錢塘江強涌潮水域橋梁施工安全管理信息化應用

李勝輝 朱夢艷 呂建偉 張穎 尹晨晨

（1.浙江交工集團股份有限公司，浙江 杭州 310051；2.杭州市交通運輸發展保障中心，浙江 杭州 310030）

錢塘江是浙江的“母親河”，是生態保護建設的重要水域，也是浙江杭州城市發展的重要軸帶。“擁江發展”戰略的實施掀起了杭州基礎設施建設的高潮，錢塘江兩岸各大城區聯動，到2022年，杭州建成“四縱五橫三連十一延”共464km快速路網，實現大杭州“45分鐘時空圈”。同時，錢塘江與南美亞馬遜河、南亞恒河并列為“世界三大強涌潮河流”[1]。錢江潮每日兩潮，潮頭最高達3.5m，潮差可達9m，強涌潮水域的橋梁建設在質量控制和安全管理上都存在極大風險。因此，探討如何從手段創新和重大危險源管理等方面提升大橋施工安全管理是非常有必要的。

一、工程概況

錢塘江新建大橋位于杭州市，橋址處于錢塘江強涌潮水域，項目總投資約17.7億元，計劃于2022年亞運會前建成。

圖1 錢塘江新建大橋效果圖

新建大橋毗鄰錢江二橋，是國內首座多跨長聯公軌兩用剛性懸索橋。大橋跨度布置為（73.4+122+4×240+122+73.4）m，全長1350.8m，其中主跨長240m，上層為八車道公路，下層為雙線快軌。

二、項目特點

（一）橋梁結構獨特

錢塘江新建大橋為國內首座主跨240m的多跨長聯公軌兩用剛性懸索橋，無論從單跨跨徑還是孔數，在國內極少有建成的案例可參考，制造精度和難度系數極高。

（二）臨江涉潮

新建大橋位于錢塘江下游強涌潮河段，一是受上游泄洪影響，建橋以來最大泄洪流量15000m/s，流速2.93m/s；二是受下游潮涌影響，譬如天文大潮、鬼王潮和風暴潮，涌潮流速可達5.16m／s，最大涌潮壓力可達76.1kPa。

（三）瀕城涉路

新建大橋兩側連接錢江世紀城與錢江新城，且緊鄰滬杭甬高速公路、浙贛鐵路及滬昆高鐵穿江而過。一是交通流量大、社會關注度高、安全管控風險大；二是受五水共治、揚塵噪音治理、及錢塘江水源保護地等影響，環保要求極高。

（四）全天候作業

新建大橋作為亞運會保障工程，工期僅28個月。從樁基及下部結構施工到上部結構鋼桁梁頂推施工，全過程均需24h全天候作業。

三、安全管控難點分析

錢塘江自古兇險，上有山洪，下有海潮。該區域橋梁施工存在地質水文條件復雜、大型設備吊裝作業空間受限、作業人員相對分散等諸多不利因素，安全管理難度大。

（一）水上施工安全風險

據不完全數據統計顯示，近20年來超過100人被錢塘江潮水奪去生命，1993年10月3日的潮水曾瞬間將86人卷入江中，其中19人死亡，40人下落不明；2002年9月8日風暴潮，導致錢江四橋施工棧橋被沖垮380米。

錢塘江的潮汐屬于不規則的半日潮型，每日來潮時間不定，導致部分不熟悉潮汐規律的人員無法及時規避風險，給安全生產帶來了極大威脅[1]。

（二）吊裝風險

橋址區潮強流急，不具備船舶施工條件。全橋大型吊裝作業全部采用履帶吊配合施工，施工高峰期各類吊機多達20臺，機械安全管理難度大。同時施工水域距錢江二橋僅5.34m，吊裝設備作業半徑均能涉及既有橋梁上空，稍有不慎，將嚴重影響既有橋梁上車輛的行駛安全。因此，在如此近距離的情況下，如何保證大橋建設的起重吊裝安全至關重要。

圖2 新建大橋與既有橋梁位置關系示意圖

（三）作業人員管控風險

在強涌潮水域一是由于施工難度增加不少安全風險；二是無施工船舶，水中缺乏有效的救援設備，必須采用長棧橋作為唯一的交通和應急通道，增大了交通安全風險。同時水中主橋施工各作業面相對孤立，人員進出頻繁且深水承臺施工作業面均在棧橋橋面20m以下。施工人員比較分散，安全管控難度增大；作業環境相對隱蔽，常規巡視監管很難覆蓋。

四、安全管理信息化應用

針對錢塘江強涌潮水域施工作業環境所帶來的上述難點，除了采取傳統的安全管理措施外，結合當前的科技技術及設備，開發研制了多種安全管理輔助設施及安全管理手段。

（一）潮汛預報系統

潮汛預報系統主要由VHF甚高頻通信系統和潮汛播報系統組成。該系統主要由潮汐信息實時監測站點通過VHF甚高頻通信系統預報涌潮時間、涌高等，然后由施工現場潮汛播報系統或QQ、微信群播送給現場作業人員[2]。

