陣風引起高處作業風險增加的分析及應對措施

張志春 鐔志偉 王玉珍

陣風簡介

陣風是一種特殊的空氣流動現象，指短暫時間內出現風速忽大忽小激劇變化的風。根據世界氣象組織的定義，陣風是在規定時間內風速對其平均值持續時間不大于2分鐘的正或負的偏離，負的陣風又稱為息風。但在日常生活中，我們所關注的陣風，通常是指風速突然增強的風，因為強烈的陣風可能引發災害。

在氣象臺的風力預報中，工程技術人員根據氣象臺站所監測預測的數據判斷發現可能將有風力較大的現象出現時，常常在預報信息中加上“陣風X級”有關信息，如風力5～6級，陣風7級，或風力7～8級，陣風9級，指一般（或平均）風力5～6級（或7～8級），最大風力可達7級（或9級），其中陣風X級代表短時間或瞬間最大可達的意思。

在航空飛行氣象例行天氣預報中，陣風指2分鐘或10分鐘內瞬間風速大于或等于平均風速5米/秒時的最大值。風速分為持續風速和陣風風速。持續風速是指較長一段時間內的平均值，多數國家規定用1小時平均風速作為代表值；陣風風速是指數秒鐘內的平均，時間長短不同，所得平均風速也不同。

目前大多數科學研究表明，陣風的產生是空氣擾動的結果。也有部分學者認為陣風的產生與其他因素緊密相關。

流體在運動中，流過固體表面時會遇到來自固體表面的阻力，致使流體的流速減慢。空氣是流體的一種，當空氣流經地面時，由于地面對空氣產生了阻力，低層風速減小，而上層不變，這就使空氣發生擾動。它不僅前進，且風速會下降。有時在空氣流經的方向上，因為有丘陵、建筑物和森林等障礙物阻擋而產生回流，這就會造成許多不規則的渦旋，這種渦旋會使空氣流動速度產生變化。當渦旋的流動方向與空氣流動總體方向一致時，就會加大風速；相反，則會減小風速，所以風速時大時小。當渦旋與空氣流動方向一致而加大風速時，就會產生瞬時極大風速，這就是陣風。

一般6級以下的風不會引起大的危害，6級以上的風多為陣風，會有一定的危害，過強的陣風極易造成災害。平均風速越大，地表面越粗糙，陣風風速超過平均風速的百分率就越大。一次陣風到達最大風速后，過1～2秒，風速就會小于平均風速的一半，然后再出現另一次最大風速，這樣，地面上所吹的風就是一陣陣的。常見的颮就是突然的強陣風，持續時間短，出現時瞬時風速突然增大，風向突變，氣象要素隨之劇烈變化，往往是氣壓上升，溫度陡降，濕度增大，并伴有雷雨出現。

近年來的研究表明，在雷暴前沿地區，通常有一定強度的氣流輻合形成陣風鋒。因此，利用陣風鋒的雷達回波，進行氣象短時臨近預報，日益受到重視。

陣風參數主要包括陣風峰值風速、陣風持續時間、陣風值、陣風頻率、陣風振幅、陣風息靜風速、陣風形成時間和陣風衰減時間等。

陣風對高處作業風險增加的分析

以城市為例，隨著各種高聳建（構）筑物數量的不斷增加，高層建筑的運維工作量也不斷增多，在各種建（構）筑物開展高處作業的數量大幅度增加（圖1）。

圖1 珠海某高層建筑樓頂施工現場

在國家標準中，高處作業定義為在墜落高度基準面 2 米及以上有可能墜落的高處進行的作業。常見的高處作業有專用工具將人員懸吊在建筑物或構筑物的外立面進行裝飾、維修和清潔等作業，有在腳手架上開展的各種施工作業，有使用斗車等專用升降設備將作業人員舉高到高處進行作業。

通常情況下，根據高處作業種類、具體作業內容的不同，采取的保護措施也會有所不同。高處作業人員常見防護措施包括設置專用的人體防墜落工具（如作業人員佩戴各種防止高處墜落的臨時救護設備，常見的有防墜器等），專用安全作業載具（如專用的作業位置升高機械等），在高處作業區域周圍空間設置阻擋防護類措施（包括預防從高處及周邊入侵和預防入侵低處及周邊的擋板和圍欄等），設置終止高處作業區域內其他設備設施等的運轉（如停止設置在外墻的各種排風機等運轉），設置現場作業專職監護人員，設置高空作業警示標識等。

