ＶＣ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｗｉｔｈ ＯＰＥＮＧＬ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ, ｉｔ ｒｅａｌｉｚｅｓ ｔｈｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｌａｎｄｉｎｇ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｆｏｒ
ｔｈｅ ｔｏｗｅｒ ｃｒａｎｅ ｄｒｉｖｅｒ ａｎｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ. Ａｎｄ ｉｔ ｏｆｆｅｒｓ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ｌａｒｇｅ ａｍｏｕｎｔ
ｏｆ ｄａｔａ, ｉｔ ａｌｓｏ ｏｆｆｅｒｓ ｄｅｌｉｃａｃｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｐｅｏｐｌｅ ａｎｄ ｏｂｊｅｃｔｓ ｉｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｉｔｅ.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ:ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ;ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｉｔｅ;ｔｏｗｅｒ ｃｒａｎｅｓ; ｓａｆｅｔｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ; ｄｅｌｉｃａｃｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ
?西安市科技計劃項目(ＣＸＹ１３５０(５));陜西省教育廳服務地方專
項計劃項目(２０１３ＪＣ２５) [作者簡介] 倪麗莎,碩士研究生,Ｅ-ｍａｉｌ:ｎｉｌｉｓｈａ６８＠１６３. ｃｏｍ [收稿日期] ２０１５-０１-２２
１ 緒論
塔式起重機是建設房屋和橋梁的主要運輸工
具,由于工作重心高、起重載荷大、運行速度快,且
工作過程中頻繁啟動、制動,產生較大的動載荷,塔
式起重機工作中蘊藏較多的危險因素;同時,塔式
起重機高空作業,司機注意力長時間高度集中,勞
動強度大,容易疲勞,也為塔式起重機重大事故埋
下隱患。塔式起重機的安全性引起了政府的關切,
然而,由于塔式起重機高空作業的特點,施工現場
安全員對塔式起重機司機以及設備的管理都比較
困難,缺少有效的監管方法,導致塔式起重機事故
逐年上升。近年,各地政府開始推廣使用塔式起重
機安全監控設備(俗稱塔式起重機黑匣子),通過對
塔式起重機運行狀態的監控[１-２] ,防止司機的違章
行為,從而避免事故發生。然而,施工現場安全涉
及“人的不安全行為,物的不安全狀態”兩方面,塔
式起重機黑匣子的主要應用對象是塔式起重機司
機,本文設計了面向施工現場塔式起重機安全管理
的信息系統,與塔式起重機黑匣子配合使用,實現
了對高空作業塔式起重機監控的落地化,司機以及
設備管理的信息化[３] 。２ 施工現場塔式起重機安全監控信息系統方案
施工現場塔式起重機安全監控信息系統與塔
式起重機黑匣子終端設備協同工作,黑匣子終端設
備安裝于塔式起重機上,負責對司機以及設備實時
運行狀態進行監控;安全監管信息系統則是施工現
場塔式起重機的集中管理系統,它面向施工現場安
全監管人員。黑匣子終端設備通過無線與集中管
理信息系統進行信息交換,實現塔式起重機運行狀
態的落地化管理,同時,施工現場安全管理系統還
提供對塔式起重機設備以及司機的管理,利用大量
信息分析報表實現塔式起重機更精細的管理,施工
