超高层建筑施工防台风安全控制与预警

1、超高层建筑施工防台风安全控制与预警1.1 防台、防汛的安全管理技术在气象学上，按世界气象组织定义：台风是热带气旋中的一类，其中心持续风速在12级至13级（即每秒32.7米至41.4米），是自然灾害性气候的一种形式。台风具有群发性强、活动范围广、危害程度大等特点，其群发性强主要表现在台风在登陆后能够诱发强对流、汛期暴雨、雷电等群发性自然灾害。其中，强对流天气指的是发生突然，常以雷雨大风和局部强降雨等方式出现的灾害天气，通常会造成城市构筑物、景观树木等的损毁；汛期暴雨指的是在洪涝灾害发生前期的频繁降雨现象，最终会诱发凌汛和洪涝灾害的发生，对建筑物而言，主要是地下室结构造成堵塞和破坏；雷电天气雷电是

2、伴有闪电和雷鸣的自然放电现象，其雷电感应效应会形成高压电场放电，击毁现场的建筑电气及机械设备。总而言之，台风时期的所有气候灾害联合起来，会对城市建筑物和城市居民造成不可复原的损伤。然而，从另一方面来说，台风在时空分布上具有一定的规律性，借助气候预测技术能够较为准确地测量其预警期，从而为采取科学可行的防台防汛控制措施提供可能性。1.1.1 防台防汛的安全管理特点概述在超高层建筑的安全管理方面，由于超高层建筑具有结构超高、规模庞大、系统复杂和周期漫长等特点，台风的灾害作用会在超高层建筑的施工过程中会更加凸显，结构破坏、高空坠物、设备倾覆都是超高层防台防汛中必须关注的问题，这是安全管理技术的新挑战。

3、因此，根据台风时期的安全管理特点和超高层建筑安全控制WBS，建立超高层建筑的防台防汛安全预警体系，采取具有针对性的分级安全控制措施，是防台防汛安全管理技术的关键。(1) 防台防汛的安全管理WBS依据现有的国家安全控制方针政策，结合超高层建筑施工的实际经验，本课题以上海中心大厦工程为超高层建筑防台防汛安全管理的范例，通过对台风时期超高层建筑的安全管理关键环节的结构分解，分析和归纳安全管理关键控制点中的各个重要的安全控制环节。此外，列出每个环节在台风或暴雨出现时可能发生的危险情况（即危险源），为下文构建超高层防台防汛预警体系提供完整的分析框架。超高层建筑主体构造主要包括巨柱、钢梁、钢板、桁架、等结

4、构构件；幕墙、涂料、二结构等装饰性构件；水、暖、电、通、网等管线及机电设备。此外，为了完成超高层建筑的施工，需要大量的临时附着物作为施工辅助及保障工具，包括大型施工机具、脚手架系统、模板系统、施工消防和用电设备、临时维护设施等当发生台风和暴雨灾害时，根据超高层建筑的结构和体型特点，超高层建筑主体构造及临时附着物中主要存在着三类重大危险源主体。它们分别是：大型施工机具、脚手架系统和玻璃幕墙系统，每类重大危险源主体又分别对应不同的子危险源，每种子危险源均有分级别的安全预警体系和有针对性的预防控制措施。这些危险源主体都是防台防汛的安全控制关键节点。基于上述的几点，本文以上海中心大厦为例，建立针对台风

5、灾害的安全管理WBS，如表4.2所示：表4.2.1 超高层建筑防台防汛安全管理WBS及危险源一览表（以上海中心大厦工程为例）分部工程关键控制点（分项/设施/活动）安全控制环节潜在危险源核心筒结构巨型塔吊群设备构造及位置1、塔吊由于爬升框系统和支撑系统的结构失稳可能导致整体性倾覆；2、塔吊自身结构节点发生松动，结构破坏；3、塔吊之间发生碰撞现象；杂物及附着物塔吊附墙框平台上的杂物没有及时清理，导致高空坠落避雷设施塔吊接闪器或防雷接地体未符合安全设计规范要求整体爬升钢平台设备构造及位置1、外挂脚手底部与墙面节点发生松动；门洞部位外挂脚手与内筒架节点发生松动2、外挂脚手架的扣件发生松动的情况围护设施

