建立吊裝全過程安全管理體系

梁 昊 徐 勇 王巖松

中國(guó)石油天然氣第七建設(shè)有限公司 山東青島 266300

吊裝作業(yè)通常作為高危作業(yè)來進(jìn)行管理， 因此控制好吊裝的安全性尤為重要。 吊裝作業(yè)的實(shí)施過程也就是吊裝方案執(zhí)行的過程， 因此吊裝方案編寫的科學(xué)性、合理性、切實(shí)性將直接影響到吊裝作業(yè)施工過程的安全性。 要將吊裝施工進(jìn)行全過程管理就必須自源頭開始避免錯(cuò)誤， 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確才能保證上層過程結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定。 同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行過程也嚴(yán)格要求與方案相符，這樣也要求技術(shù)人員時(shí)時(shí)關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)、了解現(xiàn)場(chǎng)情況變化，及時(shí)對(duì)方案進(jìn)行調(diào)整，而后將變更部分交底至施工班組。

針對(duì)方案編寫及現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行的過程控制示意圖（以塔器為例）見圖1。

圖1 過程控制示意圖

（1） 工件重量計(jì)算要準(zhǔn)確，仔細(xì)查看圖紙，不要遺漏項(xiàng)，將有可能影響重量的因素全部考慮到；

（2） 在工件重量準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上進(jìn)行吊車的選用，同時(shí)確定作業(yè)工況；在吊車確定的同時(shí)，確定吊裝作業(yè)過程；

（3） 針對(duì)所選吊車、 被吊物及吊裝過程的特點(diǎn)進(jìn)行吊裝場(chǎng)地的地基處理；設(shè)置吊裝吊耳，選用合適的索具；

（4） 組織安全技術(shù)交底，將方案內(nèi)容及吊裝思路、注意事項(xiàng)等進(jìn)行交底。

1 針對(duì)方案編寫的過程控制

1.1 設(shè)備分段位置的確定

設(shè)備的分段位置需合理設(shè)置，最好將設(shè)備自身平臺(tái)進(jìn)行利用，以確保組焊平臺(tái)的安全可靠。 分段位置宜設(shè)置在高于平臺(tái)1.5m 處，以便于空中組焊作業(yè)的開展。

1.2 重量計(jì)算

關(guān)于被吊工件的重量計(jì)算， 最重要的一點(diǎn)就是要精確。 首先要做到不漏項(xiàng)，將可能影響重量數(shù)據(jù)的因素全部考慮進(jìn)去；而后再準(zhǔn)確計(jì)算各類因素的體積，體積的計(jì)算尤為重要， 因?yàn)樗臏?zhǔn)確性將直接影響到最終工件重量的準(zhǔn)確性（因?yàn)橘|(zhì)量=體積×密度，一般密度方面不會(huì)造成偏差）。

1.2.1 新建裝置設(shè)備的重量計(jì)算

（1） 新到貨的臥式換熱器/罐類設(shè)備： 需核對(duì)其與設(shè)備藍(lán)圖是否相符， 而后考慮設(shè)備在制造廠家試壓后的水是否徹底排放；

（2） 新到貨的塔器等立式設(shè)備： 首先對(duì)實(shí)物與設(shè)備藍(lán)圖進(jìn)行符合性確認(rèn)，而后進(jìn)行塔器的凈重計(jì)算，塔器的重量一般由“殼體”“內(nèi)件”“勞動(dòng)保護(hù)平臺(tái)”“附塔管線”“保溫”“防火”“電儀設(shè)備設(shè)施”組成。 因此計(jì)算塔器重量時(shí)，要將所有這些因素均考慮在內(nèi)，提前與工程部門溝通，確定安裝工程量，核算設(shè)備凈重，確定最終安裝量，從而確定最終設(shè)備凈重。 這里需要格外強(qiáng)調(diào)塔器內(nèi)件事宜，塔器內(nèi)件圖紙作為單獨(dú)一部分，一般由內(nèi)件專利廠家出圖。 塔器內(nèi)件主要分為兩部分：其一是與塔器焊接連接的內(nèi)件支撐件， 其二是與支撐件機(jī)械連接的內(nèi)件。 一般塔器到貨時(shí)均附帶與塔體焊接連接的內(nèi)件支撐件， 此部分重量需由內(nèi)件圖紙中單獨(dú)提取出來加到塔器凈重內(nèi)。 同時(shí)，整體塔器到貨時(shí)還需核實(shí)塔器內(nèi)部試壓殘水是否排放完全，若仍存水，需采取排水措施， 因?yàn)槎嘤嗟乃嬖谟谒鲀?nèi)部會(huì)影響吊裝過程的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響吊裝安全。

