复杂曲面钢网壳施工防高坠安全管理分析

据相关报告显示，2019年全国房屋市政工程发生高处坠落事故415起，占事故总数的53.69%。大型公共建筑设计中，大量存在高邻边、大悬挑、孤立梁、三维曲面等情况，为建筑施工防高坠管理带来了极大的挑战。1、工程简介衢州市文化艺术中心和便民服务中心项目位于浙江省衢州市西区，外观为1幢综合性建筑，用地面积90866 ㎡，平面呈“米”字形，最大边长约295 m，宽约223 m，平面上文化艺术中心、剧院演艺中心和便民服务中心相对独立，通过中央圆形广场有机链接。其中C座演艺中心、D座文化艺术中心及E座中庭公共大堂屋面为大跨度空间钢结构，结构体系为空间网壳+桁架组合结构，整体造型呈“披纱戴帽”状，空间高跨度大，形状不规则。C座剧院、观众厅，舞台及多功能厅区域屋盖为大跨度H型钢梁+钢筋桁架楼承板组合楼板，施工空间有限，无法使用超大型吊装设备和多台共吊的吊装方式。2、主要高坠风险点作为衢州市大型公共建筑，紧邻衢州市人民政府，建筑体量大、性质特殊且地理位置敏感。项目部管理人员始终将工人的施工安全放在第一位，从“人的不安全行为、物的不安全状态、环境的不安全因素、管理缺陷”等多个方面严格审查安全隐患。本工程钢结构形式为大跨度曲面钢网格结构和钢管桁架结构，客观上结构性体复杂，施工周期正好覆盖一个夏季、一个雨季和一个冬季，且恰逢2020年气候多变，导致需要应对各种特殊天气等。存在的施工安全作业难点，如下。2.1

结构造型引起的安全风险（1）钢网格结构跨度大。钢网壳最大跨度约34 m，钢管桁架最大跨度约67 m，操作人员高空行走距离长。（2）钢网格曲面造型多。各楼座除底部少量竖墙外，其余部位钢网格均为空间曲面。其中E座左右翼区中部有2根钢管连接前竖墙，沿水平方向12.2 m后向上弯折顶部与屋面桁架连接，使得空中作业平台与吊笼挂篮设置非常困难；C、D座屋面钢网格为大跨度空间单层不规则曲面造型且为不规则弯扭箱型曲面钢网格结构，最大水平倾斜角度约58°，工人行走极为不便。（3）圆管和弯扭构件多。杆件为不规则空间圆心坐标点对应的不同曲率半径的圆弧拟合而成的空间曲线，属于大直径厚壁圆钢管的空间弯曲。在圆管和弯扭构件上，人员高空行走不便。（4）构件安装高度大，E座屋面钢网格净空超过50 m，人员高空垂直落差大极易产生视觉疲劳。

2.2

施工方法引起的安全风险（1）施工机械密集。钢网格施工区域内共布置有4台塔式起重机、1台300 t履带式起重机、1台220 t汽车式起重机，吊装作业中机械协调工作量大，易发生机械之间或机械与构件之间的碰撞，导致钢结构构件发出强烈震感，进而引发高处坠落事故。（2）高空拼接工作量大。高空焊接的工人长时间同一位置高度进行重复相同施工工序，易产生生理疲劳，从而引起酸痛、心理疲劳、紧张过度、烦躁情绪，导致体态失稳，发生坠落事故。（3）大悬臂大倾角构件高空安装量大。大悬臂构件在完成焊接作业之前，自身处于不完全稳定状态，但操作人员只能通过防坠器或安全绳与之连接，一旦发生构件失稳，就会威胁操作人员人身安全。（4）构件起重吨位大，其中D座主管最大截面为口1 250×350×40，最大吊装单元长度为48.9 m，重量为43 t，此构件重心距结构边缘为19 m。吊装拼接最后阶段需人工辅助，易造成人身伤害。2.3

环境的因素引起安全风险（1）夏季高温：钢结构构件处在太阳暴晒中，导致表面温度异常，中午气温接近40°，钢构件表面温度达到峰值接近50°，体感温度将接近70°以上，难以用手直接触碰，影响工人正常行走与施工作业，甚至无法长时间驻足站立，南方高温且潮湿的天气极易使工人中暑，因此因头晕目眩而导致高坠事故。（2）夏季多雨：2020年衢州市遭遇连续1个月的持续降雨，钢结构构件上长期面临雨水冲刷，导致作业面湿滑工人行走和作业困难。降雨不稳定，在短时间内突然加剧，导致工人撤出现场或疏散不及时，易造成高坠事故。（3）冬季寒潮：2020年衢州市遭遇强冷空气来袭，且出现了降雪天气，导致冬季温差骤降，钢结构构件表面易结霜，导致作业面打滑现象严重，极大影响了工人行走和施工作业。2.4