國家安全生產有關的法律、法規、規章及強制性標準等中對陣風及高處作業已經有具體條文要求。例如《安全生產法》第二十條、第三十條、第九十三條、第九十五條、第九十六條、第九十七條等已對具備作業條件、特種作業人員管理及有關法律責任明確提出要求，《勞動法》第二十條、第三十條、第九十三條等對違章強令冒險作業等提出明確要求，《突發事件應對法》第六十三條、第六十七條等也提出具體管理要求。

高處作業最明顯的特點是作業位置高，容易發生高空墜落，同時還附帶有大量其他類型的風險，如觸電、物體打擊、坍塌等，而且作業過程中導致其風險增加的突發因素也非常多，如陣風、雷雨、大雪、冰雹等異常突變天氣，其中陣風比較常見，造成的傷亡也相對較多。因此，下面重點分析陣風引發高處作業的風險。

1.目前無法精準監測預報的陣風

陣風發生時，氣象部門通常會提前預報，但是目前的監測技術手段仍然無法提前給出陣風發生的精準路徑、覆蓋范圍、時間、風力大小等，不能給出具體地點或者較小的地理區域內非常準確的陣風動態演變全過程信息，給出的預判信息只適合在較大尺度范圍內使用。

實際上，陣風所經過的地面和空間區域，由于存在建筑物及其布局、地形等差異，包括細微的局部建筑，如密集建筑群、高處空曠地帶、低洼地帶等，其各項參數根本無法完整有效準確地開展預測。風險分析研判人員若據此提出風險預防措施必然會存在遺漏，因此會帶來對高處作業分析及研判整體風險結果的增加。

2.陣風導致高處作業空間發生劇變

陣風期間，作業人員連同其載具、作業工具、物料等都可能會隨著陣風的到來而發生超出正常工作空間的異常運動，其運動的方向、速度、持續時間等關鍵要素無法提前預判，其空間運動軌跡也極其不確定，運動范圍變化無常且大多數情況下作業人員和其他管理人員無法自主控制，異常運動物體的動能無法通過正常途徑轉變釋放，最終以撞擊等方式轉化為其他能量形式，造成對人或物體的破壞，由此帶來高處作業風險的急劇增加。

不同類型的高處作業中，如果人員和工器具的不同固定方式未考慮陣風的影響，就可能會出現越出安全范圍情況。如在高壓輸電線上的巡線、檢修等高處作業，如果作業人員不采取可靠的固定措施，人員和工器具因陣風導致的風險將會大大增加。

3.作業工器具因陣風出現功能和性能異常

吊運承重繩索等因陣風可能引發局部受力變化，比如最明顯的就是懸空的繩索隨著載具出現大幅度并帶有一定弧度的來回擺動，或者載具被帶動撞擊臨近的周邊建筑物等表面。如果吊載工具整體抗風的能力、部件抗風能力無法適應短時間內出現的風載荷的急劇突變，載具圍護、承重等功能可能會被破壞，短時間內連帶出現載具承重性能降低或者完全缺失。正常情況下可以使用的緩降工具，在陣風期間，也會隨著繩索及緩降工具的位置等發生變化而出現卡死、無法正常使用等現象。提升裝置也會隨著關鍵受力點受力部件的異常受力，而出現無法正常提升等，整體防護系統可能出現局部或者全面失效，甚至部分工器具可能成為致命的器物。這些工器具功能改變及失效、性能降低等，均會導致高處作業風險的增加。

4.陣風導致危險物品、電源和帶電運行的工器具發生意外情況

易燃易爆有毒危險物品的容器，在陣風中可能出現傾倒、跌落等情況，嚴重的可能引起火災、爆炸等事故。在陣風期間，帶電的工具可能會發生電源線連接脫落，引發電氣火花或周邊人員意外觸電等，尤其是未完善防護措施的高處作業，出現此類事件在所難免，也增加了高處作業的風險。

5.作業區域周邊存在危險源

在帶電運行的高壓輸電線附近的高處作業，如砍樹、架設線路桿塔、高處吊運物品等（圖2），如果遇陣風襲來，原本的安全區域可能成為危險區域，引發人員傷亡，增加了作業風險。其他的區域，如有毒性腐蝕性物質的儲存容器的高處臨近區域、交通車輛的運行區域、大型運動機器（如戶外長輸皮帶機、室外段的軌道交通車輛、酸堿液儲存等）的臨近區域 ，陣風必然導致原先的高處作業條件改變，進入危險區域，這明顯增加高處作業的風險。

