復(fù)雜曲面鋼網(wǎng)殼施工防高墜安全管理分析

據(jù)相關(guān)報告顯示，2019年全國房屋市政工程發(fā)生高處墜落事故415起，占事故總數(shù)的53.69%。大型公共建筑設(shè)計中，大量存在高鄰邊、大懸挑、孤立梁、三維曲面等情況，為建筑施工防高墜管理帶來了極大的挑戰(zhàn)。1、工程簡介衢州市文化藝術(shù)中心和便民服務(wù)中心項目位于浙江省衢州市西區(qū)，外觀為1幢綜合性建筑，用地面積90866?㎡，平面呈“米”字形，最大邊長約295?m，寬約223?m，平面上文化藝術(shù)中心、劇院演藝中心和便民服務(wù)中心相對獨立，通過中央圓形廣場有機鏈接。其中C座演藝中心、D座文化藝術(shù)中心及E座中庭公共大堂屋面為大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)體系為空間網(wǎng)殼+桁架組合結(jié)構(gòu)，整體造型呈“披紗戴帽”狀，空間高跨度大，形狀不規(guī)則。C座劇院、觀眾廳，舞臺及多功能廳區(qū)域屋蓋為大跨度H型鋼梁+鋼筋桁架樓承板組合樓板，施工空間有限，無法使用超大型吊裝設(shè)備和多臺共吊的吊裝方式。2、主要高墜風(fēng)險點作為衢州市大型公共建筑，緊鄰衢州市人民政府，建筑體量大、性質(zhì)特殊且地理位置敏感。項目部管理人員始終將工人的施工安全放在第一位，從“人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)、環(huán)境的不安全因素、管理缺陷”等多個方面嚴格審查安全隱患。本工程鋼結(jié)構(gòu)形式為大跨度曲面鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)和鋼管桁架結(jié)構(gòu)，客觀上結(jié)構(gòu)性體復(fù)雜，施工周期正好覆蓋一個夏季、一個雨季和一個冬季，且恰逢2020年氣候多變，導(dǎo)致需要應(yīng)對各種特殊天氣等。存在的施工安全作業(yè)難點，如下。2.1

結(jié)構(gòu)造型引起的安全風(fēng)險（1）鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)跨度大。鋼網(wǎng)殼最大跨度約34?m，鋼管桁架最大跨度約67?m，操作人員高空行走距離長。（2）鋼網(wǎng)格曲面造型多。各樓座除底部少量豎墻外，其余部位鋼網(wǎng)格均為空間曲面。其中E座左右翼區(qū)中部有2根鋼管連接前豎墻，沿水平方向12.2?m后向上彎折頂部與屋面桁架連接，使得空中作業(yè)平臺與吊籠掛籃設(shè)置非常困難；C、D座屋面鋼網(wǎng)格為大跨度空間單層不規(guī)則曲面造型且為不規(guī)則彎扭箱型曲面鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，最大水平傾斜角度約58°，工人行走極為不便。（3）圓管和彎扭構(gòu)件多。桿件為不規(guī)則空間圓心坐標(biāo)點對應(yīng)的不同曲率半徑的圓弧擬合而成的空間曲線，屬于大直徑厚壁圓鋼管的空間彎曲。在圓管和彎扭構(gòu)件上，人員高空行走不便。（4）構(gòu)件安裝高度大，E座屋面鋼網(wǎng)格凈空超過50?m，人員高空垂直落差大極易產(chǎn)生視覺疲勞。

2.2

施工方法引起的安全風(fēng)險（1）施工機械密集。鋼網(wǎng)格施工區(qū)域內(nèi)共布置有4臺塔式起重機、1臺300?t履帶式起重機、1臺220?t汽車式起重機，吊裝作業(yè)中機械協(xié)調(diào)工作量大，易發(fā)生機械之間或機械與構(gòu)件之間的碰撞，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)出強烈震感，進而引發(fā)高處墜落事故。（2）高空拼接工作量大。高空焊接的工人長時間同一位置高度進行重復(fù)相同施工工序，易產(chǎn)生生理疲勞，從而引起酸痛、心理疲勞、緊張過度、煩躁情緒，導(dǎo)致體態(tài)失穩(wěn)，發(fā)生墜落事故。（3）大懸臂大傾角構(gòu)件高空安裝量大。大懸臂構(gòu)件在完成焊接作業(yè)之前，自身處于不完全穩(wěn)定狀態(tài)，但操作人員只能通過防墜器或安全繩與之連接，一旦發(fā)生構(gòu)件失穩(wěn)，就會威脅操作人員人身安全。（4）構(gòu)件起重噸位大，其中D座主管最大截面為口1?250×350×40，最大吊裝單元長度為48.9?m，重量為43?t，此構(gòu)件重心距結(jié)構(gòu)邊緣為19?m。吊裝拼接最后階段需人工輔助，易造成人身傷害。2.3