6、钢平台的围网出现破损现象；设备电源钢平台动力系统在台风来临时期电源没切断避雷设施塔吊接闪器或防雷接地体未符合安全规范要求附着物及杂物1、钢平台上的施工设备（如布料机、氧气瓶、电焊机）等机位出现滑移2、钢平台内外的电线电缆发生破损和滑移等现象外围结构脚手架系统架体结构及位置脚手架结构节点发生松动，导致坍塌；围护结构脚手架操作平台、脚手通道和围护等设施不符合安全规范附着物及杂物脚手架的附着物、悬挂物脱离架体或架体上的杂物没有及时清理。钢结构（梁、柱等施工）吊装节点未及时根据气象预警，停止吊装作业结构构造及节点1、钢梁和钢柱之间的节点发生松动，2、钢结构立焊连接产生明显的裂缝压型钢板吊装节点1、未拆

7、封的钢板未与主体结构绑扎固定或未下吊至首层平台；结构构造及节点2、已铺设的钢板未有进行电焊加固的操作3、钢板边角料未有进行集中放置小型施工器具设备电源1、用电设备在台风发生前没有切断电源；设备构造及位置1、用电设备未安置妥当，随意摆放；2、接火盘、防火布随意摆放防火涂料（涂料的施工）架体结构及位置脚手架没有靠边停靠和制动；围护设施施工段内的安全防护网绑扎不牢固；附着物及杂物小宗或轻质材料未集中堆放临边防护设施围护设施栏杆高度和绿网覆盖度未达到搭设的要求幕墙系统（包括外幕墙支撑体系、外幕墙工程、内幕墙工程）外幕墙板块不安全行为在台风来临的时期进行安装作业设备构造及位置运输吊笼的各部分（主架构、耳

8、板、支脚和卡环）发生松动的情况；结构构造及节点幕墙龙骨未采取加固措施板块在水平滑移的过程中产生严重摇摆；或与楼板发生磕碰附着物及杂物小宗或轻质材料未集中堆放悬挂式操作平台设备构造及位置升降式平台未与结构柱固定围护设施安全防护设施（如栏杆、侧网和平台网）等未达到搭设的要求避雷设施避雷措施未符合安全规范要求轨道式悬臂吊机不安全行为在台风来临时期进行安装作业；设备构造及位置悬臂吊机及其吊装装置未固定；设备电源吊机电源未切断双层吊篮不安全行为在台风来临时期，工人在吊篮上进行安装作业；设备构造及位置双层吊篮未与支撑钢结构连接固定内幕墙移动式旋臂起重机不安全行为在台风来临时期进行安装作业；板块专用架设备构

9、造及位置1、专用架上的板块未安置妥当2、专用架之间未连接固定脚手架系统架体结构及位置1、悬挑脚手架的万向轮未刹住；2、脚手架的结构连接点未得到加固；围护设施脚手架外侧密目网未全部拆除擦窗机（轨道施工、擦窗机预埋件施工）设备电源台风来临时期，设备未切断电源；附着物及杂物临边零散材料、小型施工设备随意堆放，未固定到特点位置；机电安装工程综合管线设备构造及位置1、风管、电线管槽、排水管和暖通管没有加设支架固定；2、强电管线螺栓固定处未加垫片移动设施及材料架体构造及位置脚手架没有靠边停靠和制动；附着物及杂物小宗或轻质材料未集中堆放临边防护设施围护设施施工区段内未进行全封闭防护措施特殊：防汛工程（是否应

10、该单列？）地下室结构防水设施进水部位没有得到有效的封堵和围挡；上部楼层结构防水设施进水部位没有得到有效的封堵和围挡；排水口堵塞严重(2) 安全管理关键节点一览 图4.2.1防台防汛物资准备（一） 图4.2.2防台防汛物资准备（二） 图4.2.3增加现场风力监测 图4.2.4设备层洞口封闭图4.2.5吊机移动到一侧固定(3) 安全管理特点归纳依据上述的防台防汛安全管理WBS图，本课题围绕着在台风或暴雨等特殊时期超高层建筑的三类重大危险源主体，对其安全管理的特点归纳如下：1） 对于大型施工机具而言，由于它种类繁多，机械构造复杂，并长期处于运行的状态中，工作面会不断发生变化，且涉及的工作人员较多。在