現場塔式起重機安全監控信息系統主要功能模塊
如下。
２０１５ Ｎｏ. １８ 倪麗莎等:面向施工現場的塔式起重機安全監控信息系統研究 ６５
１)施工現場塔式起重機運行狀態三維實時監
管 施工現場安全監控信息系統接收塔式起重機
黑匣子監控終端信息,以三維動畫的方式實時動態
顯示施工現場塔式起重機運行狀態,并記錄塔式起
重機運行信息,為塔式起重機事故的追溯提供依
據,實現了塔式起重機高空的落地化管理。圖１ 為
施工現場塔式起重機安全監控系統。
圖１ 施工現場塔式起重機安全監控系統
Ｆｉｇ. １ Ｔｏｗｅｒ ｃｒａｎｅｓ ｓａｆｅｔｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ
ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｉｔｅ
２)司機身份管理以及工作統計 黑匣子監控
終端實時監控塔式起重機司機的身份,通過無線發
送到安全監控信息系統進行資格審核,同時,上報
塔式起重機司機的連續工作時間,施工現場安全員
以此對司機身份進行管理,并避免疲勞駕駛。
３)設備維護保養管理 作為特種設備,塔式起
重機需要定期進行維護、保養,安全監管信息系統
提供了對現場塔式起重機的維護保養定期提醒功
能。當塔式起重機的維護、保養時間到,系統將發
出報警提示,設備維護人員進行現場維護后,通過
黑匣子終端設備將維護信息發送到地面的現場安
全監管信息系統,對設備當前狀態進行更新。
４)提供設備狀態以及人員工作報表 安全監
管信息系統利用塔式起重機運行信息以及設備運
行狀態提供相關統計報表,便于安全監管人員有針
對性地采取各種安全監管措施,實現精細化管理。
３ 監控系統關鍵技術實現
１)基于對象的施工現場三維場景建模 施工
現場塔式起重機安全監管信息系統采用三維場景
模式動態顯示現場塔式起重機工況,監控效果更直
觀、清晰。如圖２ 所示的施工現場有４ 臺塔式起重
機協同作業,該現場有２ 條道路,１ 排工房,２ 棟建
筑,同時,現場還有一些綠化樹。在監控中,塔式起
重機的運行狀態將實時動態顯示。
監控信息系統利用ＶＣ 嵌入ＯＰＥＮＧＬ 技術開
發,針對施工現場的特點,定義監控對象類,通過類
對象,方便實現不同施工現場的三維場景構建[４-５] 。
本系統設計了５ 個環境類如表１ 所示,通過類屬性
定義了監控對象的位置以及體積屬性等靜態信息,
如施工現場的道路類,屬性包括坐標、方向、長度、
圖２ 施工現場安全監控信息系統
Ｆｉｇ. ２ Ｓａｆｅｔｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｉｔｅ
顏色以及名稱;對于建筑物類的屬性有位置、大小、
方向、顏色以及名稱;對于現場塔式起重機類,除了
有靜態屬性:坐標位置、塔式起重機結構參數外,還
定義了該類的方法,實現整個監控過程中,塔式起
重機運行狀態的變化。
表１ 監控系統５ 個環境類定義
Ｔａｂｌｅ １ Ｆｉｖｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｃｌａｓｓ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ
ｆｏｒ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
類名稱類屬性類方法
塔式起
重機
塔式起重機編號(ＴＣ)
塔式起重機類型
塔式起重機坐標位置:ｘ,ｙ
塔式起重機結構參數:標準節高度(Ｈ１);
塔帽高度(Ｈ２);平衡臂(Ｌ１);起重臂(Ｌ２)
運動狀態:
轉動、變幅、
吊鉤起升、
頂升
道路
道路坐標位置ｘ,ｙ
道路長寬Ｌ, Ｗ
ｘ 方向偏移角度
工房
工房坐標位置ｘ,ｙ
ｘ 方向偏移角度
樹木樹木坐標位置ｘ,ｙ
建筑物
建筑物坐標位置ｘ,ｙ
建筑物結構參數:建筑物長(Ｌ); 建筑物寬
(Ｗ);建筑物高(Ｈ); ｘ 方向偏移角
