楊宇軒 魯 義教授 李 敏 周榮義副教授 劉 勇

(1.湖南科技大學(xué) 資源環(huán)境與安全工程學(xué)院，湖南 湘潭 411201；2.湖南永霏特種防護(hù)用品有限公司，湖南 湘潭 411201)

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人口不斷增加，為合理利用土地資源，高層建筑將成為未來(lái)的主流。在高層建筑數(shù)量急劇增加的同時(shí)，高處作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)也突顯出來(lái)。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)近5年來(lái)僅建筑領(lǐng)域發(fā)生的高空墜落事故就高達(dá)1 600多起，死亡人數(shù)超過(guò)2 000人，墜落事故幾乎占總建筑事故起數(shù)的一半，這還不包括需要頻繁高處作業(yè)的電力行業(yè)。高處作業(yè)是一種高需求、高風(fēng)險(xiǎn)的特殊職業(yè)，減少高空墜落事故的發(fā)生，提高高處作業(yè)的安全性已迫在眉睫。

由于高空墜落事故頻發(fā)，國(guó)家對(duì)高處作業(yè)安全高度重視，先后出臺(tái)一系列防墜落裝置實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)。為響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，相關(guān)企業(yè)為降低作業(yè)人員高處作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)，也采取了相應(yīng)措施，例如，在易發(fā)生高空墜落的場(chǎng)所設(shè)置警示標(biāo)志、給高處作業(yè)人員配備防墜落裝置、對(duì)高處作業(yè)人員進(jìn)行安全培訓(xùn)等。但盡管企業(yè)對(duì)高處作業(yè)防墜落采取了預(yù)防措施，但仍有高處作業(yè)人員在配戴防墜落裝置的情況下發(fā)生高空墜落事故。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這些事故的主要原因是高空防墜落裝置存在一些缺陷，如防墜器不能高掛低用、制動(dòng)效果差、反應(yīng)滯后、誤止鎖等，在不同環(huán)境下使用存在一定的局限性。因此，本文通過(guò)對(duì)高空防墜落裝置的類型、特點(diǎn)以及裝置存在的缺陷進(jìn)行分析，提出對(duì)防墜落裝置的材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化、融入智能模塊、改變防墜器的止鎖方式來(lái)解決高空防墜落裝置的技術(shù)難題，以達(dá)到提高防墜落裝置的安全性，便于今后對(duì)防墜落裝置推廣和使用的目的。

1 防墜落裝置類型及特點(diǎn)

防墜落裝置作為高處作業(yè)最重要的防護(hù)工具，主要由防墜器、全身式安全帶、掛點(diǎn)(導(dǎo)軌)3大要素組成，三者缺一不可。其中，防墜器是防墜落裝置中的主要部件，根據(jù)防墜器的結(jié)構(gòu)及工作原理可將防墜器劃分為導(dǎo)向型防墜器和速差式防墜器。

1.1 導(dǎo)向型防墜器

導(dǎo)向型防墜器又稱自鎖器，與導(dǎo)軌、安全帶、安全繩、連接件、緩沖包(可選)共同構(gòu)成導(dǎo)向型防墜落系統(tǒng)，根據(jù)導(dǎo)軌使用材料不同，又可將導(dǎo)向型防墜器分為剛性導(dǎo)軌防墜器和柔性導(dǎo)軌防墜器。導(dǎo)向型防墜落裝置的導(dǎo)軌一般使用碳元素結(jié)構(gòu)鋼或不銹鋼材料制成，而柔性導(dǎo)軌防墜器的導(dǎo)軌主要由鋼絲或者合成纖維制成。

導(dǎo)向型防墜器的工作原理主要是在建筑物外墻或高架上固定安裝垂直導(dǎo)軌，作業(yè)人員在向上攀爬進(jìn)行高處作業(yè)過(guò)程中，全身式安全帶相連接的防墜器安裝在導(dǎo)軌上。在未觸發(fā)墜落動(dòng)作前，防墜器可無(wú)障礙隨作業(yè)人員身體的移動(dòng)沿導(dǎo)軌上下移動(dòng)；一旦觸發(fā)墜落動(dòng)作，防墜器在人體向下的重力作用下迫使凸輪向?qū)к壏较驍D壓，通過(guò)凸輪與導(dǎo)軌的摩擦達(dá)到制動(dòng)的效果，阻止作業(yè)人員繼續(xù)下墜，從而起到防墜的作用。根據(jù)導(dǎo)向型防墜器在使用前需要先安裝固定導(dǎo)軌這一特點(diǎn)，導(dǎo)向型防墜器一般適用于可對(duì)工作面進(jìn)行改造或可安裝固定導(dǎo)軌的作業(yè)場(chǎng)所，如高空塔吊人員上下塔吊、電力檢修人員攀爬鐵塔。

