裝配式建筑施工安全管理模式探討

■ 肖木峰 XIAO Mufeng 周西華 ZHOU Xihua 陳 新 CHEN Xin 潘新新 PAN Xinxin

1 裝配式建筑施工安全管理模式相關(guān)研究

裝配式建筑是指預(yù)制構(gòu)件在工廠加工完成后運輸至施工現(xiàn)場裝配組裝而成的建筑形式[1]。由于施工流程與方式的轉(zhuǎn)變，給建筑帶來許多新的安全隱患，其安全管理模式發(fā)生根本改變。陶夢婷[2]曾基于系統(tǒng)動力學(xué)，以裝配式建筑施工安全風(fēng)險為研究對象，采用理論與實踐、定性與定量相結(jié)合的方法構(gòu)建因果反饋圖，分析確定風(fēng)險因素之間的影響關(guān)系；并結(jié)合實際項目創(chuàng)建風(fēng)險評估流程，使施工安全風(fēng)險達(dá)到最低限度。周偉衛(wèi)[3]以提高施工階段質(zhì)量安全管理水平為目標(biāo)，采用文獻(xiàn)研究法、SWOT 分析法、案例分析法等對BIM 技術(shù)在裝配式建筑施工階段的質(zhì)量安全管理進(jìn)行應(yīng)用研究。申芳[4]將BIM 等新型信息技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑施工安全風(fēng)險管理，借助BIM 集成使用本體描述的各類信息安全風(fēng)險管理和知識、交互系統(tǒng)，為安全風(fēng)險決策提供信息和知識，實現(xiàn)安全風(fēng)險管理信息化、智能化。許立強等[5]分析裝配式建筑施工安全風(fēng)險及BIM 技術(shù)在施工安全管理中的適用性，總結(jié)BIM技術(shù)在裝配式建筑施工安全管理中的應(yīng)用點。此外，還有不少學(xué)者針對裝配式建筑安全管理模式進(jìn)行了研究[6 -8]。

本文將總結(jié)裝配式建筑不同施工階段的安全管理要點，提出相應(yīng)的安全管理措施，以期為推進(jìn)我國裝配式建筑施工安全管理的發(fā)展提供思路。

2 裝配式建筑施工安全管理特點

2.1 裝配式與現(xiàn)澆式建筑施工流程對比

傳統(tǒng)的現(xiàn)澆式建筑施工是施工方按照設(shè)計施工圖紙進(jìn)行施工。其施工流程包括：①土方開挖、場地平整等基礎(chǔ)施工；②腳手架搭建、模板支撐搭建、鋼筋綁扎、混凝土澆筑等主體結(jié)構(gòu)施工；③室內(nèi)墻體構(gòu)建、門窗安裝工作等內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工等。

相比而言，裝配式建筑施工則增加了工廠預(yù)制和構(gòu)件運輸環(huán)節(jié)。其施工流程包括：預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、預(yù)制構(gòu)件運輸、預(yù)制構(gòu)件存放和預(yù)制構(gòu)件組裝等4 個階段。

2.2 裝配式與現(xiàn)澆式建筑施工特點對比

與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆式建筑施工相比，裝配式建筑施工具有以下特點。

2.2.1 施工工藝專業(yè)化要求高

裝配式建筑的施工對象是預(yù)制構(gòu)件，其生產(chǎn)、運輸、堆放、吊裝等環(huán)節(jié)均應(yīng)納入施工階段考慮，且對各個階段都有很高的專業(yè)化要求。其中，設(shè)計階段要求對構(gòu)件進(jìn)行合理拆分，并對構(gòu)件進(jìn)行深度優(yōu)化設(shè)計，因此對于標(biāo)準(zhǔn)化施工的理論準(zhǔn)備需要做到合理拆分設(shè)計方案；生產(chǎn)階段可以利用工廠生產(chǎn)，充分發(fā)揮室內(nèi)作業(yè)的優(yōu)勢，減少預(yù)制構(gòu)件誤差，加強養(yǎng)護(hù)以確保質(zhì)量；構(gòu)件運輸則需選用專業(yè)車輛，如有需要也可進(jìn)行運輸路線規(guī)劃，從而選擇合理且經(jīng)濟(jì)的運輸路線；堆放環(huán)節(jié)需在預(yù)制構(gòu)件進(jìn)場之前對施工場地進(jìn)行合理規(guī)劃，避免二次挪動增加的額外成本支出。