（3） 新建裝置帶襯里設(shè)備重量計(jì)算： 附帶襯里的設(shè)備， 一般設(shè)計(jì)藍(lán)圖中給出的襯里重量均為襯里完全烘干后的單位重量，因此針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)襯里后安裝的設(shè)備，還要考慮襯里中水分的重量對(duì)設(shè)備凈重的影響。

1.2.2 考慮拆除廢舊設(shè)備的重量計(jì)算

（1） 臥式廢舊設(shè)備重量計(jì)算：針對(duì)此類設(shè)備，需考慮設(shè)備內(nèi)部是否存在殘余介質(zhì)， 同時(shí)針對(duì)廢舊設(shè)備需考慮0.05 倍的設(shè)備附加重量， 即計(jì)算好設(shè)備重量后，再乘以1.05 后作為設(shè)備最終計(jì)算得出重量。 廢舊塔器拆除同樣按照1.05 的附加系數(shù)確定最終計(jì)算得出重量。

（2） 廢舊沉降器油氣結(jié)焦重量計(jì)算： 對(duì)于拆除的廢舊沉降器設(shè)備，其內(nèi)部結(jié)焦重量不容忽視，需謹(jǐn)慎計(jì)算這部分重量。 此部分重量一般無法精確計(jì)算，根據(jù)多年的施工經(jīng)驗(yàn)，一般以最終工件凈重為計(jì)算得出重量，再乘以1.1，即為10%的附加重量。同樣，對(duì)于再生器內(nèi)部為催化劑的重量計(jì)算， 一般考慮5%的附加重量，即將計(jì)算所得重量乘以1.05 后作為最終重量。

1.2.3 鋼結(jié)構(gòu)重量計(jì)算

對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)重量的計(jì)算，需要注意的是不能漏項(xiàng)。常規(guī)的計(jì)算方法是將設(shè)計(jì)圖紙中所體現(xiàn)的全部結(jié)構(gòu)件的重量加在一起，這樣第一耗時(shí)較多，第二若是遇到多層復(fù)雜的結(jié)構(gòu)可能會(huì)漏項(xiàng)或是重復(fù)疊加重量， 從而造成計(jì)算所得數(shù)據(jù)的不切實(shí)性。 關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)重量的計(jì)算可采用輔助軟件來完成，計(jì)算過程及結(jié)果見圖2。

圖2 利用Solidworks 軟件計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)的重量

由圖2 可見， 首先根據(jù)圖紙將所需吊裝的鋼結(jié)構(gòu)三維建模，通過三維模型可查看是否漏項(xiàng)；建模完畢后利用“質(zhì)量特性” 功能進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)吊裝參數(shù)的查詢計(jì)算，從而得出鋼結(jié)構(gòu)的重量及重心參數(shù)。

1.3 吊車選用與吊裝過程確定

基于工件重量計(jì)算準(zhǔn)確的情況下， 進(jìn)行吊車的選用，同時(shí)進(jìn)行吊裝過程的確定。 工件重量直接影響吊車的規(guī)格型號(hào)大小， 吊裝過程的確定則直接影響吊車的工況，體現(xiàn)了工件重量計(jì)算的重要性，直接地影響現(xiàn)場(chǎng)吊裝實(shí)施的可行性。 吊裝過程的確定需要考慮諸多影響因素，暫時(shí)拋開地基處理對(duì)吊裝的影響，需要展開如下幾方面的工作：

1.3.1 吊裝參數(shù)確定，考慮實(shí)際工況，初步確定吊車詳細(xì)配置

基于上文提到的重量、被吊工件的規(guī)格尺寸、安裝高度、吊裝環(huán)境（地面與空中）等基本信息，進(jìn)行吊車型號(hào)與工況的初步選定。 選用原則是工件吊裝負(fù)載率為90%以下；吊裝過程不存在卡桿及刮碰情況。 針對(duì)多個(gè)工件吊裝的情況， 需將所有工件的吊裝核算全部進(jìn)行完畢后，才能初步確定吊車型號(hào)與工況。 吊車型號(hào)及工況初步選定后， 下一步需進(jìn)行詳細(xì)工況及后續(xù)條件的確定：

