智能施工平臺作業安全規范研究

馬 羚， 張 昊， 郭紅領， 田士川

(1. 清華大學 土木水利學院，北京 100084；2. 廣東博鼎建筑科技有限公司，廣東 佛山 528312)

全球很多國家及地區正面臨著嚴重的建筑業從業人員老齡化問題。聯合國將45歲及以上勞動力定義為老年勞動力[1]。中國建筑業老年勞動力占建筑業從業人員總數的比例不斷上升，在2018年高達38.6%[2]。香港建筑業40歲及以上的從業人員占香港建筑業從業人員總數的比例在2019年高達67%[3]。截止2018年，美國建筑業老年勞動力占美國建筑業從業人員總數的比例近40%[4]。此外，日本和韓國也面臨著建筑工人不足和從業人員老齡化問題[5,6]。盡管建筑業從業人員呈現老齡化趨勢，但是我國建筑業從業人員需求仍然龐大。未來，特殊工種將可能面臨較大的供應壓力，存在斷供風險。

同時，全球建筑業的安全生產形式較為嚴峻。根據國際勞工組織的估計，全世界每年在建筑工地上發生至少60000起致命事故，每10 min發生一次致命事故[7]。2015年起中國房屋市政事故起數和死亡人數逐年上升，2019年全年共發生事故773起，死亡904人，相比2015年分別上漲42.8%和63.2%[8～12]，安全事故起數和傷亡人數仍然居高不下[13]。2017年，歐盟28國共發生了3552起致命事故，其中建筑業占五分之一以上[14]。在澳大利亞，建筑業是事故高發的四大行業之一[15]。建筑業安全事故不僅造成大量人員傷亡，還伴隨著巨額的經濟損失[16]，傳統高風險建造方式阻礙了建筑業未來發展，同時也促使建筑業轉型。

智能建造被認為是解決勞動力老齡化和特殊工種短缺問題的有效途徑，并提升建造效率，保障施工安全和質量[17]。目前，既有挖掘、砌筑、噴涂、焊接、抹平、搬運等單任務施工機器人，也有綜合自動化建筑系統(SMART)[18]、高層鋼結構智能建造系統(ABCS)[19]、高層鋼混結構的天蓋系統(Big Canopy)[20]等集成多種施工機器人、傳感器和設備，并為其提供作業面、臨時防護的施工平臺[21]。相比于單任務機器人，集成多種作業任務的施工平臺更具發展潛力。國內的自動化施工平臺研發晚于國外，且多集中于高層建筑[22～25]。

智能施工平臺是指融合多種作業場景、集成多種施工設備和多種施工工序的施工作業平臺，能夠在系統的控制下實現多作業場景、多工序的自動化和智能化施工。智能施工平臺搭載設備眾多、工序繁雜、空間有限、設備移動頻率高，在實際施工應用中存在較多的安全風險，然而目前尚缺少適用于智能施工平臺的安全作業規范。為了支撐智能施工平臺的安全作業，本研究將以智能施工平臺為研究對象，依托現行相關作業與安全標準規范，結合文獻查閱和專家調查等方式，探究智能施工平臺對現有施工安全規范的適用性，構建適用于智能施工平臺作業的安全規范清單。此外，這也可為智能施工平臺的作業安全管控規范的編制提供參考，從而降低平臺作業風險，促進建筑業轉型升級。

1 研究方法

本研究首先采用文獻查閱法對智能施工平臺安全管理的相關規范進行篩選及分類，構建智能施工平臺安全管控規范清單框架，然后結合專家調查對所構建規范清單的適用性進行分析，最終形成適用于智能施工平臺的安全規范清單。

(1)智能施工平臺作業安全管控規范清單框架構建。通過分析智能施工模式，一方面選取新型施工模式相關的關鍵詞，篩選相關國家標準、行業標準和地方標準；另一方面，詳細查閱現行國標(含強制性標準和推薦性標準)，明確智能施工平臺相關的國家標準。進而，結合調研的智能施工平臺安全管控基本情況，構建智能施工平臺作業安全管控規范清單框架。

(2)智能施工平臺作業安全管控規范清單適用性分析。邀請智能建造領域的專家對構建的智能施工平臺作業安全規范清單各級明細的適用程度進行判斷，采用五級量表，1分代表很不適用，2分代表不適用，3分代表一般，4分代表適用，5分代表非常適用，專家可補充相關標準規范并進行適用程度評價。取各專家打分的平均值Em作為某條具體細則的適用性得分：