2.2.2 人員數(shù)量變化明顯

由于裝配式建筑施工過程中，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)在工廠車間完成，施工場地現(xiàn)場組裝的工作量大大減少，現(xiàn)場施工人員數(shù)量同時減少；且預(yù)制率越高，現(xiàn)場施工人員減少越明顯。施工現(xiàn)場人員的減少不僅有利于施工現(xiàn)場管理，而且可降低施工安全事故發(fā)生的概率。

2.2.3 吊裝工作占比大且吊裝設(shè)備性能要求高

預(yù)制構(gòu)件在工廠生產(chǎn)完成后，根據(jù)項目實際情況，選擇合適的運輸設(shè)備將構(gòu)件運輸至施工現(xiàn)場。由于現(xiàn)場施工吊裝需要用到吊裝機(jī)械設(shè)備，故起重機(jī)的選擇需考慮構(gòu)件重量、起吊高度及經(jīng)濟(jì)條件等種種因素。吊裝工作不僅包括施工現(xiàn)場的吊裝，還包括工廠的吊運工作。其中，施工現(xiàn)場的吊裝工作指用塔吊等吊裝機(jī)械將預(yù)制構(gòu)件吊運至施工樓層，而工廠的吊運工作需要使用到的機(jī)械設(shè)備有龍門吊、布料機(jī)、養(yǎng)護(hù)窯、脫模系統(tǒng)等。可見裝配式建筑對機(jī)械設(shè)備的需求比普通建筑多得多。

2.2.4 施工工序復(fù)雜、難度大且高處作業(yè)量增加

裝配式建筑與傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑最大的區(qū)別就是增加了吊裝階段，其中的扶正、摘鉤等大量工作需要工人高處作業(yè)。裝配式建筑安裝階段主要靠斜支撐、豎向支撐、頂托、連接角鋼等連接件進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的臨時固定，其施工安全性受連接件的安裝精度影響較大，需要依靠較為成熟的施工技術(shù)。此外，高處作業(yè)量的增加亦大大提升了施工安全風(fēng)險，因此需要做好相應(yīng)的安全防護(hù)措施。

2.2.5 安全防護(hù)措施更加嚴(yán)格

在裝配式建筑施工全過程中，管理集成化、施工綠色化、工人專業(yè)化都保證了裝配式建筑的發(fā)展，但是吊裝工作的精細(xì)化對安全防護(hù)措施也提出了更高的要求。裝配式建筑吊裝作業(yè)多，無法搭建傳統(tǒng)的腳手架，只能利用鍍鋅鋼絲網(wǎng)及方形管進(jìn)行安全圍擋。在安全防護(hù)措施方面，除了鋪設(shè)安全圍擋之外，也可以額外在操作層鋪設(shè)平鋪網(wǎng)，作為預(yù)防高空墜落的另一重保障。

裝配式建筑與現(xiàn)澆式建筑的施工特點對比如表1 所示。

表1 現(xiàn)澆式建筑與裝配式建筑施工特點對比

2.3 裝配式建筑施工安全管理特點分析

在裝配式建筑施工過程中，混凝土澆筑、模板及鋼筋階段的現(xiàn)場用工量有明顯下降，而預(yù)制構(gòu)件吊裝、灌漿和節(jié)點連接等階段的人工用量有所增加；加之比傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑的施工難度更大，傳統(tǒng)施工隊伍中積累的施工經(jīng)驗和人員配置情況很難達(dá)到裝配式建筑的施工要求。因此，裝配式建筑施工的安全管理特點主要體現(xiàn)在以下兩個方面。

