建筑鋼結構工程的生產安全風險分析

吳慶杰

（上海建工一建集團有限公司，上海 200120）

裝配式建筑主要包括預制裝配式混凝土結構、鋼結構、現代木結構建筑等。我國鋼結構行業發展速度飛快，得益于鋼結構獨有的特性，比如說自重輕、強度高、抗震性能好、施工速度快等優點，其已被廣泛應用于眾多大型廠房、場館、超高層（如上海中心大廈、上海白玉蘭廣場）、商辦項目，甚至包括部分住宅類項目中。鋼結構工程相比于現澆混凝土結構有眾多優點外，也有眾多不同的施工特性，其施工周期包含多個階段，涉及前期深化設計、工廠加工制作、施工現場吊裝和安裝等，每個階段均需考慮安全風險管控。同時鋼結構工程與其它專業工程（土建、幕墻、機電等） 聯系緊密，對它們現場安全管控有巨大影響。

1 工程概況

科力遠新能源系統集成研發總部項目（以下簡稱為“科力遠項目”） 用地面積逾2.4 萬m，總建筑面積逾9.2 萬m，地下一層結構； 地上3 棟塔樓，主要由1、2、3 號樓及1、2 號樓配套裙房組成（塔樓最高為14 層，裙房最高3 層），地下室部分為鋼管混凝土結構，地上為鋼框架結構。鋼結構總噸位7000t，建成后為科技產業園區的一部分。

2 作業特點

2.1 施工特點

鋼結構工業化生產程度高，主要由型鋼和鋼板等制成的鋼柱、鋼梁、鋼桁架、預制樓梯等構件組成。一般而言，鋼結構工程的構件或部件較多，科力遠項目的鋼梁、鋼柱就有9800 多根。鋼構件在專業加工廠制造，然后運至施工現場，通過起重機械吊運至結構面，過程中存在大量的裝卸和吊運風險，并采用焊接和螺栓等連接方式進行拼裝，過程中存在大量的臨時用電、焊接作業風險。同時鋼結構工程施工遵循鋼柱、鋼粱、桁架（壓型鋼） 板依次施工的流程，作業面處于不同高度，有高處作業和垂直交叉作業的風險。另外，當建筑外圍有勁性柱/粱或混凝土結構施工時，結構外圍會搭設腳手架，其他一般框架鋼結構工程往往采用無腳手架體系，存在大量的臨邊作業和物體打擊風險。

2.2 人員特點

與傳統鋼筋混凝土結構不同，單棟鋼結構施工班組作業人員需求數量相對較少，科力遠項目一棟單體一般配置27 人左右，其中吊裝4 人，柱子校正3 人，螺栓安裝2 人，焊接3 人，樓層板安裝6 人，樓板栓釘固定2 人，安全設施設置5 人，安全監督2 人，多單體各工序流水施工。同時，鋼結構工程“高空、高危、高風險、重體力、技術要求高” 的作業特性對作業人員年齡、精神狀態和身體素質的要求高。另外，鋼結構工程對作業人員的能力要求較高。根據行業規定，專門或經常在墜落高度基準面2m及以上有可能墜落的高處進行的作業人員需考持有高處作業操作證，動火作業人員需持有建筑焊割（操作） 工證，以后也可能需配備鋼結構吊裝工等特殊工種，以上使得鋼結構班組逐漸趨于年輕化和專業化。

3 主要工作和安全風險

3.1 圖紙深化工作

深化設計也叫做“二次設計”，其目的主要在于對業主提供的原設計圖紙中無法達到國內法規深度要求的部分進行合理細化，是鋼結構實施過程中最關鍵的環節，對后期的安全管控也尤其重要。考慮總包鋼結構管控力量不足，無法自行進行深化工作，科力遠項目將鋼結構深化設計、加工制作及現場安裝統一發包給一家鋼結構專業分包單位。在項目前期，業主方提供手續完整設計圖紙，專業單位根據藍圖進行“二次設計”，將結構拆分成梁、柱、梯等構件，并將所有構件獨立編號制成加工圖，最終形成深化圖，用于指導加工制作。

為有充足的深化時間，一般選擇提前深化，科力遠項目的深化設計在構件加工前2 個月開始實施，設計中充分考慮現場安全輔助措施與構件的融合，如吊裝用的吊耳、設置在主梁下翼緣的安全平網掛鉤等。深化中考慮鋼結構與其他專業工程的配合，如與土建的銜接、機電管線洞口預留、幕墻埋件設置等，其設計深度決定了后期專業單位生產安全管控的難易程度，如勁性鋼柱與現澆粱水平鋼筋交接部位設置套筒可以減少大量的焊接施工，幕墻埋件提前在鋼梁中進行預留可以減少后期高處動火作業產生的消防隱患。