圖2 高壓輸電線作業現場

6.現場作業管理

大量的事故分析表明，高處作業風險主要是由于現場管理不到位、作業操作不規范引發的，現場作業管理要求包括對現場作業人員的安全措施及其落實監督情況。對于陣風的有關管理要求，在國家強制性標準條文中，明確要求6級及以上陣風，全面停止作業。

但在大多數的現場高處作業中，對如何準確獲取預報信息，包括具體作業區域（如行政區域和劃分更詳細的地理區域等）的陣風預報信息，作業風險分析中如何開展陣風危險識別、風險確認、設置防范措施等，在實際操作中卻存在一定的差異。

陣風事件統計與分析

1.危險事件

2021年5月11日， “武漢大風中吊籃撞樓”的視頻引發全網關注。5月10日，武漢局部遭遇10級雷暴大風，下午1時30分，天朗氣清，兩名工人開始了高樓幕墻的保潔作業，1個小時之后，大風驟起，工人所在的吊籃連續撞擊大樓幕墻，導致兩名工人遇難（圖3）。

圖3 武漢大風中吊籃撞樓

2019年12月14日，某工地3號樓9號塔吊在吊運PV管和模板夾具時，由于突然跳閘致使吊物懸在半空，當時正刮4級東北風，吊物在空中出現左右飄擺，撞擊到1名在3號樓6層板面綁扎鋼筋的工人，致使該工人從6層板面墜地，當場死亡。

2015年7月24日，事發西安高新區某工地，兩位“蜘蛛人”在某超高層樓房外立面作業時，被風吹飛撞擊大樓外墻，送醫后不治死亡。

2019年1月10日，周師傅及其同事在武漢某小區進行小區亮化工程施工及外墻維護作業，安全繩被小區業主割斷，幸好及時發現，該作業人員快速自行降落。

2019年4月14日，深圳一男子清理高層建筑空調室外機，由于樓頂的同事體力不夠，無法拉回完成作業的工友，被懸掛在大廈樓頂邊緣，搖搖欲墜，后被消防人員救助。

2016年4月13日，位于東莞市麻涌鎮大盛村的中交第四航務工程局有限公司第一工程有限公司東莞東江口預制構件廠一臺通用門式起重機在大風天氣下發生傾覆。

2015年6月1日21—22時，“東方之星”號客輪在長江航道湖北監利段遇到下擊暴流產生的地面直線型大風導致失控，進水后發生傾覆事故（圖4）。

圖4 “東方之星”號客輪打撈現場

2.事故統計分析

前三個事件都是由于突發大風，導致高空作業人員直接傷亡和間接被物體打擊傷亡；第四例事件是由于對外部人員的監管不到位，第五例事件是由于作業安排不合理導致，后兩個事件是大風導致設備損壞。

危險事件的原因分析

（1）作業人員未能及時準確掌握陣風的預報信息，或者對信息理解不準確，沒有采取措施降低作業風險。

（2）從業人員對陣風潛在的風險認識不足，存在麻痹思想。

（3）安全操作規程存在缺陷和不足，缺乏陣風風險分析和具體防范措施。

（4）陣風監測預報有關標準規范方面存在空白。

（5）氣象管理部門的陣風信息發布和監管措施有待進一步完善。

（6）高處作業使用的工器具功能受限。

（7）現有救援設備無法滿足被困人員的救援需求。

高處作業中的預防措施

（1）進一步完善建筑物設計規范，增設專用防范措施。針對陣風引起的危害，建議在建筑設計規范中規定，在其外墻表面增設必要的高處作業用附著構件或者預留避險和救援專用洞口等；每間隔一定的距離，設置不同種類的隱藏式附著件，用以限制作業人員的活動范圍，防止作業人員的活動空間出現較大幅度的移動；在建筑物外墻直接設置專用逃生口，作業人員遇到陣風等危險時，可快速進入逃生口，外立面逃生口內部也可設置固定構件，以限定作業活動空間區域。

