教學用塔機實訓模式研究

劉承桓，魯衛濤,2，張磊慶，尹如法，崔新亮

(1.中國建筑科學研究院有限公司 建筑機械化研究分院，河北 廊坊，065000；2.中國建設教育協會，北京 100000；3.廊坊凱博建設機械科技有限公司，河北 廊坊 065001)

塔式起重機（以下簡稱“塔機”）作為建筑行業主要的垂直運輸機械，是決定工程質量、進度和成本的重要因素。塔機按變幅方式可分為平臂式和動臂式，平臂式塔機臂架較長，轉動時，覆蓋面積大，動臂式塔機起重量大，施工時吊臂可不超出工地圍欄，不跨越相鄰建筑物，避免相鄰塔機間的干涉。在八大類特種設備事故中，塔機事故發生率高居榜首，人員傷亡數量也位居前列，如何有效降低塔機事故發生率是建筑行業亟待解決的難題。相關學者對塔機事故進行研究后認為“人的不安全行為是影響塔機安全的重要原因”。為此，本文分析了塔機特種作業人員培訓考核現狀，對塔司實操考訓裝備和實操培訓模式進行了研究。

1 國家政策與行業背景

國家先后出臺了《建筑起重機械安全監督管理規定》、《建筑施工特種作業人員管理規定》等法律法規文件，對建筑施工特種作業人員的培訓考核、發證、從業和監督管理做了具體要求，塔機特種作業人員類別為如下類：安裝拆卸工、司機、司索信號工、安裝質量檢測工，塔機司機上崗需持“特種工操作證上崗”，但建筑起重機械司機（塔機）特種作業證并沒有區分動臂式塔機操作和平臂式塔機操作。

建筑起重機械司機（塔機）的培訓與考核主要由住房城鄉建設主管部門指定的特種作業人員培訓考核機構完成，培訓考核機構受設備成本、訓練成本、設備的維護保養、實操場地等種種因素的制約，無法滿足日益增長的培訓考核需求，絕大多數培訓考核機構重取證，輕培訓；重理論，輕實操；重經驗教學，輕系統學習，使得綜合實操訓練被弱化。

2 塔機司機實操考訓裝備與實操培訓現狀

國內塔司培訓中，普遍使用工地淘汰的二手平臂式塔機進行實操培訓，因此事故多發；使用施工用塔機進行培訓能耗高、成本高，培訓效果差、效率低下，一般塔機司機的培訓周期需要2個月以上；由于部分塔司學員缺乏安全意識，而施工用塔機培訓的適應性又不足，培訓中存在安全隱患。另外，國內幾乎沒有能開展動臂塔實操考訓的培訓單位。

因此，是塔司培訓專用設備缺失導致了塔機培訓工作整體滯后于塔機技術發展的要求和建筑市場的需求，進而帶來了塔機操作安全方面的隱患，所以開發實訓專用的教學型裝備已迫在眉睫。

3 存在的問題

1）塔司培訓周期長無法滿足快速發展的建筑行業對塔機司機的數量需求。

2）學員上下塔機耗時費力，學員有效上機實操時間短，操作不熟練、不規范，給日后操作帶來了隱患。

3）施工用塔機可開展的教學科目有限，教學效果不理想，教學安全保障不夠。

4）施工用塔機駕駛室容量小，不允許多人同時登塔，學員無法近距離了解塔機結構組成，也無法當場交流實操技能。

5）缺乏監控回溯系統，導致實操培訓與考試過程不夠透明。

6）我國塔機存量大，塔機流動性強，駕駛人員需求逐漸增加，培訓市場活躍，但建筑起重機械司機培訓周期長，持證學員數量和效果不能滿足現階段市場上的塔機應用需要。

7）動臂塔機的操作特點與平臂塔機差別較大，其操作也需有專門的教學設備進行專業化培訓，但市場上沒有專門用于教學培訓的動臂式塔機，能開展動臂塔考訓的培訓單位寥寥無幾，各地安監、質監主管部門也極少開展動臂塔司考試。

4 行業需求與解決方案

4.1 行業需求

行業需求包括以下兩個方面的內容。

1）需要開發專用教學考訓塔機并配安全監控系統和高空作業體感體驗區，具有視頻考評回溯與糾紛處理功能，具有較好的操作容錯性，較大的安全冗余，保證學員實際操作的安全性，具有視頻監控功能可將學員操作過程可記錄與追溯，保證塔司學員的實操考核客觀公正，能夠幫助培訓學校解決塔機駕駛人員在技術培訓上的“缺乏專業考訓裝備”、“考訓效率低下”、“考訓安全隱患”等諸多問題，克服普通塔機用來教學的種種弊端，提高實操安全性，降低實操培訓成本，提高學校收益。

2）基于教學考訓塔機形成具有建設機械行業特色的“系統性教學培訓與實操訓練體系”改變培訓模式，結合建筑施工機械行業操作培訓特色，運用新實操裝備以培訓實操技能為本，培養學員在工地中的操作和維護設備的能力，扭轉目前塔機操作安全形勢嚴峻的被動局面。