3.2 工廠加工制作

鋼結構構件標準化程度關系到現場安裝效率和安全性。為保證構件的標準化生產，從管理角度，總包有必要提前考察加工單位，涉及生產線情況、產能、工廠構件堆場、工廠與現場運距等，全面衡量加工廠綜合實力，既確保加工廠產能能夠滿足現場鋼結構供應，也能確保加工廠有精確化實現深化圖紙要求的實力，對安全輔助設施等進行提前預埋，避免疏忽遺漏。

3.3 現場吊裝作業

目前結構安裝常用的起重機械包括履帶式起重機、汽車式起重機、塔式起重機等，比較常見的是塔式起重機。在項目前期策劃階段，根據項目單體布置、材料堆場情況以及現場最重鋼構件或部件位置等綜合考慮塔吊的位置、最大吊運重量和吊運半徑等，對塔吊選型和數量進行確定。科力遠項目3 棟塔樓配備了3 臺塔吊，兩臺為STT373 （最大吊運重量18t），一臺為STT200 （最大吊運重量12t），能滿足現場最重的一根構件（10.5t） 的吊裝工作。吊裝過程中根據計劃吊裝路線進行吊裝，從樓梯位置開始吊裝，先柱后梁，嚴格檢查構件或部件的吊點，并對吊運鋼絲繩的直徑、編結長度和磨損程度進行檢查，吊裝前嚴格檢查捆綁在柱上的工具爬梯和防墜器，并對塔吊司機、司索指揮等特殊工種進行教育、交底，嚴格執行“十不吊”。施工人員不得站在起吊構件上，也不得站在構建運動方向和垂直下方，禁止無關人員進入吊裝區域。若施工現場進行鋼結構夜間施工，需有足夠的照明，確保吊運等作業安全受控。

3.4 現場安全管控

鋼結構工程的安全事故多以結構失穩坍塌、高處墜物、火災等形式發生，近年來也發生堆場構件傾倒以及違規起吊造成物體打擊的事件。鋼結構施工存在大量的攀爬作業，現場涉及眾多登高及輔助裝置，如鋼柱上的工具爬梯和防墜器。到工作面時，人員一直處于高處作業的狀態，出于安全考慮，現場需大量設置水平和豎向的安全防護，從人員安全帶的佩戴、鋼梁側/結構邊臨時鋼絲生命繩的張拉、電梯井和管弄井區域的垂直防護、防墜安全平網和建筑物外側挑網的布置等，均從設施上完善應急管控措施。隨著新標《墜落防護安全帶》 （GB6095—2021） 的實施，規定了墜落懸掛用帶的要求。高處作業人員隨身物品也需加強管理，以防掉落造成物體打擊。同時，鋼結構工程大量的焊接工作，現場除做好設備的臨時用電管理外，一般會定制鋼柱焊接操作平臺、定型化的粱邊焊接吊籠、工具式接火斗等。除此以外，氧氣、乙炔、二氧化碳危險品的存放和消防管控、氣瓶的吊運以及高處突發事件應急處置等，均為鋼結構安全管控的重點。

3.5 危大工程管理

鋼結構施工中常常涉及超過一定規模的危險性較大的工程，比如： 1） 跨度大于36m以上鋼結構安裝工程； 2） 跨度大于60m以上的網架和索膜結構安裝工程； 3） 用于鋼結構安裝等滿堂承重支撐體系，且單點集中荷載不小于700kg； 4） 采用非常規起重設備、方法、且單體起吊重量在100KN以上的起重吊裝工程； 5） 起重量300KN以上的起重設備安裝工程需要編制安全專項施工方案并經專家組論證通過。

4 發展方向和安全管理思考

4.1 增強管理深度

如前所述，鋼結構工程的深化設計、加工制作、現場安裝統一發包給一家鋼結構專業分包單位，對專業單位的自我管控和合同履約能力要求高，長此以往造成總包對分包的依賴。由于總包的抗風險能力高，能充分發揮總集成的作用，從精細化管理角度，可以探索將深化工作與鋼結構專業單位剝離，探索自行優化和深化，統籌進行專業間的協調和節點優化工作。

同時，在當前鋼結構管理過程中，存在大量工作面移交，即安全責任移交工作。一是鋼結構桁架（壓型鋼） 板鋪設完畢后移交給土建單位，移交時現場管弄井洞口、電梯井口區域往往處于臨邊、洞口防護缺失的狀態。二是土建結構驗收后，幕墻單位進場進行龍骨和玻璃安裝前，土建單位將樓層臨邊防護移交給幕墻單位。為解決移交后的安全風險，主要從水平和豎向防護著手，水平向防護可以采取兩道安全平網設置，一道位于桁架板下側，另一道位于鋼梁下側，兩層隔離避免了兩個操作面的高墜風險，豎向防護可以采取結構外圍防塵安全網封閉體系，既解決樓層臨邊護欄轉換、移交的風險，也避免后期噴涂防火涂料對幕墻和環境的污染。