（2）完善現有高處作業管理規范，明確陣風時應該采取的防護措施。行業主管部門加強專項管理，要求開展高處作業之前，必須獲取陣風預報信息和開展動態監測，并制訂應急預案；完善現有高處作業有關技術標準，增加可以降低陣風風險的措施，明確高處作業單位在作業全程必須收集天氣預報信息，尤其是陣風信息，并開展動態風險管理，其中多人參與的大型重要場所等的高處作業，可委托氣象部門開展現場實時監測，制訂現場處置方案，并對所有作業有關人員（監護人、管理人員、操作作業人員、周邊臨近區域作業人員等）開展現場培訓；對作業區域周邊采取防護措施，劃定周邊可能涉險的區域，在此基礎上對作業區域周邊采取安全防護措施，如設置警戒線和警示標語；對建筑物表面作業可能涉險區域劃分后，應提前告知作業人員和有關人員，采取必要的防范措施，禁止無關人員進入周邊區域，對可能涉險區域進行安全警示，派專人看守涉險區域及其周邊等；對可能受損的物品采取保護措施，需要制定詳細的防護措施，因為高處作業中可能會損毀建筑物及其表面和鄰近的物品等；完善對作業工器具的管理，制定工器具使用功能完好性的判定標準，對所有工器具進行登記，確保其性能正常、有效和可靠，實行唯一編號和專人“雙檢查”簽名發，嚴格執行檢查。

（3）完善作業人員因陣風引發的意外傷害防護措施。主要對作業空間區域進行劃分，并根據不同風險采取相應的措施，如規定作業時限、限制作業的空間范圍，包括豎向限制措施（設置下落速度限制等）和橫向限制措施（設置限制擺動用的橫向拉繩等）及面向建筑物表面空間限制措施（設置撞擊回彈、固定距離鎖定裝置等）；給作業人員配備人身防護裝置，如頭盔、防護服和防護墊等；設置作業人員快速升降裝置或可快速進入建筑物的裝置。可以預見的先進做法是采用機器人替代人進行類似作業。

（4）逐步完善對陣風預報技術、管理等有關標準。在現行的氣象預報法律法規中，進一步明確對陣風預報有關的技術標準、管理規范等內容，完善和加強對陣風監測、預報、發布和預防等相關要求。

（5）持續開展對建筑施工高處作業的管理，目前國家已經頒布《建筑施工高處作業安全技術規范（JGJ80-2016）》，自2016年12月1日起實施，其中第4.1.1、4.2.1、5.2.3、6.4.1、8.1.2條為強制性條文，必須在各種工地中嚴格落實到位。

（6）完善高處作業規范。現有的《高處作業》（全國特種作業人員安全技術培訓考核統編教材編委會，2011）中，僅“第七章第三節”中明確提及惡劣天氣防護，而且內容相對寬泛，缺乏具有針對性的措施，無法給實際操作帶來具體的規范性指導，應用于實際作業中仍有爭議，因此編制并完善針對性強、適用面廣、容易操作的作業規范，是非常有必要的。

（7）引進和研發新的高處作業專用工器具。目前使用的高處作業工器具在陣風防御方面仍然存在不足，陣風天氣的精確預報尚需時日，加上作業人員的安全意識尚需提高，因此急需引進和研發具有更強防御能力的專用工器具（圖5）。

圖5 高處作業者使用的吊板

（8）改進救援用設備。陣風情況下救援工作，需要救援裝備具有短時間內快速減緩和停止作業人員無固定方向的飄浮的功能，在常用工器具嚴重損壞、對建筑物表面的撞擊后不致出現作業人員的傷亡，在無人機等無法投入使用的情況下，能夠采取快速固定、脫離飄浮等措施。

結論

突發的陣風會侵擾人們的正常生產生活，并引發意想不到的突發事件，但目前對其開展精確預報尚不成熟，理論和技術層面都尚未形成系統化且精準度高的方案，尤其是局部地區陣風預報仍處起步階段。

目前，陣風預報雖能避免一部分突發事件，但對降低某些典型作業風險還是顯得非常無力，因此在全面準確掌握局部陣風發展演變規律的基礎上，采取有針對性的防范措施，才能將其帶來的風險增加降低到可控范圍。

未來研究重點之一是開展具有針對性措施的研究，如開發研制高處作業專用工器具，改進和完善現有工器具功能，制定作業現場管理規范及作業人員防護措施技術標準等有關的強制性標準。