建筑施工塔吊倒塌安全事故分析與安全管理

杜芝良

（山西六建集團有限公司， 山西 太原 030024）

我國素有“基建狂魔” 的稱號， 在建筑領域， 近年來發展也比較迅速， 各類建筑新型建筑技術得到充分應用與推廣， 為高層建筑項目的建設提供保障。 眾所周知， 高層建筑以及超高層建筑在施工過程中， 需要塔吊的配合。 近年來， 我國各地高層建筑數量與日俱增， 在很大程度上增加了塔吊的使用量。 根據權威數據統計結果顯示， 截止2020 年末， 我國各類塔吊保有量超過43 萬臺， 其中大型塔吊占比達到近13%。

盡管塔吊屬于機械設備， 但是在建筑施工過程中需要多種臨建設施的輔助， 如附墻、 基礎等。 塔吊作業具有臨時性特點， 造成其使用風險增加， 不僅事故頻發， 并且事故后果往往比較嚴重。 鑒于塔吊使用過程中經常發生倒塌事故， 需要對其事故類型及成因進行分析， 并提出相應的安全管理對策， 從而預防塔吊倒塌事故發生， 降低塔吊使用安全風險， 為建筑項目施工提供更多安全保障的基礎上， 也為行業發展創造更加穩定的條件。

1 塔吊安全事故統計

有統計數據表明， 從2003—2019 年， 除去非致死事故， 僅塔吊致死事故各地共發生123 起塔吊致死事故， 其中死亡人數達到390 人， 重傷人數達到144人。 在這些塔吊致死事故中， 安裝階段18 起拆除階段43 起， 頂升階段23 起， 使用階段39 起。 其中，塔吊安裝、 拆除、 頂升三個階段事故總和達到84 起，占68.3%， 這三個階段作業性質均為程序式作業（有限時空）， 其承載結構主要是以塔身作為支撐點的，在作業時， 無論是程度干擾， 還是塔身平衡體系被破壞， 均有可能造成嚴重事故。 為方便理解， 文中將上述三個階段統一成為“安拆階段”。 從上述調查結果中可以看出， 建筑工程項目施工中塔吊事故以安拆階段事故發生比例最高， 其次是使用階段。 在上述事故中， 如果以塔吊失效形態作為分析的切入點， 則其中塔身折斷倒塌78 起， 占比63.4%， 吊臂斷裂15 起（12.2%）， 其余為鋼絲斷裂（6 起）、 套架墜落（4起）、 塔頂倒塌（2 起） 及其它（7 起）。

2020 年年初， 我國武漢突發新冠疫情， 國內很多建筑工程項目施工受到嚴重影響， 不少工程不得不停止建設。 但是， 到了2020 年下半年， 我國各地疫情控制良好， 各地高層建筑施工陸續恢復正常。 就是在此種背景下， 根據不完全統計顯示， 2020 年全國共計發生塔吊事故67 件， 這其中有5 起事故造成3 人以上死亡。 在對2020 年全年國內塔吊事故進行分析時發現， 事故主要分為四大類， 分別為高處墜落、 吊物墜落砸人、 機體傾覆倒塌、 擠壓碰撞。 其中， 機體倒塌折斷發生比例最高， 占比達到72%， 高處墜落、 吊物墜落傷人、 擠壓碰撞占比分別為19%、 6%、 3%。從上述數據中可以看出， 機體倒塌折斷是建筑施工塔吊倒塌安全事故的“罪魁禍首”。 因此， 對塔吊倒塌安全事故進行綜合分析， 具有現實意義。

2 塔吊倒塌安全事故類型

2.1 塔吊安拆階段倒塌事故

從上述分析中可以發現， 建筑施工塔吊安拆階段發生倒塌事故的幾率比較高， 主要包括塔帽倒塌、 塔身折斷倒塌、 整體倒塌多種類型。 一般情況下， 塔帽倒塌多發生在塔吊下回轉支撐與塔身連接處， 塔身折斷倒塌主要集中在套架下標準節連接處。 而從安拆階段整體倒塌情況看， 其倒塌類型主要包括基礎翻倒倒塌、 基礎連接失效倒塌。 從內因上看， 安拆階段塔吊倒塌事故中， 主要原因包括安拆質量缺陷、 安拆程序錯誤。 而導致塔吊安拆階段發生倒塌事故的外因主要是安裝與拆卸過程違反標準操作規程， 與此過程缺乏必要安全管控密不可分。