2.3.1 機(jī)械設(shè)備的使用增多，需重視人機(jī)關(guān)系

對于裝配式建筑，其預(yù)制構(gòu)件運輸階段需要專業(yè)車輛和路線規(guī)劃，堆放階段需要專業(yè)構(gòu)件堆放支架，吊裝階段需要專業(yè)吊裝工具，這些施工過程中用到的專用設(shè)備會成為項目安全管理的新目標(biāo)。結(jié)合裝配式建筑的特點，借鑒傳統(tǒng)現(xiàn)澆式建筑施工安全管理，不僅要重視人員安全和機(jī)械設(shè)備安全，還要重視人員與機(jī)械設(shè)備之間的使用關(guān)系以確保安全。因此，需要針對機(jī)械設(shè)備的安全管理，基于人機(jī)工程理論展開裝配式建筑施工安全管理。

2.3.2 安全防護(hù)措施嚴(yán)格，安全經(jīng)費投入量大

裝配式建筑施工中，常用到的混凝土預(yù)制外墻構(gòu)件等已經(jīng)完成保溫層、門窗安裝等外立面裝飾的工作。其安裝過程涉及大量的吊裝作業(yè)，無法使用統(tǒng)一的腳手架安全防護(hù)措施。因此，一般會選擇在操作工作面安裝安全網(wǎng)和外伸防護(hù)架以防止吊物墜落；與此同時，裝配式建筑施工現(xiàn)場相應(yīng)的安全管理投入量也會更大。

3 裝配式建筑施工流程及危險源分析

3.1 裝配式建筑的施工流程

裝配式建筑施工的關(guān)鍵是構(gòu)件的生產(chǎn)、運輸、儲存和安裝等環(huán)節(jié)（圖1），其中，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)是施工的前提，構(gòu)件運輸和儲存是施工的基礎(chǔ)，預(yù)制件吊裝和連接是施工的關(guān)鍵。

圖1 裝配式建筑施工流程

3.2 構(gòu)件生產(chǎn)階段施工流程及安全風(fēng)險事故分析

3.2.1 裝配式構(gòu)件生產(chǎn)流程

裝配式構(gòu)件的生產(chǎn)流程為：①根據(jù)設(shè)計圖紙選擇模臺制作模具，進(jìn)行外葉板的鋼筋綁扎并預(yù)埋預(yù)制件；② 用混凝土分配器澆注混凝土并進(jìn)行振搗；③預(yù)制構(gòu)件混凝土養(yǎng)護(hù)；④ 養(yǎng)護(hù)完成后進(jìn)行表面脫模處理；⑤ 預(yù)制構(gòu)件出廠。其構(gòu)件生產(chǎn)階段的管理流程如圖2 所示。

圖2 裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)管理流程

3.2.2 裝配式構(gòu)件工廠生產(chǎn)線

（1）固定生產(chǎn)線方式。其特點是生產(chǎn)模具固定，生產(chǎn)過程圍繞模具進(jìn)行，建筑材料和人員是可移動的，鋼材、混凝土和其他材料則根據(jù)工藝順序依次對模具進(jìn)行加工。根據(jù)建筑設(shè)計的外部裝修要求，固定生產(chǎn)線生產(chǎn)的構(gòu)件主要包括預(yù)制外墻板、預(yù)制隔墻、預(yù)制陽臺、預(yù)制樓梯、預(yù)制柱、疊梁等預(yù)制構(gòu)件（圖3）。

圖3 裝配式建筑主要預(yù)制構(gòu)件

（2）流水線生產(chǎn)方式。全自動電子控制生產(chǎn)需要裝配生產(chǎn)線，特點是利用模塊化的平臺與訂單流程，通過數(shù)控生產(chǎn)線進(jìn)行鋼筋擺放、混凝土澆筑和振搗等工序的操作。其操作人員相對較少且固定，新型的生產(chǎn)方式能夠減少人工需求、降低勞動強度并提高生產(chǎn)效率。

3.2.3 構(gòu)件加工階段事故類型

在構(gòu)件加工階段，易發(fā)生以下事故類型。

（1）機(jī)械傷害事故：鋼筋綁扎過程防護(hù)和切割機(jī)等機(jī)械操作不當(dāng)導(dǎo)致的事故。

（2）火災(zāi)事故：由于操作工人不遵守施工現(xiàn)場用電、用火要求導(dǎo)致的事故。

（3）起重事故：加工廠內(nèi)經(jīng)常需要對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行起吊，若操作工人在構(gòu)件吊裝時綁扎不牢、吊點選擇不好，或者吊裝時構(gòu)件碰撞等，則容易引發(fā)事故。