環(huán)境的因素引起安全風(fēng)險（1）夏季高溫：鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件處在太陽暴曬中，導(dǎo)致表面溫度異常，中午氣溫接近40°，鋼構(gòu)件表面溫度達到峰值接近50°，體感溫度將接近70°以上，難以用手直接觸碰，影響工人正常行走與施工作業(yè)，甚至無法長時間駐足站立，南方高溫且潮濕的天氣極易使工人中暑，因此因頭暈?zāi)垦６鴮?dǎo)致高墜事故。（2）夏季多雨：2020年衢州市遭遇連續(xù)1個月的持續(xù)降雨，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件上長期面臨雨水沖刷，導(dǎo)致作業(yè)面濕滑工人行走和作業(yè)困難。降雨不穩(wěn)定，在短時間內(nèi)突然加劇，導(dǎo)致工人撤出現(xiàn)場或疏散不及時，易造成高墜事故。（3）冬季寒潮：2020年衢州市遭遇強冷空氣來襲，且出現(xiàn)了降雪天氣，導(dǎo)致冬季溫差驟降，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面易結(jié)霜，導(dǎo)致作業(yè)面打滑現(xiàn)象嚴重，極大影響了工人行走和施工作業(yè)。2.4

人的因素引起安全風(fēng)險（1）管理人員素質(zhì)問題。絕大多數(shù)安全管理人員對相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)存在不熟悉的現(xiàn)象，對于鋼結(jié)構(gòu)施工的工序、工法、工藝只通過紙面方案和交底無法有效進行落實；現(xiàn)場鋼構(gòu)施工由于結(jié)構(gòu)高度標(biāo)高錯落復(fù)雜，安全管理人員不是長期從事高處作業(yè)和特種作業(yè)管理的人員，易形成恐懼心理。（2）作業(yè)人員安全意識淡薄。部分作業(yè)人員安全意識及自我保護意識較差，不遵守操作規(guī)程和安全管理規(guī)定，部分工人存在僥幸心理和麻痹心理，安全帶佩戴不規(guī)范、不及時，操作掛籃使用不穩(wěn)妥。3、應(yīng)對難題的安全防護技術(shù)措施3.1

常規(guī)工具式安全防護應(yīng)對復(fù)雜結(jié)構(gòu)的基本措施（1）安全繩生命線設(shè)置。根據(jù)JGJ59–2011《建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)》、JGJ80–2016《建筑施工高處作業(yè)安全技術(shù)規(guī)范》、GB24543–2009《墜落防護安全繩》等規(guī)范，采用1?300?mm高Φ48.3×3.6?mm鋼管作為立桿，立桿底部采用40?mm×40?mm×10?mm加固扁鋼，夾具采用14?mm厚鋼板，夾具螺栓采用Φ16螺栓，鋼絲繩直徑設(shè)置為12?mm（規(guī)范要求為不小于9?mm），立柱與鋼絲繩連接耳環(huán)采用Φ8圓鋼，安全繩左端應(yīng)用規(guī)格為M8的卸扣型花籃螺栓，鋼絲繩兩端分別用Dr為9?mm的繩卡固定。鋼絲繩生命線是保證施工人員高空作業(yè)安全的重要設(shè)施，本工程高空作業(yè)量大，作業(yè)面情況復(fù)雜，尤其需要確保鋼絲繩有效發(fā)揮作用。為此，項目部選取適當(dāng)部位，開展鋼絲繩生命線沖擊試驗。主要試驗方法如下。1）利用現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)地面拼裝單元，按照實際生命線布置方式安裝好鋼絲繩；2）用打包帶捆扎好100?kg袋裝水泥，模擬操作人員；3）將袋裝水泥用安全繩與生命線連接，并將袋裝水泥放置于構(gòu)件之上，生命線掛點與地面的高差大于安全繩長度；4）將袋裝水泥拋下，觀察安全繩、生命線、生命線支撐立桿的變形情況。經(jīng)檢測12?mm鋼絲繩能夠滿足防墜落要求。（2）操作掛籃。根據(jù)JGJ59–2011《建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)》、JGJ80–2016《建筑施工高處作業(yè)安全技術(shù)規(guī)范》等規(guī)范，操作掛籃使用梯梁采用60?mm×80?mm的扁鋼，踏棍采用直徑不小于12?mm的圓鋼，掛鉤采用Φ15?mm圓鋼，掛鉤和支撐與掛梯連接采用M10螺栓，支撐采用Φ15?mm圓鋼。其中E座水平縱向安裝時鋼構(gòu)上附加雙側(cè)操作平臺，給工人高處焊接作業(yè)、栓接作業(yè)、高空吊裝拼接時創(chuàng)造一個有可靠立足點的作業(yè)平臺。在C、D座彎曲空間鋼構(gòu)件的高空作業(yè)，針對彎矩構(gòu)件兩端高度不一致的特點，將常規(guī)掛籃的掛鉤優(yōu)化為“長短腿”，保證籠內(nèi)踩踏面水平。同時為了保證受力均衡和強度，掛鉤材料規(guī)格從Φ15?mm圓鋼提高至Φ20?mm圓鋼，并與結(jié)構(gòu)構(gòu)件點焊；用80?mm×80?mm的角鋼代替60?mm×80?mm的扁鋼，強化掛籃整體剛度。（3）垂直登高爬梯。根據(jù)JGJ59–2011《建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)》、JGJ80–2016《建筑施工高處作業(yè)安全技術(shù)規(guī)范》等規(guī)范，垂直登高爬梯梯梁采用60?mm×80?mm的扁鋼，踏棍采用直徑不小于12?mm的圓鋼，掛鉤采用Φ15?mm圓鋼，掛鉤和支撐與掛梯連接采用M10螺栓，支撐采用Φ15?mm圓鋼。箱型彎扭構(gòu)件的四面根據(jù)結(jié)構(gòu)受力需要沿桿件中軸線扭轉(zhuǎn)，整體通長設(shè)置的爬梯無法有效附著于構(gòu)件的上表面。施工中，為更好地使爬梯與鋼構(gòu)件表面貼合，將用于彎扭構(gòu)件的爬梯分段縮短，并提高爬梯梯梁所用的扁鋼規(guī)格，使爬梯抗扭性能更好，更便于操作人員踩踏，降低失穩(wěn)的可能性。屋面鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)格面積較大，人員應(yīng)急疏散困難，施工中利用鋼管臨時支撐，設(shè)置垂直的上下爬梯，同時每一處爬梯均配備100?kg的防墜器。3.2