1.2 速差式防墜器

速差式防墜器與固定掛點(diǎn)、安全帶、安全繩、緩沖包(可選)共同構(gòu)成收放式防墜落裝置，由于安全繩長(zhǎng)度的不同，其可用工作高度范圍一般是3～30m。

速差式防墜器的防墜原理主要是將收放式防墜器固定在作業(yè)人員的正上方，然后將安全帶上的D型環(huán)與防墜器的掛鉤連接。在未觸發(fā)墜落動(dòng)作前，防墜器中的安全繩會(huì)隨作業(yè)人員上下移動(dòng)自動(dòng)收放；一旦觸發(fā)下墜動(dòng)作，由于人體突然下墜時(shí)產(chǎn)生的速度差，棘齒制動(dòng)器內(nèi)鎖止系統(tǒng)瞬間鎖止安全繩，阻止人體繼續(xù)墜落。在人體解除危險(xiǎn)后，安全繩處于松弛狀態(tài),沒(méi)有受到巨大拉力的鼓輪隨即自動(dòng)解鎖，此時(shí)安全繩又可以自由收放，繼續(xù)對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行實(shí)時(shí)保護(hù)，在工作完成后，安全繩會(huì)在彈性片的作用下自動(dòng)收入防墜器內(nèi)。根據(jù)速差式防墜器的特點(diǎn)及工作原理，一般將速差式防墜器用于電梯井道維修、攀巖運(yùn)動(dòng)、高空吊裝等無(wú)法對(duì)工作面進(jìn)行改裝的場(chǎng)合。

2 我國(guó)防墜落裝置現(xiàn)狀

2000年以前，我國(guó)主要在建筑施工行業(yè)對(duì)防墜落裝置有所涉及，在其他如石油、電力、航空行業(yè)幾乎從未使用過(guò)專業(yè)的防墜落裝備。但是，2009年以后由于我國(guó)行業(yè)發(fā)展的需求，我國(guó)對(duì)高空防墜落裝置非常重視，在參考?xì)W洲及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，逐步建立一套較為完善的防墜落裝置標(biāo)準(zhǔn)體系，見(jiàn)下表。

表 我國(guó)防墜落裝置現(xiàn)行主要標(biāo)準(zhǔn)Tab. The main current standards of national fall protection equipment in China

目前我國(guó)使用的防墜器主要有導(dǎo)向型防墜器和速差式防墜器2種，這2種防墜器的來(lái)源一般是進(jìn)口或是國(guó)產(chǎn)。國(guó)外防墜落裝置的生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)，裝置的可靠性較強(qiáng)，但價(jià)格昂貴，每一套裝置都幾千到幾萬(wàn)不等。不僅如此，在使用過(guò)程中進(jìn)口防墜落裝置的零件若有所損壞，在國(guó)內(nèi)根本找不到同樣的零件更換，唯一的方法是將損壞零件寄回國(guó)外生產(chǎn)廠家進(jìn)行更換，不但浪費(fèi)時(shí)間，而且增加使用成本，因此進(jìn)口防墜落裝置要想在國(guó)內(nèi)廣泛使用基本不可能。而我國(guó)自主生產(chǎn)的防墜落裝置的價(jià)格區(qū)間大概在500到2 000不等，對(duì)比于進(jìn)口防墜器價(jià)格優(yōu)勢(shì)非常明顯，但是，由于我國(guó)在高空防護(hù)領(lǐng)域起步較晚，對(duì)防墜落裝置標(biāo)準(zhǔn)了解不夠深入，對(duì)防墜落裝置也缺乏科學(xué)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致我國(guó)防墜器的研制技術(shù)不夠成熟，在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些問(wèn)題。

2.1 導(dǎo)向型防墜落裝置存在問(wèn)題分析

(1)使用環(huán)境受限，導(dǎo)軌維護(hù)困難。導(dǎo)向型防墜器主要用于電力行業(yè)，絕大部分使用場(chǎng)景是在室外，并且所需要的導(dǎo)軌一般都是永久性安裝。由于一年四季長(zhǎng)時(shí)間暴露在外，導(dǎo)軌容易腐蝕、生銹，再加上一旦遇到雨雪等極度惡劣的天氣，導(dǎo)軌很可能會(huì)結(jié)冰，如果不及時(shí)維護(hù)檢修，之后使用時(shí)，導(dǎo)軌容易發(fā)生卡頓現(xiàn)象，影響后續(xù)使用。