可變狀態:
建筑物升高
２)監控信息的信息交互 為保證信息傳輸的
實時性,施工現場安全監控信息系統與塔式起重機
黑匣子組成無線局域網,進行信息交換。安全監控
系統采用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ 公司提供的ＡｃｔｉｖｅＸ 控件
(ＭＳＣｏｍｍ)實時處理無線串口傳來的信息,利用事
件驅動方式從端口獲取數據,當串口有事件觸發,
ＭＳＣｏｍｍ 將激發ＯｎＣｏｍｍ 事件,應用程序會捕獲
ＯｎＣｏｍｍ 事件進行串口數據處理。具體編程流程
為:插入ＭＳＣｏｍｍ 控件→添加ＭＳＣｏｍｍ 控件ＩＤ 控
制變量(對象)→初始化串口,設置ＭＳＣｏｍｍ 控件屬
性→添加消息處理函數→編寫串口接收等代碼→
關閉串口。首先添加ＭＳＣｏｍｍ 控件對象,對串口進
行初始化,確定串口的工作方式、傳輸速率、奇偶校
驗以及數據位等參數;在此基礎上,按照通信協議
中的格式,通過消息響應函數對接收到的字符串進
行解碼、歸類,實現整個串口通信過程[６-７] 。
３)統計分析報表 監控信息系統利用黑匣子
６６ 施工技術 第４４ 卷
圖３ 塔式起重機使用狀態報表
Ｆｉｇ. ３ Ｔｏｗｅｒ ｃｒａｎｅｓ ｕｓｅ ｓｔａｔｕｓ ｒｅｐｏｒｔ
終端設備提供的實時數據,可以對司機工作以及設
備狀態進行評估。表２ 為系統提供的塔式起重機司
機作業統計分析報表,給出了司機在統計時間段內
的工作強度,以及超載違章行為等的統計情況。利
用統計報表,現場安全監管人員可以有針對性地對
司機工作進行調整,避免疲勞駕駛;同時,安全監管
人員可以對違章行為較多的司機進行安全教育、罰
款等,從而減少司機操作失誤造成的事故。
表２ 司機作業
Ｔａｂｌｅ ２ Ｔｈｅ ｄｒｉｖｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ
司機姓名
作業證
編號
作業時長/
(時:分)
平均作業/
(ｈ.ｄ －１ )
工作循環
次數
超載
次數
張某Ｔ５１１０２５ ７０:０４ １０ ２８０ ２０
廖某Ｔ５１１０４８ ４２:１０ ６ １２６ ７
陸某Ｔ５１１０６６ ２３:２９ ３. ４ ５１ ０
注:起始日期:２０１３-０６-０１;截止日期:２０１３-０６-０７;報表生成日期:
２０１３-０６-０７
圖３ 為塔式起重機工況分析報表,它給出了塔
式起重機設備的３ 類信息。
１)塔式起重機的基本信息 包括塔式起重機
工地編號、塔式起重機編號、產權單位。
２)塔式起重機使用情況 根據«塔式起重機設
計規范» ＧＢ１３７５２—１９９２ 的規定,按塔式起重機壽
命以及工作循環情況,塔式起重機使用分為:不經
常使用、經常輕閑使用、經常中等使用以及比較繁
重使用４ 種情況。
３) 塔式起重機使用載荷狀態 按國標
ＧＢ１３７５２—１９９２ 的規定,載荷狀態根據塔式起重機
工作循環的力矩百分比情況來計算。載荷情況有３
種:很少承受額定載荷,一般為輕微載荷;有時承受
額定載荷,一般承受中等載荷;經常承受額定載荷,
一般承受較重載荷。
利用上述塔式起重機工況統計報表,施工安全
管理人員可以對現場塔式起重機的使用情況進行
評估,為塔式起重機的維護、保養提供依據。
４ 結語
塔式起重機作為建筑施工現場重大危險源,司
機以及設備都是影響塔式起重機事故的主要因素,
然而,由于高空作業,塔式起重機的安全監控比較
困難,面向項目部的施工現場塔式起重機安全監控
信息系統通過與塔式起重機黑匣子配合使用,使得
塔式起重機運行狀態的監管落地化,并提供了豐富
的統計分析功能,以及數據記錄故障追溯功能,為
施工現場安全員提供了一個有力工具。
參考文獻:
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試,２０１０,５(５):７３-７６.
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