(1)

式中：Em為第m條細則的適用性得分，m=1，2，…，94，Em=1～5；Ami為第i個專家給第m條細則適用程度的評分，Ami=1，2，3，4，5；n為專家個數。

經過統計分析和專家溝通，剔除平均分在3分以下(認為不適用)的細則，形成適用于智能施工平臺作業的安全管控規范清單。

2 安全規范清單框架構建

基于工程“事前-事中-事后”的全過程控制理念[26]，結合相關標準，構建智能施工平臺作業安全管控規范清單框架。

2.1 相關規范梳理分析

通過分析智能施工平臺的關鍵組成部分，確定了以“爬升模板、平臺”“混凝土布料機”“塔式起重機”作為新型施工模式的關鍵詞，搜索相關的建筑業國家標準、行業標準、地方標準、團體標準和企業標準，得到10部相關標準，如表1所示。

表1 基于關鍵詞檢索的智能施工平臺安全管控相關標準

同時，通過廣泛閱讀和整理建筑業現行國家標準(含強制性標準和推薦性標準)，獲得與智能施工平臺相關的國家標準，如表2所示。

表2 智能施工平臺作業安全相關的國家標準

2.2 作業前安全規范分析

正式施工前，需根據項目情況制定專項施工方案。智能施工平臺的模架設計、裝拆和施工等過程屬于新技術、新工藝、新結構等特殊施工范疇，需通過必要的實驗論證或安全技術分析報告，相關內容在GB 50870—2013《建筑施工安全技術統一規范》第7.1.1條和GB/T 50502—2009《建筑施工組織設計規范》第6.5.3條等標準中多次被提及。由于智能施工平臺體型龐大，在正式使用前，需對產品進行質檢，確保產品各項性能指標合格。為降低或規避重大風險，需制定應急救援預案，保障人員的安全。

根據GB 50606—2010《智能建筑工程施工規范》第3.1.2條的規定，智能建筑工程的施工必須由具有相應資質等級和安全生產許可的施工單位承擔。施工單位應當建立并實施新施工機具與設備管理制度和配備計劃，對施工機具與設備的配備、安裝、拆除與驗收、使用與維護等安全技術規程做出規定。此外，根據GB/T 50358—2017《建設項目工程總承包管理規范》第7.3.3條和GB/T 50130—2018《混凝土升板結構技術標準》第7.1.4條等標準，需對操作、安拆和維護等特殊工序作業人員進行技術交底及培訓工作，確保人員培訓合格、資質審核通過。以上均為在作業前所涉及到的安全管控規范內容。

2.3 作業中安全管控規范分析

針對作業過程，相關規范主要涉及裝置類和管理類兩方面內容。裝置類主要包括防護裝置和應急裝置；管理類主要分為安全管理、檢驗與試驗、材料管理、機具布置和成品質量。

在裝置類方面，防護裝置主要用于施工安全。例如，限位裝置可以確保運送設備在運動過程中準確與操作平臺正常對接，防止出現碰撞事故；減速開關則可以在運送設備與靠近平臺時，控制設備的運行速度。這在DB 37/T 5024—2014《建筑施工操作平臺與運送設備組合系統技術規范》的第7.3.3～7.3.6條給出了具體規定。在施工過程中，需設立相應的縱向、水平、高空防墜裝置，保障施工安全；同時需設立接地防雷、外部防雷裝置，做好避雷、防雷工作。此外，電氣系統需符合GB 50194—2014《建設工程施工現場供用電安全規范》等的要求，做好相應的短路、過流、零位等電氣保護工作；應急裝置需根據GB 50720—2011《建設工程施工現場消防安全技術規范》等的要求，做好臨時應急照明、供電、供水等工作。

在管理類方面，安全管理需做好安全監測設備及安全監測預警系統、安全作業人員等工作。在整體鋼平臺模架施工過程中，根據JGJ 459—2019《整體爬升鋼平臺模架技術標準》等相關規定，需在相應的位置安裝自動風速記錄儀、位移傳感系統及重力傳感系統、照明及信號指示和安全警示裝置來確保施工安全。而為了確保整體鋼平臺模架在運行過程中的安全，需對其爬升速度、爬升升差、爬升間隔、承載力和剛度、安全距離等進行信息化監控，并需滿足JGJ 459—2019《整體爬升鋼平臺模架技術標準》等相關標準的規定。同時，在作業過程中，應配備相應檢測人員、維護人員等，保護施工人員的安全。