2.2 塔吊使用階段倒塌事故

1） 塔吊整體倒塌： 在塔吊倒塌事故中， 整體倒塌比較常見， 事故主要形態為從基礎開始的翻倒， 常發生于獨立落地式塔吊中。 深入調查發現， 獨立落地式塔吊一般沒有附墻作為依托， 發生整體倒塌的主要內因是獨立落地式塔吊基礎設計不合理， 或者因為基礎連接螺栓不滿足使用需要， 同時發生基礎損傷也是造成塔吊整體倒塌的主要原因。 從外因看， 塔吊整體倒塌事故的根本原因在于安全管理不當， 出現超載現象。

2） 塔吊塔身折斷倒塌： 在建筑施工過程中， 塔吊塔身發生折斷， 主要是因為塔身連接區損傷斷裂，或者由塔身約束體上標準節連接失效而引發。 塔身折斷倒塌位置多發生在最上一道附墻上部， 部分事故發生在塔吊下部（自由高度狀態下）。 同樣從內外因兩個角度進行分析， 塔身折斷倒塌內因主要是塔吊最大受力截面出現連續性失效。 而外因則是塔吊長時間處于高負荷使用狀態， 導致塔身連接區域發生損壞， 與日常維護保養不當有直接關系。

3） 塔吊塔臂折斷倒塌： 在塔吊使用過程中， 塔臂發生的折斷位置主要集中在大臂根、 臂尖和臂中等部位。 通過對塔吊塔臂折斷倒塌事故進行詳細分析可以發現， 塔臂折斷倒塌內因與塔身折斷倒塌基本相同， 均是由最大受力截面連接失效所引發。 外因也與塔吊塔身折斷倒塌相類似。

3 塔吊倒塌安全事故原因

通過分析典型案例， 結合實踐工作經驗， 認為造成塔吊倒塌安全事故的原因主要包括以下幾個方面。

3.1 塔吊標準節失穩

針對多起塔吊倒塌事故的定性分析發現， 多數塔吊倒塌事故發生在塔吊安拆階段， 其安裝過程包括準備工作、 標準節、 頂升支架、 液壓裝置、 組裝轉臺回轉裝置、 塔尖、 駕駛室、 平衡臂、 起重臂等安裝， 在做好上述工作的基礎上， 開始進行頂升。 對于塔吊拆除， 其過程實際上是將塔吊安裝過程反過來。 無論是塔吊的安裝， 還是其拆除， 對技術人員精準操作的要求均比較高， 如果在安裝和拆卸過程中， 技術人員存在責任心不足、 安全意識不高， 或者安拆技能操作流程不當， 均有可能造成螺栓固定問題， 進而出現誤差， 導致塔吊標準節失穩， 最終引發塔吊倒塌。 可以說， 這個環節對人員技術和責任心的要求極高。

3.2 塔吊基礎失穩

在塔吊倒塌眾多不良因素中， 基礎失穩是比較常見的安全風險， 基礎失穩不僅會發生在塔吊安裝過程， 同時也有可能出現在塔吊拆卸過程， 一旦塔吊基礎失穩， 將直接帶來安全事故。 通常認為， 在塔吊安裝之前， 需要對塔吊基礎進行合理設計， 而設計過程中更需要對安裝位置進行詳細分析， 做好地質結構勘查， 從而及時確定安裝區域地質條件。 如果忽視地質結構的影響， 將導致塔吊基礎被健在地質條件相對較差的區域。 我國南方地區地質結構中， 分布很多巖溶， 如果高層建筑將其周圍處于土溶洞上， 在進行塔吊作業過程中， 極易導致塔吊基礎出現局部受力不均衡現象， 從而引發塔吊基礎發生傾斜， 甚至是斷裂，最終引發塔吊基礎失穩， 增加塔吊發生倒塌風險的幾率。