(2)無(wú)法“高掛低用”。導(dǎo)向型防墜器一般配戴在作業(yè)人員腰部，依靠作業(yè)人員的上下移動(dòng)拖動(dòng)防墜器發(fā)生相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，不符合安全帶“高掛低用”的原則，一旦發(fā)生墜落，由于下落距離過(guò)長(zhǎng)，作業(yè)人員在巨大沖擊力下身體很難保持平衡，易導(dǎo)致作業(yè)人員的頭部與周圍物體發(fā)生碰撞，造成次主傷害。

(3)導(dǎo)軌磨損嚴(yán)重，制動(dòng)效果差。導(dǎo)向型防墜器的工作原理是通過(guò)防墜器與導(dǎo)軌之間的摩擦發(fā)生制動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)使用對(duì)導(dǎo)軌與自鎖器都有一定損耗，影響防墜落裝置的使用壽命，并且摩擦制動(dòng)存在一定滯后性，在發(fā)生墜落時(shí)延長(zhǎng)下墜距離，給作業(yè)人員的身體造成更大的沖擊。

2.2 速差式防墜落裝置存在問(wèn)題分析

(1)易發(fā)生“鐘擺效應(yīng)”，無(wú)法自救。速差式防墜器在使用時(shí)要將防墜器掛于作業(yè)人員的正上方，通過(guò)豎直放出的安全繩對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行保護(hù)，如果作業(yè)人員橫向移動(dòng)距離過(guò)長(zhǎng)，在發(fā)生墜落后，由于安全繩與人的重心存在一定角度，將導(dǎo)致作業(yè)人員的身體發(fā)生鐘擺效應(yīng)，容易使作業(yè)人員在擺動(dòng)過(guò)程中與周圍物體發(fā)生碰撞而造成傷害，并且在墜落后如果周圍沒(méi)有能使作業(yè)人員站穩(wěn)的物體，防墜器將無(wú)法解鎖，使作業(yè)人員只能等待救援，無(wú)法進(jìn)行自救。

(2)收繩速度不可控。由于速差式防墜器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且其空腔內(nèi)需要給收放的安全繩足夠的空間，因此防墜器的體積過(guò)大，自重過(guò)重，導(dǎo)致攜帶非常不便，如果速差式防墜器用于人體向下移動(dòng)防墜時(shí)，在使用完成后雖然安全繩會(huì)在彈性片的作用下自行收回防墜器內(nèi)，但自動(dòng)收回時(shí)安全繩的收縮速度不可控，這可能對(duì)防墜器內(nèi)部零件造成較大的沖擊，造成內(nèi)部零件損壞，影響其使用壽命。

(3)磨損的安全繩不可更換。目前我國(guó)所生產(chǎn)的防墜器都是一體式不可拆卸結(jié)構(gòu)，在使用過(guò)程中安全繩來(lái)回反復(fù)工作容易對(duì)安全繩造成磨損，但作業(yè)人員無(wú)法對(duì)磨損的安全繩進(jìn)行檢修與更換，從某種程度上增加速差式防墜器的使用成本。

無(wú)論是導(dǎo)向型防墜器還是速差式防墜器，對(duì)高處作業(yè)人員的保護(hù)策略都屬于被動(dòng)保護(hù)，在作業(yè)人員正常攀爬過(guò)程中閉鎖裝置處于開(kāi)放狀態(tài)，發(fā)生墜落后才進(jìn)行鎖止，反應(yīng)滯后，安全性有待加強(qiáng)。

3 改進(jìn)措施

雖然我國(guó)在高空防護(hù)領(lǐng)域起步較晚，對(duì)高空防墜落裝置的認(rèn)識(shí)和運(yùn)用不夠全面，導(dǎo)致我國(guó)高空防墜落裝置在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中還存在缺陷，但隨著近些年國(guó)家及企業(yè)對(duì)高處作業(yè)的重視及對(duì)防墜落裝置應(yīng)用的普及，我國(guó)高空防墜落裝置的研發(fā)技術(shù)日漸成熟。

3.1 導(dǎo)向型防墜落裝置

(1)對(duì)導(dǎo)向型防墜器的材料進(jìn)行優(yōu)化。由于導(dǎo)軌一直暴露在自然環(huán)境當(dāng)中，因此導(dǎo)軌的選材要注重高強(qiáng)度、耐磨、抗腐蝕性，以延長(zhǎng)其使用壽命；對(duì)于自鎖器，由于其在工作中要隨作業(yè)人員上下移動(dòng)，因此對(duì)導(dǎo)向型防墜器的設(shè)計(jì)要在保證其安全性的基礎(chǔ)上充分考慮其便攜性，保證防墜器的質(zhì)量不超過(guò)1kg。