11、台风的条件下会施工运作的危险程度会大大增加。其主要的安全控制环节主要包括：设备构造及位置、杂物及附着物、围护设施和避雷设施等。2） 对于脚手架系统而言，它具备种类多、分布广泛、装卸频次高的特点。施工人员在脚手架上发生的不安全行为相当频繁，高处坠落是脚手架系统中最常见的事故。当台风来袭更加增添了脚手架架体坍塌、人员高空坠落的安全风险。鉴于此，脚手架系统在台风时期的安全控制环节应包括架体结构及位置、杂物及附着物、围护设施等。3） 对于玻璃幕墙系统而言，它的复杂性决定其涉及的构配件和细部节点较多，包括玻璃板块、龙骨、擦窗机轨道、吊篮和各种吊具等。玻璃幕墙的构配件或细部节点的灵活度较大，分布范围密集，

12、环环相扣，所以可能会造成多米诺骨牌式的安全事故。特别在台风来临时期，超高层的玻璃幕墙系统直接承受着风力所带来的侧向荷载，其形变程度陡增，最终导致结构脱落或整体失稳。因此必须作为防台防汛的重点控制对象。1.1.2 防台防汛的安全应急管理思路超高层建筑防台防汛应具备自身一套完整的安全应急管理体系，能够直接体现项目管理者对于安全管理的目标、总体思路和具体实施原则，使得防台防汛措施在工程项目中能够安全和有效地运作。该安全应急管理体系应使得超高建筑施工能够顺利度过台风灾害时期，而使得人员无伤亡、工期不滞后、质量不下降。因此，针对超高层建筑在台风期和汛期中的重大危险源节点，笔者针对防台防汛的工作，从应急预

13、案工作机制、组织结构的设计以及应急保障机制，总结出一套完整的安全管理思路，其中包括组织机构的设计、应急预案工作机制的设计和应急保障措施的实施。（1）应急预案工作流程机制为了顺利实现防台防汛的安全目标，应急预案工作共分作6个步骤，每个步骤紧密相连，相互影响，能够形成完善而有效的防台防汛安全管理机制。具体流程如如图4.2.6所示：危险源的二次分析编制应急预案调配应急物资、设备负责人根据预警体系履行预防措施实施应急预案应急知识教育培训成立抢险领导小组组建抢险、救护队进行评审和修订台风未发生台风已发生图4.2.6防台防汛应急预案工作流程1） 危险源的二次分析在防台防汛危险源识别与分析一览表的基础上，结

14、合台风的风向、风速、风压等特点，针对可能发生的危险工况对超高层建筑的潜在危险源进行二次分析。本二次分析结果能够成为编制应急预案的基础。2） 编制应急预案项目负责人以及项目总工程师（技术负责人）应该根据现场实际情况和其他分部分项工程的防台防汛安全技术措施方案，编制整体性和系统性的项目防台防汛应急预案3） 组建抢险组织项目负责人在政府安全监督部门的指导下组建应急抢险组织，该组织应该包括应急领导小组和抢险队以及医疗小组，并设计组织架构，分配组织内部人员的职能与职责；4） 调配应急物资在应急领导小组的组织与指挥下，领导小组的负责人各施其职，负责制定防台防汛的物资和人员计划，并调配应急物质到现场就位；5

15、） 实行应急知识教育在抢险救援工作启动之前，建立应急知识的课程体系，分别对现场施工人员和抢险救援的人员进行应急教育，普及现场安全以及应急知识；6） 实施或调整应急预案当台风暂未来临时，根据现场的外部环境条件（风速、施工进度、气温、湿度、能见度等）调整预警体系及分级控制措施；当台风来临时，应贯彻实施应急预案，并在抢险救援的过程中根据实际情况对方案进行不断的调整和更新。（2）组织机构在台风或暴雨时来临前，项目部应提前成立防台防汛应急领导组织，负责应急救援工作的计划、实施、检查和纠偏。为防台防汛应急救援体系提供切实可行的组织保障。防台防汛应急领导小组组织架构如图所示。应急领导小组组长应急领导协助组长