3.3 構(gòu)件運輸階段施工流程及安全風(fēng)險事故分析

構(gòu)件運輸需要提前規(guī)劃路線，有條件者可以進(jìn)行構(gòu)件運輸模擬或預(yù)運輸。構(gòu)件裝車前，需對預(yù)制構(gòu)件的型號、規(guī)格和數(shù)量進(jìn)行核對；構(gòu)件疊放時，采用減震措施分類存儲部件裝載，并采用可靠的部件穩(wěn)定措施。裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件運輸階段管理流程如圖4 所示。

圖4 裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件運輸管理流程

3.3.1 構(gòu)件裝車及吊裝

構(gòu)件裝車和吊裝應(yīng)遵循構(gòu)件的特點，采用不同的堆放和安裝方式；其運輸和安裝方案應(yīng)由設(shè)計單位和構(gòu)件安裝單位批準(zhǔn)。在運輸過程中，遇到下坡和不平路面時，構(gòu)件容易破碎，需將海綿條放置在墊木和陽臺板之間以保證接觸面避免集中載荷，從而確保運輸安全。

3.3.2 運輸路線的確定

在構(gòu)件運輸前，需考慮運輸路線的長度、道路狀況和交通流量等因素，制定合理的路線規(guī)劃。可對構(gòu)件進(jìn)行運輸預(yù)演，提前標(biāo)出各路段的限高、限寬、限重等，并在正式運輸前調(diào)整運輸路線；部件尺寸超過當(dāng)?shù)剡\輸管理部門要求的，應(yīng)當(dāng)提前向有關(guān)部門申請，以保證運輸順暢。

3.3.3 構(gòu)件運輸階段的事故類型

在構(gòu)件運輸階段，易發(fā)生以下事故類型。

（1）吊裝事故：吊裝操作時由于吊點、吊繩選擇不合理、支撐措施不到位而導(dǎo)致的安全事故。

（2）車輛傷害事故：運輸過程中由于構(gòu)件放置不當(dāng)、車輛形式違法操作規(guī)程而引發(fā)的安全事故。

3.4 構(gòu)件裝配階段施工流程及安全風(fēng)險事故分析

在構(gòu)件進(jìn)場后，安裝階段涉及構(gòu)件的堆放、吊運和安裝等環(huán)節(jié)。本文就構(gòu)件的堆放、安裝工藝和關(guān)鍵的連接技術(shù)進(jìn)行分析。

3.4.1 構(gòu)件堆放

構(gòu)件應(yīng)按照其規(guī)格、類型和吊裝順序進(jìn)行堆放。①設(shè)置安全通道和柵欄，采用成品防護(hù)保護(hù)措施；②組件標(biāo)識信息應(yīng)放置在組件的醒目位置，以便于閱讀。

3.4.2 構(gòu)件吊運與安裝

構(gòu)件的吊運與安裝是最容易出現(xiàn)質(zhì)量和安全問題的環(huán)節(jié)，也是整個施工過程的核心。具體施工前，需根據(jù)不同構(gòu)件類型選擇構(gòu)件連接方式，并采用適當(dāng)方式連接接頭；同時，結(jié)合工作面設(shè)置粗糙面、鍵槽等，對表面進(jìn)行清洗后可噴灑水滋潤，以強化特殊節(jié)點。其裝配施工流程如圖5 所示。

圖5 裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件裝配管理流程

3.4.3 構(gòu)件裝配施工階段的事故類型

在構(gòu)件的裝配施工階段，易發(fā)生以下事故類型。

（1）坍塌事故：在堆碼和搬運過程中，預(yù)制構(gòu)件的支撐不穩(wěn)定易導(dǎo)致構(gòu)件的倒塌；而構(gòu)件堆碼過高也會導(dǎo)致失穩(wěn)和坍塌。