（1） 附帶超起系統(tǒng)的工況， 需核算出超起配重的需求數(shù)量；

（2） 由最大工件重量確定吊車吊鉤型號(hào)， 明確吊鉤重量及正常吊裝吊車跑繩纏繞股數(shù)， 從而進(jìn)行吊裝重量的計(jì)算；

（3） 根據(jù)吊車型號(hào)及工況， 確定吊車設(shè)備系統(tǒng)的規(guī)格尺寸，進(jìn)而進(jìn)行吊裝平面圖及立面圖的繪制；

（4） 根據(jù)吊車型號(hào)及工況， 確定吊車組車所需的場(chǎng)地尺寸，復(fù)核現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際場(chǎng)地空間情況，落實(shí)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地空間是否滿足組車要求；

（5） 根據(jù)吊車型號(hào)、工況及被吊工件重量，確定吊車站位及行走處的地基處理方案， 于吊車進(jìn)廠前完成地基處理工作，為吊車進(jìn)廠創(chuàng)造條件；

（6） 根據(jù)吊車型號(hào)、工況、被吊工件參數(shù)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際場(chǎng)地空間情況，進(jìn)行吊裝過程的初步確定，明確吊裝過程的每一步，提前考慮可能涉及的問題。

1.3.2 吊車選用原則

（1） 對(duì)于新建裝置的吊裝施工， 一般主吊吊車多選用履帶式吊車， 履帶吊車的工況要充分考慮到整個(gè)裝置所有結(jié)構(gòu)、 設(shè)備、 工藝及其他設(shè)備設(shè)施的安裝需求，不僅要考慮最重最高工件的吊裝，還需考慮最不利位置的工件吊裝；對(duì)于新建裝置溜尾吊車的選用，履帶吊與汽車吊均可以，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況、設(shè)計(jì)情況、采購(gòu)設(shè)備到貨情況進(jìn)行確定， 溜尾吊車選用履帶吊可考慮前期結(jié)構(gòu)及小型設(shè)備的吊裝使用；

（2） 對(duì)于改造施工作業(yè)， 若吊裝任務(wù)量大、 周期長(zhǎng)，則選用履帶吊車，以有利于現(xiàn)場(chǎng)吊裝作業(yè)的開展，施工效率也比較高；

（3） 對(duì)于檢修施工作業(yè)， 若被吊工件重量較大且吊裝頻次較多，一般還需選用履帶吊車；若僅僅吊裝幾個(gè)大型設(shè)備，則選用汽車吊來完成吊裝作業(yè)即可；

（4） 在所有情況下進(jìn)行吊車選用時(shí)， 不僅要考慮吊車的吊裝能力、機(jī)動(dòng)性、利用率，還需考慮場(chǎng)地限制情況、作業(yè)面情況（單點(diǎn)集中或是多點(diǎn)分散），以及進(jìn)出廠的費(fèi)用和時(shí)間。

1.3.3 吊裝過程確定，空間體系仿真

在吊裝過程初步確定后， 還需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行復(fù)核。 看現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況是否滿足吊裝過程的要求，若不滿足要求， 可以考慮通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件的改變來滿足吊裝過程的要求；若現(xiàn)場(chǎng)條件無法改變，需進(jìn)行吊裝過程的重新考慮與規(guī)劃。

其實(shí)， 吊裝過程最終確定是一個(gè)反復(fù)核算的閉環(huán)計(jì)算過程， 此過程需要將以下三方面內(nèi)容進(jìn)行閉環(huán)管理：

（1） 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際空間體系尺寸；被吊工件的吊裝參數(shù)；吊裝設(shè)備的自身參數(shù)及使用參數(shù)；施工總體的策劃與安排。

（2） 所建立的核算體系：CAD 平面核算體系；三維仿真立體空間體系；輔助軟件計(jì)算系統(tǒng)。

（3） 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及發(fā)生變化的條件： 安裝順序發(fā)生了變化；預(yù)制深度進(jìn)行了調(diào)整；現(xiàn)場(chǎng)吊裝場(chǎng)地使用受到了限制；施工總體安排有所調(diào)整。

考慮吊裝的全過程控制中是否需要拔高超過其他設(shè)備、設(shè)施，同時(shí)還要考慮吊車尾部回轉(zhuǎn)的空間。 吊裝的整個(gè)過程是一個(gè)三維空間的仿真過程， 吊裝過程中被吊工件及吊車均不能與任何設(shè)備、 設(shè)施有任何的刮碰。