施工機具在布置時，特別是腳手架、塔吊等，需滿足JGJ 196—2010《建筑施工塔式起重機安裝、使用、拆卸安全技術規程》和GB 51210—2016《建筑施工腳手架安全技術統一標準》等標準和規范的要求。而DB 11/611—2008《施工現場塔式起重機檢驗規則》指出，需對塔式起重機提前進行空載試驗及日常檢驗工作，確保塔式起重機各種安全裝置工作有效可靠，各機構運轉正常，制動可靠，操縱系統、電氣控制系統工作正常。此外，在作業過程中，需要進行質量控制，且成品質量需符合GB 50204—2015《混凝土結構工程施工質量驗收規范》和GB 50300—2013《建筑工程施工質量驗收統一標準》等相關標準的要求。為保證作業中施工安全，智能施工平臺作業安全管控應符合上述要求。

2.4 非作業安全管理規范分析

非作業管理主要涉及停工及復工管理、非作業階段的防護措施及工程文件歸檔等工作。根據JGJ 459—2019《整體爬升鋼平臺模架技術標準》第9.1.5和10.1.13條、DB 37/T5024—2014《建筑施工操作平臺與運送設備組合系統技術規范》第9.3.10條、JGJ 196—2010《建筑施工塔式起重機安裝、使用、拆卸安全技術規程》第3.4.8條以及GB/T 50130—2018《混凝土升板結構技術標準》第6.4.6條等要求，遇到大風、大雨、濃霧、雷電或者冰雪天氣時，必須停止智能施工平臺的使用，如當平臺頂部風速大于12 m/s時，應停止安裝拆卸工作，并且在停風后需要進行質量檢驗后才能繼續使用。同時，智能施工平臺應當設置相應的加固設施及電源保護裝置；相關的新機具和設備檢查記錄等工程文件應當隨工程建設進度同步形成，并及時做好歸檔工作。以上均為施工平臺在非作業階段所涉及的安全管控規范內容。

綜上，本研究將智能施工平臺作業安全管控劃分為作業前準備、作業中管控和非作業管理三個階段(一級分類)，并在各階段下設16個二級明細、32個三級明細和49個四級明細，并附相關規范的具體條文。

3 安全規范清單適用性分析

針對上述構建的智能施工平臺作業安全規范框架，本研究面向智能建造領域五位專家開展了規范適用性調查，所有專家均具有豐富的建筑業從業經驗，以及智能建造產品研發或實踐經驗。在調查前，通過詳細地介紹與溝通，使每位專家熟悉本研究所構建的智能施工平臺安全規范清單框架。根據專家反饋，按照式(1)的計算原則，剔除平均分在3分及以下(不適用)的安全細則。最終，原始表格中88%的四級明細被保留，46%的細則適用性得分超過4分(適用)，如大風、大雨或冰雪天氣的施工管理，作業與安拆人員的管理等，這些都應當作為重點事項進行管理。而位移傳感系統及重力傳感系統、爬升間隔、臨時應急照明、溫度監測點等被認為適用性相對較低，在當前的智能施工平臺中運用較少，從原清單中剔除。同時，JGJ 202—2010《建筑施工工具式腳手架安全規范》和JGT 546—2019《建筑施工用附著式升降作業安全防護平臺》需要在智能施工平臺安全管控規范清單補充。

通過剔除和補充，形成智能施工平臺作業安全管控規范清單(表3)，共包含作業前準備、作業中管控和非作業管理3個一級分類，16個二級明細，28個三級明細和33個四級明細。

表3 智能施工平臺作業安全管控規范細則

4 結 語

隨著建造自動化和智能化的快速發展，行業界和學術界陸續研發了施工機器人和智能施工平臺。各類智能施工平臺陸續進入現場試驗階段，但仍缺乏相應的安全規范對其安全作業進行指導。本研究通過資料分析和專家調查等方法，基于“事前、事中、事后”管理思想，構建了智能施工平臺作業安全管控規范清單，涵蓋了作業前準備、作業中管控和非作業管理3個階段，16個二級明細，28個三級明細和33個四級明細。專家調查確認了本研究所構建的智能施工平臺作業安全規范清單的行業適用性。

此外，由于智能施工平臺研究與實驗尚在進行中，故目前還難以深入探索所構建安全規則的實際效果。后續研究將結合平臺的實際應用，不斷反饋、完善安全規范清單，建立完善適用的新型施工模式作業安全規范。