針對施工方法提出防護措施通過部分采用“單元式拼裝”法，大幅減少了本工程高空鋼結(jié)構(gòu)安裝作業(yè)量，但必要的高空作業(yè)量仍然很大。本項目由于存在超高大空間，為了更好地避免高處作業(yè)的工人因施工方法不合理、工序局限性所可能引起的危險，工程采取下掛式水平安全網(wǎng)的設(shè)置，根據(jù)原施工樓層按照每10?m間距滿鋪一層水平網(wǎng)，且首層安全網(wǎng)布置雙道安全網(wǎng)的原則。（1）水平安全防護網(wǎng)設(shè)置。水平安全網(wǎng)的布置原則上不超過10?m滿鋪布置一層，最下層安全網(wǎng)采用雙層網(wǎng)布置。C座和D座鋼結(jié)構(gòu)下方混凝土結(jié)構(gòu)退層為水平安全網(wǎng)布置帶來一定便利條件。該區(qū)域安全網(wǎng)一側(cè)與混凝土結(jié)構(gòu)連接，將安全網(wǎng)繩和鋼絲繩穿過混凝土梁上的對拉螺栓孔，繩筋系緊短鋼筋棍，橫向別在梁內(nèi)側(cè)；安全網(wǎng)另一側(cè)與鋼構(gòu)件上預(yù)留的安全網(wǎng)掛鉤連接?？傮w上形成多層、階梯狀安全網(wǎng)布置，且上、下層安全網(wǎng)均有50%的重疊覆蓋區(qū)域。E座中央大堂鋼結(jié)構(gòu)距離混凝土結(jié)構(gòu)較遠，最大水平距離超過20m，且作業(yè)面距下部混凝土結(jié)構(gòu)面最大高差達到50m，超大跨度水平安全網(wǎng)布設(shè)難度大。實際施工布置方式如下。1）水平網(wǎng)隨支撐水平網(wǎng)的鋼絲繩布置，繩筋纏繞在鋼絲繩上固定，逐步形成整片水平防護網(wǎng)；2）鋼絲繩一端纏繞在鋼構(gòu)件的十字交叉點上，用鋼絲繩卡固定；3）另一端穿過混凝土結(jié)構(gòu)梁并固定。考慮到物體隨下墜高度的增加，其墜落速度大幅增加，造成墜物沖擊力越來越大，水平網(wǎng)為制止其下墜所需提供的反力越大。根據(jù)受力分析，鋼絲繩的下?lián)想S跨度增大而增大，所能提供的反力隨跨度的增大而減小。故為了提高安全保障，將操作面下層水平網(wǎng)提高至結(jié)構(gòu)1?m處，減小下墜高度。水平網(wǎng)投入使用之前，項目部同樣做了過載試驗，100?kg重物自5?m高處下墜，水平網(wǎng)能夠起到防護作用。