另外，加工后的鋼構件一般處于廠區存放、運輸、現場堆放、構件安裝等階段，總包可以聯合加工單位采用信息化手段（一般是建立數據庫，并于構件上張貼二維碼，二維碼中有構件的編號、規格、平面位置、生產日期等信息），進行數據動態更新，加強對每個構件的狀態追蹤，避免出現鋼柱、鋼粱已經安裝到一定高度，但鋼樓梯遲遲未到現場，導致攀登作業風險頻繁發生，也避免發生鋼柱吊裝完畢后，鋼梁未及時運至現場安裝，導致未形成完整的框架體系，造成安全風險。

4.2 進行體系融合

鋼結構既可以與混凝土結構，也可以與預制混凝土（PC） 結構相結合，充分利用各自材料性能的優勢，個別商辦項目（如在建的上海安踏總部項目） 已經實現現澆柱、預制PC梁和桁架板的結合。鋼筋桁架板優勢在于能夠承受混凝土自重和施工荷載，無需搭設和拆卸任何臨時腳手支撐，科力遠項目現澆結構模板采用鋼筋桁架板，現場未加設支撐。可在實際施工過程中，由于混凝土澆筑集中導致局部沖壓力過大，荷載較大，從而出現局部桁架板下陷的現象，甚至在類似項目出現混凝土澆筑過程中，桁架板破損，人員從澆筑層墜落的安全事故。出于安全考慮，個別項目在設計說明中明確了鋼筋桁架樓承板最大無支撐跨度（表1），超過跨度下方需設置臨時排架支撐。另外，當鋼筋桁架板與預制PC梁結合時，由于桁架板無法擱置在PC梁上，且兩者也無法通過栓釘作為固定件，使得鋼筋桁架板下仍需要搭設排架體系，以滿足擱置和施工荷載要求。

表1 鋼筋桁架樓承板型號

與傳統鋼結構運用于承重荷載大的結構、大跨度結構或高層建筑不同，住宅建設理念也開始朝著新型工業化的建造方式轉變，2022 年年初，住房和城鄉建設部發布了《 “十四五” 建筑業發展規劃》，其中明確大力發展裝配式建筑，積極推進高品質鋼結構住宅建設。部分業主方也已在住宅工程中運用鋼結構（如在建的上海市北高新22 -01 地塊租賃住宅項目）。值得重視的是，由于住宅工程內部劃分細，構件量多，吊裝、螺栓安裝和焊接工作量大且散，對生產、安全管控帶來一定壓力。同時，現場鋼結構住宅外墻構造和施工相對傳統鋼筋混凝土住宅外墻更為復雜，個別鋼結構項目上部圍護體系為預制混凝土保溫夾芯外掛墻板，即PC幕墻，需提前深化連接形式，并將PC幕墻的吊裝至外圍進行固定，對項目安全管控帶來新挑戰和風險。

4.3 關注產業化發展

與傳統工地現場露天作業不同，裝配式鋼結構工程工業化生產程度高，涉及兩個方面，一是工廠加工制作，二是現場吊裝、安裝，對作業工人專業性和危險環境作業能力是一項挑戰。在城市化進程中，為滿足建筑業作業人員的大量需求，并培育高素質作業人員，減少施工過程中“人的不安全行為”，作為鋼結構加工單位、現場專業施工單位可以對住建部“十四五” 中關于改革建筑勞務用工制度的要求進行思考，響應培育自有建筑工人，加強技能培訓，并完善建筑工人社會保險繳費機制，從而減少人員流動，有條件的按照國家規定進行上崗前、在崗期間和離崗時的職業健康檢查，為工人產業化創造條件，滿足新一代建筑工人對歸屬感、地位和尊嚴的需求，從而促進建筑業持續健康高速發展。

5 結語

鋼結構工程具有特有的自身優勢，容易實現設計標準化、構配件生產工業化、施工機械化和裝配化，且其深化設計、加工制作不受現場條件影響。本文以科力遠項目為引子，結合其他鋼結構項目，從設計和施工的角度，分析現場安全管控，提醒總包鋼結構安全管理不應只是現場的事中、事后管理，也應重視事前策劃工作，即前期的深化設計及加工制作。合理的深化和精確地加工工作是前提，在現場有序的堆放、吊運、安裝、焊接等基礎上，才能保障鋼結構工程建設周期的安全生產。同時我們也應認識到鋼結構工程在施工安全管理上仍有很多不確定因素待完善、解決，以后的工作中，也需思考鋼結構與其它體系的融合以及工人產業化的推進工作，從而更好的推動鋼結構工程又好又快發展。