3.3 塔吊附墻失穩

為進一步保證塔吊使用安全， 建筑施工塔吊安裝管理條例中明確規定， 要確保附墻和塔吊來自同一廠家。 但是， 由于多種原因， 在實際使用過程中， 很多建筑工程項目沒有做到塔吊與附墻均由同一個廠家提供， 而是對多個廠家產品進行拼湊， 這本身就會增加附墻的失穩風險， 從而導致塔吊倒塌幾率進一步增加。 還有一種情況時， 出于某些原因， 存在對附墻隨意加工、 改造的現象， 導致附墻和塔吊之間無法進行良好的配合。 除此之外， 如果附墻在與高層建筑墻體進行連接時存在連接強度不夠， 勢必也會導致附墻失穩。 而部分因塔吊附墻失穩所引起的塔吊倒塌事故中， 附墻被固定在有裂縫的建筑物墻體上， 進一步造成附墻失穩， 此種案例也不在少數。

3.4 大風天氣

高層建筑施工是在露天環境下進行的， 如遇大風天氣， 對塔吊的正常作業是會產生嚴重影響的。 這是因為大風可能導致塔體力學發生改變， 并且在大風的作用下， 起重臂、 平衡臂容易失去平衡， 容易發生折斷， 如有吊物， 容易連同吊物一起掉落， 對施工現場人員安全造成嚴重威脅。

3.5 超載

對于任何一種機械設備而言， 其均有最佳工作條件與環境， 塔吊同樣如此。 如果在使用塔吊過程中，長期存在超載現象， 會將塔吊原有的最佳作業條件破壞掉， 從而導致塔吊力臂斷裂、 受力結構發生明顯改變， 或者出現鋼結構無法支撐塔吊使用的現象， 使塔身出現嚴重偏移， 最終引發倒塌事故。

4 塔吊安全管理措施

4.1 制定統一安全管理標準

雖然塔吊安全管理能夠為建筑施工現場管理工作的優化提供必要支持， 但是要想真正實現的轉型， 并且實現大規模推廣與運用， 是一個相對艱辛且漫長的過程。 在這種情況下， 要對施工現場塔吊安全管理標準進行統一， 加強相關人員的培訓， 從而保證相關人員能夠在新標準的規范下開展塔吊安全管理工作尤為重要。 針對施工現場塔吊安全管理工作存在的問題，建議出構建內容更加全面、 涵蓋范圍更加廣泛的安全管理制度， 形成具有集約化性質的塔吊安拆及使用管理機制。 首先， 在建筑工程項目施工現場， 針對塔安裝制定詳細可行的施工計劃， 組織相關人員及時對現場地質進行勘探， 結合地質情況， 做好塔吊基礎選址工作， 避免在地質松軟的區域進行選址， 如果無法改變選擇， 則做好詳細論證。 如安裝點周圍分布其他建筑物、 高壓線等， 要預留足夠的安全距離。 其次， 制定安拆作業流程安全技術標準， 要求相關人員嚴格按照要求進行施工， 安裝時注意檢查塔吊各部位情況，及時發現隱患， 并做好技術交底。 安裝后對塔吊開展性能檢測， 驗收合格后交由質檢部門進行鑒定。 最后， 吊臂活動范圍內安裝圍欄， 劃定危險區域， 禁止非施工人員出入。 派專人負責指揮塔吊作業， 同時設置安全監護崗位， 防止吊臂下方有非施工人員逗留。塔吊作業前， 對各部件開展詳細檢查， 防止出現設備“帶病工作” 現象。