（2）輪班作業(yè)與消除疲勞。通過調(diào)整作業(yè)人員的輪班作業(yè)、工作延伸、合理組織工序以及信息報告法進行作業(yè)調(diào)整，使作業(yè)人避免單調(diào)重復(fù)的作業(yè)，鍛煉部分工人為多面手，減少長時間單調(diào)重復(fù)同一件工序；在鋼構(gòu)件上部分位置涂抹和張貼黃色、黃綠色、綠色等不易產(chǎn)生視覺疲勞的安全色，現(xiàn)場循環(huán)播放安全宣傳小故事的廣播緩解工人心理緊張情緒，業(yè)余時間組織工人夜校，開展講座、觀看電影讓施工人員勞逸結(jié)合。3.3

充分合理安排作業(yè)時間規(guī)避環(huán)境因素針對夏季高溫炎熱天氣，每日為施工人員發(fā)放防暑降溫物品，錯開高溫時間工段，夜間在保證照明充足的情況下適當(dāng)加班趕工并增加安全旁站；多雨多風(fēng)季節(jié)時，做好工人的應(yīng)急疏散，在作業(yè)面的主要上下爬梯和吊籠處都采取雙向通道設(shè)置，明顯位置張貼“安全通道”“疏散指示”等標(biāo)識牌，給施工人員配發(fā)防滑防雨類的個人勞保用品；在冬季寒潮來臨時，每日上工作業(yè)前清理作業(yè)面的結(jié)霜，由專人負責(zé)查看確認具備條件后方可作業(yè)。4、新技術(shù)對防高墜安全管理的支持在開展常規(guī)規(guī)范化管理的同時，利用智慧科技的管理工具作為輔助管理措施，加強現(xiàn)場的監(jiān)督和全覆蓋，從監(jiān)督管理上最大限度保證高墜事故的發(fā)生。4.1

VR體驗式教育設(shè)置VR安全體驗館，通過BIM技術(shù)高度還原施工現(xiàn)場實景，并模仿事故發(fā)生流程。體驗者可置身虛擬現(xiàn)實環(huán)境，直觀感受洞口墜落、機械傷害、腳手架坍塌、火災(zāi)救災(zāi)和逃生、觸電傷害、塔式起重機吊運等各類事故發(fā)生全過程，根據(jù)工種不同體驗有針對性地模擬場景，學(xué)習(xí)了解安全知識和注意事項，提高施工作業(yè)人員的安全意識。4.2

現(xiàn)場圖像識別安全技術(shù)交底在施工現(xiàn)場分部分項工程作業(yè)面區(qū)域內(nèi)張貼安全注意事項標(biāo)識，并張貼涵蓋編寫完善的方案交底、技術(shù)交底、安全交底的二維碼，提高現(xiàn)場的警示作用，讓施工人員隨時隨地掏出手機掃描二維碼就可以進行現(xiàn)場的重復(fù)交底。確保施工人員及時查閱針對性安全措施，有效防范違章作業(yè)等情況發(fā)生。4.3

數(shù)字項目安全巡檢平臺App通過云服務(wù)數(shù)字終端，開展網(wǎng)絡(luò)共享安全巡檢，該平臺可以實現(xiàn)橫向到邊、縱向到底，做到參建人員及項目部各系統(tǒng)全覆蓋。安全部作為現(xiàn)場安全隱患的主責(zé)部門，將安全隱患上傳App之后，可同時向上級和下級匯報傳達隱患問題，并高效協(xié)同工程部制訂整改措施，較大風(fēng)險隱患可協(xié)同技質(zhì)部制訂整改方案，并通知到分包迅速進行整改；整改完成后，可沿同一路徑自下而上進行反饋，最終反饋至安全部進行復(fù)查，合格后再次上傳App，形成安全隱患從發(fā)現(xiàn)到消除的完整閉環(huán)。同時，集團及事業(yè)部安全負責(zé)人可遠程實時掌握項目部安全隱患整改進度，起到對項目部安全隱患整改的督辦作用，確保整改工作及時有效。4.4

群塔作業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)+吊鉤可視化系統(tǒng)安裝PC端和手機App塔機管家，配備全套塔式起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)，采用物聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)實現(xiàn)塔機運行狀態(tài)實時監(jiān)控、報警通知及統(tǒng)計分析、對吊鉤下落點、前后橋臂及駕駛艙的視頻可視化監(jiān)控。有效解決了群塔作業(yè)時視線距離遠、隔物吊看不見、溝通難、管理難的難題。在違章操作或者超限位行走