圖3 潮汛播報流程

圖4 現場潮汛播報裝置

傳統的潮汛規避方式需根據氣象臺預報時間提前撤離，往往存在撤離過早耽誤工期或撤離過遲出現隱患的問題。但通過該系統的應用可提前約30min將潮汛信息準確地播報給水上作業人員[3]，能夠為水上施工人員撤離提供準確的時間信息，很好地保障了水上施工。

（二）吊裝水域自動化預警系統

吊裝水域自動化預警系統主要由毫米波雷達、無線信號傳輸器、信號處理器及聲光報警裝置組成。高精度毫米波雷達在施工水域與既有建筑物之間設置一道無形的安全臨界網，全天候檢測大型設備的吊臂或吊物是否存在越界行為。若存在，即通過無線設備將信息傳輸至駕駛室，報警提示操作員規避糾正，減少人身和財產損失。

圖5 自動預警裝置組成及工作流程圖

該系統主要核心部件為毫米波雷達，毫米波雷達監測基本原理：毫米波雷達具備非接觸、全天候、全天時檢測的能力。由MCU控制VCO通過發射天線向外發射電磁波，電磁波在空中以光的速度傳播，當遇到目標物之后電磁波將會反射，進入雷達的接收天線。雷達將接收到的信號與發射信號一起送入混頻器，隨后經過低通濾波器得到包含目標信息的中頻信號。然后處理目標的中頻信號得到目標在雷達極坐標系下的距離、位置和速度信息[4]。最后通過聲光報警裝置提醒駕駛員規避。

圖6 毫米波雷達監測原理圖

該系統結合現場施工作業環境，開發了自動預警功能，大大減少了人為監管時空盲區，解決了毗鄰既有建筑物的吊裝安全問題。同時，踐行了“機械化換人、自動化減人”的安全新理念，提升了傳統建筑行業的裝備自動化、數字化、智能化水平，促進了“本質安全”型安全文化建設。

該系統可廣泛應用于涉路、涉橋、房建等復雜環境下的吊裝作業監測預警，對處于該環境下的建筑物、人員、車輛等起到了很好的保護作用。同時，也可拓展用于第三方建筑物的自身預警監測和監控，構筑物聯監測系統，改變監控參數和方式，實時監測已有建筑物的安全性。

（三）安全防護用具物聯監測裝置

安全防護用具物聯監測裝置由數據集中收發器、管理者終端、防護用具內的傳感裝置和電路及信號傳輸裝置組成。具有脫帽監控、人員工作軌跡查詢、人員定位監管等功能，并根據實際使用需求增加了項目部遠程語音通知、SOS應急報警、大數據平臺、施工現場GIS地圖等功能，在后臺增加了考勤管理、安全管理、質量管理等模塊。主要用于以下幾個方面的管理：

1.安全防護用品防脫監測

主要用于監測作業人員是否按要求佩戴安全帽和救生衣。如作業人員未佩戴安全帽或救生衣，則后臺系統發出報警信息，管理人員可以根據系統提示位置找到違規人員，批評教育責令違規人員重新佩戴好安全帽和救生衣。

2.主動求救（一鍵SOS）

施工人員獨自作業發生意外，如坍塌、落物、打擊傷害等事故時，員工受傷有意識情況下，觸摸安全帽SOS求救按鈕，系統報警，并發送短信到安全科。

圖7 現場安裝照片

圖8 現場作業人員

3.遠程語音通知

當突發性危險狀況（如火災、垮塌、洪水、地震等）出現時，指揮人員可用系統對全員發出語音警報，通知人員緊急撤離危險水域。

4.系統自動救援功能

施工人員獨自作業發生意外，如坍塌、落物、打擊傷害等事故時，員工受傷失去意識，系統2min內監測員工無運動痕跡，系統報警，并發送短信到班組長手機。

應用該裝置可以解決安全生產現場作業過程中突發出現的問題，實現感知、分析、服務、智慧、監管“五位一體”，打造“互聯網+”時代的智慧化管理，精細化管理、過程結果并重的安全生產管理新模式。

五、結語

近年來，隨著信息技術的不斷發展，安全管理信息化在企業中的應用程度日益提高。而強涌潮水域施工安全管理由于其所處環境的特殊性，暫時沒有統一的安全管理手段。本文依托錢塘江新建大橋項目，在安全生產實踐中做了一些安全管理的信息化手段創新，取得了較好的安全效益，也總結出了一些方法和經驗，以期對國內外強涌潮水域橋梁施工安全管理起到幫助。