（2）起重事故：在構(gòu)件吊裝作業(yè)中，若吊裝點設(shè)置不合理，容易導(dǎo)致吊裝作業(yè)過程中發(fā)生傾斜碰撞；起重設(shè)備因超載而導(dǎo)致塔式起重機(jī)交叉碰撞等。

（3）高處墜落事故：高處作業(yè)時，操作人員由于作業(yè)平臺不穩(wěn)定、構(gòu)件連接不牢、臨時支撐不穩(wěn)等，易引發(fā)安全事故。

（4）機(jī)械傷害事故：在預(yù)制構(gòu)件鋼筋連接過程中，預(yù)埋管道、水電等構(gòu)件時，容易造成機(jī)械損傷事故。

4 裝配式建筑施工安全管理要點

結(jié)合上述各階段施工流程及安全事故風(fēng)險分析，可得出以下裝配式建筑施工安全管理要點。

4.1 構(gòu)件生產(chǎn)階段安全管理要點

構(gòu)件生產(chǎn)過程中，要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，構(gòu)件尺寸、外觀、安裝預(yù)留、預(yù)埋件位置等要嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙生產(chǎn)，嚴(yán)格控制砂石、水泥、鋼材原材料及加工生產(chǎn)，確保構(gòu)件質(zhì)量合格，從而提高裝配式構(gòu)件施工的基礎(chǔ)質(zhì)量保障，減少安全事故的發(fā)生。

4.2 構(gòu)件運輸階段安全管理要點

構(gòu)件運輸前，應(yīng)進(jìn)行運輸路線規(guī)劃。由于預(yù)制構(gòu)件放置隨意會導(dǎo)致兩側(cè)的預(yù)制構(gòu)件在吊裝時造成中間構(gòu)件塌陷，因此，構(gòu)件裝車前首先設(shè)置減震措施，并對構(gòu)件分類重疊存放。車輛應(yīng)緩慢啟動、勻速行駛，以防因過度顛簸而導(dǎo)致預(yù)制件損壞。裝配現(xiàn)場應(yīng)設(shè)置預(yù)制構(gòu)件專用堆場；當(dāng)構(gòu)件運到裝配現(xiàn)場后，應(yīng)采用間接吊運方式進(jìn)行搬運。為避免工作面的交叉作業(yè)，預(yù)制構(gòu)件應(yīng)按不同種類、尺寸、吊裝順序等分類堆放；同時，還應(yīng)設(shè)置安全通道、隔離圍欄、安全警示牌等。

4.3 構(gòu)件裝配階段安全管理要點

裝配式建筑在主體施工過程中，需要使用塔吊進(jìn)行大量的吊裝作業(yè)。吊裝前，必須整理好吊具，按構(gòu)件裝配順序、構(gòu)件形式和尺寸安裝吊索并提前放好控制線，同時，設(shè)置下部支撐系統(tǒng)以精確調(diào)整支撐點標(biāo)高等，從而降低出錯概率，減少安全事故。現(xiàn)場裝配過程中，由于預(yù)制構(gòu)件較大、吊裝高度較高，如果混凝土強度不足就開始吊裝，容易導(dǎo)致吊裝預(yù)埋件掉入預(yù)制構(gòu)件內(nèi)而發(fā)生預(yù)制構(gòu)件損壞墜落等，造成人員安全事故。因此，需要在吊裝前確保混凝土強度達(dá)到吊裝標(biāo)準(zhǔn)后，再進(jìn)行吊裝施工。在裝配式建筑施工過程中，由于建筑外圍不能掛密目網(wǎng)，施工材料、器具等在施工過程中容易墜落而引發(fā)高墜事故，需要在操作工作面安裝安全網(wǎng)和外伸防護(hù)架，以防止吊物墜落。

5 結(jié)語

裝配式建筑施工安全管理是裝配式建筑發(fā)展的必要保證。本文通過比較裝配式建筑與現(xiàn)澆式建筑的施工特點，分析裝配式建筑施工技術(shù)特點、施工流程及各施工階段的危險源特點，總結(jié)裝配式建筑主要的事故類型和施工安全管理要點，提出一系列有針對性的安全管理措施，以有效地控制施工安全事故的發(fā)生，梳理出我國今后裝配式建筑施工安全管理的發(fā)展方向。