人的因素引起安全风险（1）管理人员素质问题。绝大多数安全管理人员对相关规范及标准存在不熟悉的现象，对于钢结构施工的工序、工法、工艺只通过纸面方案和交底无法有效进行落实；现场钢构施工由于结构高度标高错落复杂，安全管理人员不是长期从事高处作业和特种作业管理的人员，易形成恐惧心理。（2）作业人员安全意识淡薄。部分作业人员安全意识及自我保护意识较差，不遵守操作规程和安全管理规定，部分工人存在侥幸心理和麻痹心理，安全带佩戴不规范、不及时，操作挂篮使用不稳妥。3、应对难题的安全防护技术措施3.1

常规工具式安全防护应对复杂结构的基本措施（1）安全绳生命线设置。根据JGJ59–2011《建筑施工安全检查标准》、JGJ80–2016《建筑施工高处作业安全技术规范》、GB24543–2009《坠落防护安全绳》等规范，采用1 300 mm高Φ48.3×3.6 mm钢管作为立杆，立杆底部采用40 mm×40 mm×10 mm加固扁钢，夹具采用14 mm厚钢板，夹具螺栓采用Φ16螺栓，钢丝绳直径设置为12 mm（规范要求为不小于9 mm），立柱与钢丝绳连接耳环采用Φ8圆钢，安全绳左端应用规格为M8的卸扣型花篮螺栓，钢丝绳两端分别用Dr为9 mm的绳卡固定。钢丝绳生命线是保证施工人员高空作业安全的重要设施，本工程高空作业量大，作业面情况复杂，尤其需要确保钢丝绳有效发挥作用。为此，项目部选取适当部位，开展钢丝绳生命线冲击试验。主要试验方法如下。1）利用现场钢结构地面拼装单元，按照实际生命线布置方式安装好钢丝绳；2）用打包带捆扎好100 kg袋装水泥，模拟操作人员；3）将袋装水泥用安全绳与生命线连接，并将袋装水泥放置于构件之上，生命线挂点与地面的高差大于安全绳长度；4）将袋装水泥抛下，观察安全绳、生命线、生命线支撑立杆的变形情况。经检测12 mm钢丝绳能够满足防坠落要求。（2）操作挂篮。根据JGJ59–2011《建筑施工安全检查标准》、JGJ80–2016《建筑施工高处作业安全技术规范》等规范，操作挂篮使用梯梁采用60 mm×80 mm的扁钢，踏棍采用直径不小于12 mm的圆钢，挂钩采用Φ15 mm圆钢，挂钩和支撑与挂梯连接采用M10螺栓，支撑采用Φ15 mm圆钢。其中E座水平纵向安装时钢构上附加双侧操作平台，给工人高处焊接作业、栓接作业、高空吊装拼接时创造一个有可靠立足点的作业平台。在C、D座弯曲空间钢构件的高空作业，针对弯矩构件两端高度不一致的特点，将常规挂篮的挂钩优化为“长短腿”，保证笼内踩踏面水平。同时为了保证受力均衡和强度，挂钩材料规格从Φ15 mm圆钢提高至Φ20 mm圆钢，并与结构构件点焊；用80 mm×80 mm的角钢代替60 mm×80 mm的扁钢，强化挂篮整体刚度。（3）垂直登高爬梯。根据JGJ59–2011《建筑施工安全检查标准》、JGJ80–2016《建筑施工高处作业安全技术规范》等规范，垂直登高爬梯梯梁采用60 mm×80 mm的扁钢，踏棍采用直径不小于12 mm的圆钢，挂钩采用Φ15 mm圆钢，挂钩和支撑与挂梯连接采用M10螺栓，支撑采用Φ15 mm圆钢。箱型弯扭构件的四面根据结构受力需要沿杆件中轴线扭转，整体通长设置的爬梯无法有效附着于构件的上表面。施工中，为更好地使爬梯与钢构件表面贴合，将用于弯扭构件的爬梯分段缩短，并提高爬梯梯梁所用的扁钢规格，使爬梯抗扭性能更好，更便于操作人员踩踏，降低失稳的可能性。屋面钢结构网格面积较大，人员应急疏散困难，施工中利用钢管临时支撑，设置垂直的上下爬梯，同时每一处爬梯均配备100 kg的防坠器。3.2