目前可通過三維仿真軟件進(jìn)行空間體系的過程仿真，如圖3 所示。

圖3 吊裝過程的三維仿真

通過1∶1 的三維建模， 將整個(gè)裝置進(jìn)行全部建模，而后添加指定型號(hào)、工況吊車，同時(shí)吊車按照實(shí)際相對(duì)位置進(jìn)行站位， 這樣可直觀觀察吊裝全過程可能涉及的問題。 但常規(guī)情況下，采用上述三維仿真無法滿足現(xiàn)場(chǎng)施工情況， 因?yàn)槿S仿真的建模及模擬過程周期比較長(zhǎng)，適用于整體新建裝置，首次建模后可將此裝置所有結(jié)構(gòu)、設(shè)備等吊裝進(jìn)行模擬。

對(duì)于一些檢修、改造項(xiàng)目，若不是現(xiàn)場(chǎng)異常緊湊，需采用常規(guī)平面核算法進(jìn)行吊裝過程的確定與核算，這就要求技術(shù)人員全面考慮影響吊裝過程的影響因素，而后將此些影響因素融入吊裝過程中，最終排除它們對(duì)于吊裝作業(yè)的影響。 通常需考慮的因素如下：

（1） 吊車站位處的場(chǎng)地空間是否足夠大， 可否滿足吊裝全過程的組車、站位、回轉(zhuǎn)及行走。 由于吊車的回轉(zhuǎn)是一個(gè)空間體系， 因此在平面核算期間需考慮空間體系是否存在障礙物。

（2） 吊車吊裝過程及吊裝就位狀態(tài)下， 是否存在卡桿現(xiàn)場(chǎng)。 確定就位狀態(tài)是否卡桿，這是最常規(guī)的核算方法， 在此基礎(chǔ)上還需考慮吊裝過程是否存在卡桿情況，將吊裝過程在平面圖上進(jìn)行步步核算，尤其要將最可能發(fā)生卡桿的若干點(diǎn)進(jìn)行核算。

（3） 最后就是需要時(shí)刻關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)的安裝施工動(dòng)態(tài)， 將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝狀態(tài)時(shí)時(shí)與事先建立的平面校核圖系進(jìn)行對(duì)比，及時(shí)發(fā)現(xiàn)變化點(diǎn)，進(jìn)而進(jìn)行動(dòng)態(tài)校核，達(dá)到閉環(huán)管理，如圖4 所示。

圖4 動(dòng)態(tài)校核示意圖

1.4 吊裝場(chǎng)地地基處理

吊裝場(chǎng)地地基處理的質(zhì)量直接影響吊裝的安全性。“換填法”是現(xiàn)階段最常用的地基處理方法，以某一新建裝置的整裝置地基處理為例進(jìn)行分析： 首先是收集所需數(shù)據(jù)，如地勘報(bào)告、吊車對(duì)地壓強(qiáng)等參數(shù)；再基于這些關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行地基處理的計(jì)算， 可采用Math-CAD 軟件進(jìn)行輔助計(jì)算，計(jì)算過程如下：

（1） 查詢裝置地勘報(bào)告得到表1 和表2 的數(shù)據(jù)。由表1 中的數(shù)據(jù)可得出， 層號(hào)1 的最小層厚為1.8m；由表2 中的數(shù)據(jù)可得出， 層號(hào)1 的地基承載力特征值的建議值為200kPa。

400t 履帶吊車自重400t，吊裝最重塔器82t，承載要求為482×1.1/2/1.2/8.8=25.3t/m2（253kPa）。

400t 履帶吊車的單側(cè)履帶寬度為1.2m，履帶承載有效長(zhǎng)度為8.8m，現(xiàn)吊裝場(chǎng)地地基處理區(qū)域下挖1m，分層回填毛石及碎石，根據(jù)JGJ79-2012 建筑地基處理規(guī)范計(jì)算結(jié)果如表3 所示。 經(jīng)計(jì)算墊層底處的附加壓力值為113.527kPa，此值小于層號(hào)1 的地基承載力特征值的建議值， 因此地基處理后的吊裝場(chǎng)地滿足吊裝要求。

表1 場(chǎng)地地層層頂埋深、層頂標(biāo)高統(tǒng)計(jì)表

表2 地基承載力特征值建議值一覽表

表3 MathCAD 輔助計(jì)算軟件計(jì)算結(jié)果

在使用JGJ79-2012 建筑地基處理規(guī)范進(jìn)行地基處理計(jì)算后， 初步確定換填法地基處理所需的換填參數(shù)；而后采用專用校核軟件進(jìn)行有限元分析核算，最終核算通過，說明初步參數(shù)科學(xué)、合理、可行。