4.2 解決方案

4.2.1 研發應用專業化的培訓裝備

通過教學型塔機的開發應用，增加司機室容員量，增加實操科目，克服普通塔機用來教學的種種弊端。塔機整體設計更加側重于塔機的教學安全及教學實用性，能真實再現施工作業場景和施工作業吊裝動作，使所有將要進入到塔機操作行業的人員，在安全低成本的條件下得到與真實操作環境相同的訓練，提高從業人員的技能和安全素質，使相關作業人員，不僅是持證上崗，而且是真正能夠勝任這項工作。

4.2.2 研究推廣新型培訓模式

基于平臂式和動臂式兩種教學型塔機，研究建筑塔機培訓知識體系，形成整體教學解決方案包括：安全解決方案、施工安全標準培訓、操作能力層面培訓、施工現場安全教育等，最終形成自主知識產權的實訓新模式，根據研究成果編制團體標準，降低實操成本的同時延長實操培訓機時，提升安全素養，提高班次培訓速度，改善培訓效果。

4.2.3 價值與意義

①形成具有建設機械行業特色的“系統性教學培訓與實操訓練體系”；②提高培訓機構系統性教學能力，提升實操教具裝備整體水平，保障培養出理論知識扎實、實操技能優秀的操作手；③促進行業自律，降低塔司培訓單位實操培訓成本，進一步提升行業服務水平。

5 設備研發與試制

5.1 研發路線

廣泛吸取國內施工塔機的使用特點，立足于教育培訓需求，開展自主創新。深入研究同類設備的特點，結合國內已有的相關科技成果，確定主攻方向，自主研發新技術新產品。從技術、裝置等方面有突出的創新，保證關鍵技術擁有自主知識產權。研發流程如圖1 所示。

圖1 教學型塔機研發流程

5.2 教學型塔機

5.2.1 設計計算

教學型塔機的研究和設計嚴格執行國家相關標準，按照簡化自由度的數值計算法和動載系數法進行了設計計算，建立了教學型塔機的簡化計算模型，并進行了靜力學、運動學、動力學分析。

5.2.2 平臂式教學型塔機

平臂式教學型塔機（圖2）主要技術性能參數如下。

最大工作幅度 16m

最大幅度額定起重量 400kg

最大額定起重量 1 000kg

最大起升高度 12m

容員量 10 人

圖2 平臂式教學型塔機

5.2.3 動臂式教學型塔機

動臂式教學型塔機（圖3）主要技術性能參數如下。

最大工作幅度 16m

最大幅度額定起重量 400kg

最大額定起重量 1 000kg

最大起升高度 29.5m

容員量 10 人

圖3 動臂式教學型塔機

6 實施應用

經教學型塔機示范基地示范應用（圖4），教學專用塔機及新型培訓模式具有如下優勢。

圖4 教學型塔機在示范基地的應用

1）學員上下方便，各種功能齊全，操作靈活，控制精準，速度設計適中，安全系數大，適合訓練和考試使用。

2）教學型塔機為塔機教學專門設計，設置雙排學員觀摩區，高空作業體感體驗區，允許多人同時登塔開展教學和空中體驗觀摩。

3）配置雙座椅駕駛室便于進行示范操作和考察；教練員在緊急情況下可以切斷控制電源，阻止危險情況發生。

4）塔機外觀設計簡潔，安全系數可靠，具有較大安全冗量，保證學員誤操作情況下的結構安全。

5）配備安全作業監管信息化系統保障安全；配備視頻圖像系統，可以遠程考評、教室內觀摩；糾紛數據回溯復核。

6）裝配式預制基礎、快拆快裝系統，安拆方便，便于轉場運輸和快速架設。

7）教學型塔機整機采用超冗余結構安全設計，保證教學全程安全。

8）教學型塔機的安全監控系統具有故障預警、報警、停止危險動作并自動糾錯、自動結束危險狀態、自動歸位等功能。

9）超大型訓練駕駛室、教練副駕駛位改善了教練員和學員的考訓環境。

10）可同時開展動臂式塔機和平臂式塔機實操培訓，增加了塔司實操考訓科目，提升了塔司操作技能。

7 結語

教學型塔機和新型培訓模式的應用顯著增加實訓機時，保障學員技能，降低了學員實操安全風險指數，提高了實操考訓速度，增加了塔司實操科目，實現了學員實操過程能全程記錄，學員實操考評視頻可回溯，增加了實操考試透明度，減少了考試糾紛，進一步規范了實操檔案的建設；實現了對實操學員的全程監控和技術指導。培訓滿意度大幅提高，各方受益明顯。推廣后可以極大提高塔機操作與維修保養人員的訓練手段和裝備水平，對引領塔機培訓行業完成實操教學轉型，促進建設機械崗位人員實操技能水平具有創新意義。