16、物资组负责人安全组负责人抢险组负责人技术组负责人医疗组负责人防台、防汛现场安全负责人防台、防汛安全人力调度员负责人防台、防汛安全物资调度员负责人现场抢险人员图4.2.7防台防汛应急领导小组组织架构图根据上表所述的组织架关系，设定每个防台应急组的职能及职责，如下表所示：表4.2.2 应急防台防汛应急领导小组成员的职能及职责组中岗位项目职位组中职能及职责应急领导组长总包单位项目经理1、分析台风紧急状态，确定相应的预警级别；2、指挥和协调应急反应行动3、与外部部门、组织结构进行联络；4、决定应急预案的各种重大事宜的启动应急领导协助组长分包单位项目经理1、 协助应急领导组长指挥组织和指挥应急操作任务；

17、2、 就自身承包的子项目或分部工程向应急领导组长提出采取的应急反应对策与建议3、 组织相关技术和管理人员对施工场区的危险源进行评估4、 定期检查应急领导小组的工作情况以及应急准备状态物资组负责人总包单位后勤部物资采购负责人1、 负责制定施工项目或加工厂应急反应物资资源的储备计划；2、 定期检查和监督物资管理人员的到位和变更情况；3、 有效地组织应急反应物资资源如抢险物资、器材和车辆等能够顺利到达施工现场，并负责现场的物资调配工作安全组负责人监理单位安全协调部负责人主要负责对总包单位的防台防汛应急预案的审批和备案，并采集台风来临期的现场安全信息；协助制定安全预警体系及措施，并监督和检查总包单位的

18、实施技术组负责人监理或总包单位技术负责人主要负责制定整体防台防汛抢险救援方案，并对其他分部分项工程的防台防汛安全技术方案的审批和备案；为防汛抢险救援和事故调查工作提供技术支持。医疗组负责人总包后勤部医疗负责人主要负责组织有关医疗单位迅速展开对受伤人员的现场急救，并协助救护车将受伤人员转移到医院抢险组负责人总包单位安全部负责人根据实际情况和抢险救援方案，负责组织现场的抢险救援工作，并负责现场物资和人员的调配现场安全负责人总包单位现场协调负责人根据实际情况和抢险救援方案，负责监督救援工作人员的安全救援措施是否到位；检查现场救援人员是否到位以及救援物资是否完备（3）应急保障措施1） 应急预警分级制度

19、应急领导小组的安全组应协同技术组的人员共同制定防台防汛的应急预警分级制度，该制度包括超高层建筑安全控制环节在台风时期的安全预警分级标准、检查评价标准以及预警措施。其中，安全预警分级标准是应急预警分级制度的核心，安全组的人员应预先根据建筑物的风压分析制定安全预警的分级标准，并结合现场可预见的不利环境条件（如风速、温度、湿度、能见度等）判别现场的安全预警等级。然后，按照预警级别及分级措施的要求，做好预警计划，要求总包与分包单位提前在施工现场做好防台防汛的预警准备。定期至现场检查和评价预警措施是否落实到位，如有单位不能按照防台防汛预警方案实施台风防范措施，应即使勒令整改。2） 应急物资与人力准备台风

20、和汛期来临前，应急领导小组的物资组应准备充足的编织袋、雨披、胶鞋等防台防洪抢险物料；现场管理人员应提前制订施工现场应急物资的储备计划，按计划督查和落实应急物资的储备数量，并建立档案；定期收集和整理应急行动人力资源信息，建立档案并归档，为应急行为的启动，做好人力资源的数据储备。3） 应急保卫工作抢险组在应急预案启动后，按应急总指挥的部署，及时赶赴现场，协助组织事故现场的保卫工作，必要时负责组织事故现场的保卫工作，必要时负责组织场区外配合总包疏散工作；引导现场施工人员从安全通道疏散，对受伤人员进行营救至安全地带；对场区内外进行有效的隔离工作。4） 值班制度现场安全管理组负责人应组织成立巡逻小分队，