但在地基處理參數(shù)已確定的情況下， 現(xiàn)場(chǎng)開挖換填的時(shí)候還需抓住幾個(gè)關(guān)鍵觀察點(diǎn)：

（1） 開挖至既定標(biāo)高后， 觀察原土層情況是否與地勘報(bào)告相對(duì)應(yīng)；

（2） 開挖過程中，觀察基坑斷面情況，與地勘報(bào)告進(jìn)行對(duì)照；

（3） 回填材料的密實(shí)度需要現(xiàn)場(chǎng)跟進(jìn)， 確保分層夯實(shí)，密實(shí)度達(dá)到要求。

1.5 吊耳設(shè)置與索具選用

吊耳設(shè)置與索具選用也是確保吊裝安全的關(guān)鍵點(diǎn)。 其實(shí)吊裝的安全是一個(gè)密切相關(guān)的串聯(lián)系統(tǒng)，任何一處出現(xiàn)問題都將直接影響吊裝的安全性。 因此，對(duì)于吊裝的整個(gè)過程而言，沒有相對(duì)重要與相對(duì)不重要，每一個(gè)影響元素與控制點(diǎn)都是至關(guān)重要的。

吊耳及索具均按照規(guī)范進(jìn)行選用與設(shè)計(jì)。

1.5.1 索具校核（以某一吊裝為例）

鋼絲繩選用： 1 根80t 級(jí)平衡梁，2 對(duì)φ39mm×16m 的鋼絲繩扣，每根2 圈使用，4 個(gè)55t 卸扣。鋼絲繩受力示意圖見圖5。

φ39mm 的 鋼 絲 繩 容 許 拉 力 為 ：T=P/K=790/6=131kN

式中：T——鋼絲繩的容許拉力，N；

P——鋼絲繩的最小破斷拉力，查表得P=790kN；

K——安全系數(shù)，K=6。

圖5 鋼絲繩受力示意圖

S=G/2nsinβ= 1.1×600kN/（2×3×sin75°）=113.8kN式中：G——設(shè)備及吊索平衡梁的計(jì)算重量，N；

β——吊索與平衡梁之間的夾角，β=75°；

n——繩索的股數(shù)（兩圈使用，即n=3）；

S——每根鋼絲繩的拉力，N。

吊裝安全校核： S（113.8kN）＜T（131kN），故選用的鋼絲繩滿足吊裝要求。

1.5.2 吊耳強(qiáng)度校核（以某一吊裝為例）

圖6 為吊耳尺寸示意圖，圖7 為吊耳受力示意圖。

圖6 吊耳尺寸示意圖

管軸材質(zhì)：20#；管軸規(guī)格：φ325×12mm；許用彎曲應(yīng)力［σ］=146MPa。

單個(gè)吊耳吊裝重量：60×1.65/2=49.5t

圖7 吊耳受力示意圖

2 針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的過程控制

2.1 現(xiàn)場(chǎng)機(jī)索具檢查

建立到場(chǎng)機(jī)索具檢查制度， 對(duì)到場(chǎng)的機(jī)索具進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題的索具立即自現(xiàn)場(chǎng)清除。 建立機(jī)索具日檢制度，形成檢查記錄存檔。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)交底

針對(duì)于上述內(nèi)容， 吊裝過程的動(dòng)態(tài)閉環(huán)管理要求現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)交底同樣為動(dòng)態(tài)模式， 這樣利于書面內(nèi)容的立即落實(shí)，避免了溝通不暢引起的吊裝問題。

2.3 加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)溝通

若想順利、流暢、安全地開展吊裝作業(yè)，必須緊跟現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，融入到這個(gè)動(dòng)態(tài)閉環(huán)管理的每一步中；在施工過程中與吊裝作業(yè)相關(guān)的各方進(jìn)行溝通， 全面掌握吊裝安全串聯(lián)系統(tǒng)的特點(diǎn)， 充分考慮所有影響因素， 將各個(gè)影響因素的變化情況實(shí)時(shí)反映到動(dòng)態(tài)閉環(huán)管理模式中，做到有問題立即處理，最終得到科學(xué)、合理、切合實(shí)際的執(zhí)行方案。