(2)將導(dǎo)向型防墜器智能化。通過(guò)給防墜器加裝控制模塊，研制一種能根據(jù)作業(yè)人員的移動(dòng)在導(dǎo)軌上相應(yīng)上下移動(dòng)的防墜器，這不僅能解決高掛低用的問(wèn)題，同時(shí)也有效縮短下墜距離，減小作業(yè)人員墜落時(shí)的慣性對(duì)身體的沖擊。

(3)改變制動(dòng)方式。目前導(dǎo)向型防墜器都是采用單邊止鎖，制動(dòng)效果差，若改變防墜器的制動(dòng)方式，將防墜器設(shè)計(jì)成雙邊止鎖或采用更可靠的氣動(dòng)止鎖或液壓止鎖，提高防墜器的靈敏度，減小防墜器的制動(dòng)距離，增加其可靠性。

3.2 速差式防墜落裝置

(1)重新設(shè)計(jì)防墜器的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有的速差式防墜器都是一體式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部易損部件安全繩無(wú)法自行更換。對(duì)防墜器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，將安全繩盤設(shè)計(jì)成可拆卸式，在使用后能及時(shí)對(duì)安全繩進(jìn)行維護(hù)或更換，能有效提高防墜器的安全性。

(2)加入速度控制模塊。由于目前速差式防墜器采用機(jī)械止鎖，在實(shí)際應(yīng)用中有誤止鎖情況發(fā)生且在使用后安全繩收縮速度不可控，易對(duì)內(nèi)部零件造成沖擊，在防墜器中加入一個(gè)速度控制模塊，當(dāng)安全繩拉出速度達(dá)到一定值時(shí)，防墜器能及時(shí)止鎖，在解除危險(xiǎn)后，防墜器能及時(shí)解鎖，實(shí)現(xiàn)作業(yè)人員自救。在防墜器使用完后，控制模塊能控制安全繩的收起速度，以降低掛鉤對(duì)防墜器內(nèi)部元件的沖擊。

(3)加入角度模塊。角度模塊可有效預(yù)防作業(yè)人員發(fā)生墜落后的“鐘擺效應(yīng)”，在作業(yè)人員的橫向移動(dòng)超出預(yù)定范圍時(shí)發(fā)出警報(bào)，以提醒作業(yè)人員，讓作業(yè)人員回到安全作業(yè)范圍內(nèi)。

(4)保護(hù)策略由被動(dòng)保護(hù)向主動(dòng)保護(hù)轉(zhuǎn)變。目前所有的防墜器都是在墜落動(dòng)作發(fā)生后才進(jìn)行止鎖，反應(yīng)滯后，有延長(zhǎng)下墜距離導(dǎo)致沖擊力過(guò)大的風(fēng)險(xiǎn)，將保護(hù)策略轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)保護(hù)，使防墜器在發(fā)生墜落前一直處于止鎖狀態(tài)，有效避免防墜落裝置反應(yīng)滯后導(dǎo)致緩沖行程過(guò)長(zhǎng)的風(fēng)險(xiǎn)，提高防墜器的安全性能。

4 結(jié)論

(1)防墜落裝置是保障高處作業(yè)人員生命安全的最后一道屏障，已初步應(yīng)用到電力、建筑、船舶、航空等行業(yè)并具有良好的發(fā)展前景，但目前市場(chǎng)上的防墜器型號(hào)多樣，功能不一，質(zhì)量參差不齊，通用性低，導(dǎo)致防墜器在各行業(yè)很難得到廣泛應(yīng)用。因此，減少防墜器的型號(hào)，增加其通用性是使防墜落裝置普及的前提。

(2)我國(guó)防墜落裝置的研發(fā)技術(shù)逐漸趨于成熟，在防墜器的安全性和可靠性上已基本得到保障，但在舒適性、靈敏性方面還有很大的提升空間，在今后防墜落裝置的發(fā)展過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)防墜器止鎖的靈敏性以及使用者的舒適性方面的考慮，致力于研制出符合我國(guó)國(guó)情，滿足行業(yè)需求的防墜器。

(3)本文雖然針對(duì)防墜落裝置在應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題提出有效的解決辦法，但在“人、機(jī)、環(huán)、管”4個(gè)方面只討論機(jī)械設(shè)備的不安全因素，對(duì)人的不安全行為、環(huán)境因素以及管理缺陷方面還有待進(jìn)一步分析。