21、实习24小时值班制度，按照项目部统一安排设置24小时值班人员，密切关注台风或汛情的变化，并与应急领导小组的分组负责人保持通讯联系，在台风或洪涝预警等级发生变化时及时上报领导或有关部门。1.1.3 防台防汛的一般性安全控制措施表超高层建筑防台防汛的一般性安全控制措施分部工程关键控制点（分项/设施/活动）安全控制环节安全控制措施核心筒结构巨型塔吊群设备构造及位置1、全面检查节点的加固措施；2、加强对回转机构的检查；杂物及附着物检查吊附墙筐平台上的杂物是否得到清理；避雷设施在每周或雷雨天气前对塔吊的避雷装置进行检查。整体爬升钢平台设备构造及位置应用3t的手拉葫芦和钢丝绳固定各机位节点。围护设施应对钢

22、平台围网进行电焊加固；设备电源停止钢平台的作业，禁止其顶升操作，并切断电源；避雷设施检查防雷接地及测试电阻；附着物及杂物复查电线和电缆是否固定；确保架体上无任何物件堆放；外围结构脚手架系统架体结构及位置1、检查脚手架结构是否存在缺陷、松动和支撑连接不到位的现象2、散件的脚手架钢管应打捆后吊下楼层面3、检查钢管脚手架防雷措施是否可靠到位，钢片网是否绑扎牢固。附着物及杂物1、检查堆放的废弃物件如木条、网片等是否有收集；2、检查脚手架的附着物、悬挂物的拉结点和紧固点是否牢固；围护设施全面检查现场的脚手架操作平台、脚手通道和围护等设施；钢结构（梁、柱等施工）吊装节点1、吊装应坚守“十不吊”原则结构构造

23、及节点2、检查钢结构构件的立焊连接是否符合方案规定3、安装的钢柱与梁应立即连接成整体框架压型钢板吊装节点见安全预警体系的说明结构构造及节点小型施工器具设备电源1、检查用电设备是否已切断电源设备构造及位置2、检查用电设备是否收归到钢平台的设备房；气体钢瓶是否收归到危险品仓库3、检查接火盘、防火布是否集中收集至指定容器内防火涂料（涂料的施工）架体结构及位置1、检查所有移动式脚手架和登高设备是否移动至核心筒墙体旁边停靠和制动。围护设施2、全面检查施工区段内全封闭安全防护网绑扎是否牢固附着物及杂物3、检查施工材料是否集中堆放并采取相应的固定措施二结构架体结构及位置1、检查所有移动式脚手架和登高设备是否

24、移动至核心筒墙体旁边停靠和制动。围护设施2、全面检查施工区段内全封闭安全防护网绑扎是否牢固附着物及杂物3、检查小宗材料、轻质材料是否集中堆放并采取相应的固定措施临边防护设施围护设施全面检查临边护栏杆和绿网是否符合搭设要求幕墙系统（包括外幕墙支撑体系、外幕墙工程、内幕墙工程）外幕墙板块不安全行为停止工人进行内外幕墙板块的安装工作设备构造及位置检查运输吊笼的各部分（主架构、耳板、支脚和卡环）是否采取了加固措施；结构构造及节点1、检查未满焊龙骨是否采取加固措施；已满焊的龙骨是否采取绑固措施；2、在楼板外边缘安装缓冲橡胶轮胎；用2条防风锁将单元板块辅助固定在水平钢索上；附着物及杂物全面检查外幕墙施工区

25、段的垃圾、电箱、小宗材料是否集中堆放，是否采取临时固定措施。悬挂式操作平台设备构造及位置见安全预警体系的说明围护设施1、台风来临前检查加固操作平台的安全防护栏杆、侧网和平台网；避雷设施2、按照规范要求与结构避雷引进行导电连接，将雷电引入地下。轨道式悬臂吊机不安全行为1、禁止进行安装作业设备构造及位置1、悬臂吊机开行到背风向位置制动；2、电动葫芦收到结构边缘固定。设备电源切断吊机电源，将吊机和电箱移至核心筒避风处双层吊篮不安全行为禁止进行安装作业设备构造及位置见安全预警体系的说明内幕墙移动式旋臂起重机不安全行为禁止进行安装作业，并将吊机停放室内。板块专用架设备构造及位置见安全预警体系表脚手架系统