针对施工方法提出防护措施通过部分采用“单元式拼装”法，大幅减少了本工程高空钢结构安装作业量，但必要的高空作业量仍然很大。本项目由于存在超高大空间，为了更好地避免高处作业的工人因施工方法不合理、工序局限性所可能引起的危险，工程采取下挂式水平安全网的设置，根据原施工楼层按照每10 m间距满铺一层水平网，且首层安全网布置双道安全网的原则。（1）水平安全防护网设置。水平安全网的布置原则上不超过10 m满铺布置一层，最下层安全网采用双层网布置。C座和D座钢结构下方混凝土结构退层为水平安全网布置带来一定便利条件。该区域安全网一侧与混凝土结构连接，将安全网绳和钢丝绳穿过混凝土梁上的对拉螺栓孔，绳筋系紧短钢筋棍，横向别在梁内侧；安全网另一侧与钢构件上预留的安全网挂钩连接。总体上形成多层、阶梯状安全网布置，且上、下层安全网均有50%的重叠覆盖区域。E座中央大堂钢结构距离混凝土结构较远，最大水平距离超过20m，且作业面距下部混凝土结构面最大高差达到50m，超大跨度水平安全网布设难度大。实际施工布置方式如下。1）水平网随支撑水平网的钢丝绳布置，绳筋缠绕在钢丝绳上固定，逐步形成整片水平防护网；2）钢丝绳一端缠绕在钢构件的十字交叉点上，用钢丝绳卡固定；3）另一端穿过混凝土结构梁并固定。考虑到物体随下坠高度的增加，其坠落速度大幅增加，造成坠物冲击力越来越大，水平网为制止其下坠所需提供的反力越大。根据受力分析，钢丝绳的下挠随跨度增大而增大，所能提供的反力随跨度的增大而减小。故为了提高安全保障，将操作面下层水平网提高至结构1 m处，减小下坠高度。水平网投入使用之前，项目部同样做了过载试验，100 kg重物自5 m高处下坠，水平网能够起到防护作用。

（2）轮班作业与消除疲劳。通过调整作业人员的轮班作业、工作延伸、合理组织工序以及信息报告法进行作业调整，使作业人避免单调重复的作业，锻炼部分工人为多面手，减少长时间单调重复同一件工序；在钢构件上部分位置涂抹和张贴黄色、黄绿色、绿色等不易产生视觉疲劳的安全色，现场循环播放安全宣传小故事的广播缓解工人心理紧张情绪，业余时间组织工人夜校，开展讲座、观看电影让施工人员劳逸结合。3.3

充分合理安排作业时间规避环境因素针对夏季高温炎热天气，每日为施工人员发放防暑降温物品，错开高温时间工段，夜间在保证照明充足的情况下适当加班赶工并增加安全旁站；多雨多风季节时，做好工人的应急疏散，在作业面的主要上下爬梯和吊笼处都采取双向通道设置，明显位置张贴“安全通道”“疏散指示”等标识牌，给施工人员配发防滑防雨类的个人劳保用品；在冬季寒潮来临时，每日上工作业前清理作业面的结霜，由专人负责查看确认具备条件后方可作业。4、新技术对防高坠安全管理的支持在开展常规规范化管理的同时，利用智慧科技的管理工具作为辅助管理措施，加强现场的监督和全覆盖，从监督管理上最大限度保证高坠事故的发生。4.1

VR体验式教育设置VR安全体验馆，通过BIM技术高度还原施工现场实景，并模仿事故发生流程。体验者可置身虚拟现实环境，直观感受洞口坠落、机械伤害、脚手架坍塌、火灾救灾和逃生、触电伤害、塔式起重机吊运等各类事故发生全过程，根据工种不同体验有针对性地模拟场景，学习了解安全知识和注意事项，提高施工作业人员的安全意识。4.2

现场图像识别安全技术交底在施工现场分部分项工程作业面区域内张贴安全注意事项标识，并张贴涵盖编写完善的方案交底、技术交底、安全交底的二维码，提高现场的警示作用，让施工人员随时随地掏出手机扫描二维码就可以进行现场的重复交底。确保施工人员及时查阅针对性安全措施，有效防范违章作业等情况发生。4.3

数字项目安全巡检平台App通过云服务数字终端，开展网络共享安全巡检，该平台可以实现横向到边、纵向到底，做到参建人员及项目部各系统全覆盖。安全部作为现场安全隐患的主责部门，将安全隐患上传App之后，可同时向上级和下级汇报传达隐患问题，并高效协同工程部制订整改措施，较大风险隐患可协同技质部制订整改方案，并通知到分包迅速进行整改；整改完成后，可沿同一路径自下而上进行反馈，最终反馈至安全部进行复查，合格后再次上传App，形成安全隐患从发现到消除的完整闭环。同时，集团及事业部安全负责人可远程实时掌握项目部安全隐患整改进度，起到对项目部安全隐患整改的督办作用，确保整改工作及时有效。4.4

群塔作业安全监控系统+吊钩可视化系统安装PC端和手机App塔机管家，配备全套塔式起重机安全监控系统，采用物联网+技术实现塔机运行状态实时监控、报警通知及统计分析、对吊钩下落点、前后桥臂及驾驶舱的视频可视化监控。有效解决了群塔作业时视线距离远、隔物吊看不见、沟通难、管理难的难题。在违章操作或者超限位行走