4.2 加強施工現場塔吊維護

塔吊作為建筑施工中關鍵的起重工具， 長時間使用， 會不可避免的導致設備出現各種損傷。 因此， 除了做好基礎安裝和前期檢查工作之外， 要想充分保證建筑工程項目施工過程中塔吊的使用安全， 做好塔吊設備維護工作尤為關鍵。 加大宣傳力度， 開展安全教育， 使施工人員能夠對塔吊安全作業有正確的認識。做好施工現場協同工作， 加強對其他施工環節作業的管理， 避免塔吊作業受到不良影響。 對于塔吊各組成部分， 要做到定期檢查。 一般情況下， 要對整個系統進行全面檢查， 觀察鋼筋是否出現銹蝕， 切實掌握塔吊運行狀況。 如果施工地區環境多風且干燥， 要做好防火工作。 對于塔吊關鍵部位， 如機電設備、 標準節、 鋼絲繩等， 要定期進行檢查。 通常， 三年內的新塔吊， 每周進行一次全面檢查。 使用年限超過三年的舊塔吊， 每兩周至少檢查3 次。 附墻是塔吊得以發揮作用的重要設施， 要保證附墻要與塔吊為同一個廠家生產， 使用過程中， 禁止隨意對其進行更換或改造， 也不能在沒有進行論證和分析去的情況下， 貿然增加設備。 在進行塔吊附件與建筑結構連接時， 必須使用過墻螺栓， 或者通過預埋件來實現兩者的良好連接。 定期對爬梯護圈、 吊鉤保險等限位器開展全面檢查， 發現問題及時予以更換。 對于多種塔吊的多種限位安全裝置， 要保證其整體完好性， 如超載、 變幅、超高、 行走、 回轉等限位， 如發現損壞， 要及時進行修理或更換。

4.3 做好塔吊使用安全預案

建筑施工現場塔吊安全管理執行難度比較大， 通過建立共享體系， 促進安全管理工作的轉型， 能夠建立以戰略管理作為導向， 安全管理為核心， 風險管理為保障的新型共享體系。 在此過程中， 針對塔吊安全管理工作， 在人工智能時代， 物聯網技術為塔吊安全管理與監控提供了技術支撐， 這是因為物聯網能夠提供實時數據， 并進行網絡傳輸， 同時對數據進行集中處理。 實現塔吊安全管理由人工向自動化管理的轉變。 但是， 在傳統物聯網塔吊安全管理模式下， 監控系統屬于“后端” 預警模式， 而打造智能安全管理模式實際上是一種循環的過程， 需要結合建筑工程項目宏觀發展規劃， 提出智能塔吊安全管理再造計劃。 從表面上來看， 雖然安全管理模式再造是對施工現場安全管理工作的改造， 但實際上如果對安全管理進行再造， 建筑工程項目其他管理也要隨之升級， 特別是項目管理工作。 也就是說， 如果采用信息技術代替人工， 那么其管理場景就要隨之升級， 這實際上是一種聯動機制。 為此， 要轉變傳統物聯網管理模式， 構建智能化塔吊安全管理系統， 充分利用信息化技術，輔助完成安全數據收集、 登記、 整合和審核， 并對其進行深入分析， 這樣能夠保證安全管理不受時間和空間的限制， 將傳統“后端” 運行轉變為“前端” 管理， 避免未經過濾的冗余數據占用監測系統空間， 提高現場獲取安全預警信息的效率。 在新型技術的支持下， 針對塔吊作業不安全因素或突發風險， 做好安全預案。 例如， 對于高層建筑項目施工， 鑒于其施工難度不斷增加， 且高層建筑空洞本身容易形成煙囪效應， 形成獨特“小氣候”， 導致突然性陣風， 利用智能技術及時收集相關數據， 提前制定員， 降低突發事件對塔吊正常使用所帶來的影響。

5 結語

綜上所述， 高層建筑工程項目施工過程中， 塔吊設備具有臨時結構特點， 一定程度上增加其使用風險， 成為建筑施工中產生重大安全事故的關鍵風險因素。 塔吊倒塌安全事故后果嚴重， 其中安拆階段事故發生率最高， 使用階段倒塌事故也比較常見。 從根本原因上看， 主要包括塔吊安裝、 拆卸程度程序錯誤、安拆過程質量控制不良、 塔吊機械設備維護保養不善等。 基于此， 在對塔吊進行施工現場安全管理時， 應重點關注塔吊結構安全和設備安全， 嚴格管控安拆程序， 強化人員管理， 定期開展設備維護與保養。 為進一步提高安全管理效果， 還應保證塔吊操作人員持證上崗， 定期開展培訓， 同時制定吊索具、 起重鋼絲繩等輔助工具的管理與使用計劃， 及時淘汰不滿足使用要求的工具。