26、架体结构及位置1、重点检查脚手架拉结点、脚手板等是否得到加固；2、移动悬挑脚手架应使用铁丝或钢丝绳拴绑到远离楼层边缘的结构并刹住万向轮。围护设施检查脚手架外侧密目网是否全部拆除擦窗机设备电源检查所有用电设备是否切断电源，电箱是否接地良好；附着物及杂物1、检查临边零散材料是否转移至核心筒内或固定在楼层钢立柱上；2、检查小型施工器具是否固定得当，是否收归至对应的仓库机电安装工程综合管线设备构造及位置1、全面检查风管、排水管、暖通管是否加设支架固定，固定措施是否符合专业要求；2、重点检查强电线槽和强电配管是否加设固定支架，固定措施是否符合专业要求；3、检查强电管线螺栓固定处是否已加弹簧垫片；移动设施

27、及材料架体构造及位置1、检查所有移动式脚手架和登高设备是否移动至核心筒墙体旁边停靠和制动。附着物及杂物2、检查小宗材料、轻质材料是否集中堆放并采取相应的固定措施临边防护设施围护设施全面检查施工区段内是否全封闭；安全防护网绑扎是否牢固特殊：防汛工程（是否应该单列？）地下室结构防水设施检查B0层是否已进行封堵处理，挡水及抽水设施是否到位；上部楼层结构防水设施检查68层休闲层是否进行堵水封闭，排水口是否畅通1.1.4 防台防汛的安全预警措施（1）核心筒结构超高层建筑核心筒的防台防汛安全预警控制点主要包括两类大型施工机具。一是巨型塔吊群，分为3个预警级别，其预警措施涉及到塔吊停机方向和吊臂仰角大小；二

28、是整体爬升钢平台，分为3个安全预警级别，其预警措施涉及到脚手架系统与建筑主体的拉结加固方式。具体的分级条件及分级预警措施如表4.2.4所示。表核心筒防台防汛的安全预警措施关键控制点（分项/设施/活动）不利环境条件预警级别分级预警措施巨型塔吊群风力=8级停止吊装；3台M1280D以仰角60。迎风向停机；1台ZSL700以仰角50。迎风向停机；回转刹车全部锁住9级风力<14级停止吊装；3台M1280D以仰角60。迎风向停机，停止吊装作业回转刹车全部锁住；拆除ZSL2700风力14级停止吊装；2台M1280D以仰角60。迎风向停机；拆除南北塔整体爬升钢平台8级<风力10级外挂脚手底部与墙

29、面硬拉结；门洞部位外挂脚手与内筒架硬拉结；全数检查扣件的紧固情况，是否均采用双扣件10级<风力12级检查门洞拉结、脚手拉结的平面布置情况；检查每层预留螺栓孔是否按要求增加了墙面拉结风力>12级检查拉结措施是否有进一步加强，即所有拉结应为每步、每跨拉结，均采用双扣件（2）外围结构超高层建筑外围结构的防台防汛安全预警控制点主要是压型钢板，共分2个预警级别，涉及到压型钢板的绑扎固定和边角料的堆放。具体分级条件及分级预警措施如表4.2.5所示。表4.2.5 超高层外围结构防台防汛的安全预警措施关键控制点（分项/设施/活动）不利环境条件预警级别分级预警措施压型钢板6级风力<8级1、检查未拆封的钢板是否与主体结构绑扎固定，已拆封而尚未铺设的是否重新打捆，并安放得当；2、检查与主体结构无条件固定的钢板是否吊下至首层平地3、检查已铺设的钢板是否已进行电焊加固或抽出重绑的操作4、检查切割下的钢板边角料等是否集中放置风力8级除级预警措施外，还应检查已铺设并处于迎风位置的钢板是否已进行重物加压或抽出重绑的操作（3）幕墙结