Підвищення безпеки виконання спеціальних будівельних робіт монтажників-висотників

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Актуальність теми. У світовій практиці безупинно росте зведення будинків і споруд великої висотності. У будівельній індустрії практично всіх розвинених країн і країн світу, що розвиваються, постійно ведуться роботи з удосконалення зведення об'єктів промисловості, енергетики і житла підвищеної висотності. У будівництві і реконструкції таких об'єктів особлива роль приділяється спеціалістам, що мають висотну підготовку.

Робота на висоті завжди пов'язана з ризиком падіння і травмування будівельників-висотників. Аналіз показує, що більшість нещасних випадків зі смертельним результатом у будівництві відбувається в результаті падіння з висоти (від 17,4 до 52%). Однієї з основних причин травмування і виникнення аварійних ситуацій на висоті, є низький рівень підготовки висотників, а також недолік спеціальних центрів і стендів висотної підготовки будівельників.

У якості одного з перспективних засобів підготовки монтажників-висотників, можуть бути використані спеціалізовані висотні стенди. Вони є ефективними засобами загальної і спеціальної технічної підготовки верхолазів, сприяючи розвитку в них спеціальних якостей, необхідних при роботі на висоті.

Актуальність теми дисертаційних досліджень обумовлюється необхідністю розробки нових, сучасних технічних коштів якісного навчання будівельників, можливістю підготовки до роботи в складних, екстремальних ситуаціях.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення безпеки виконання спеціальних будівельно-монтажних робіт за рахунок удосконалювання рівня підготовки робітників, шляхом застосування висотних тренажерів.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

- провести аналіз стану безпеки виробництва висотних робіт і вивчити вплив конструкційних особливостей тренажера на його безпеку, як способи підготовки;

- установити закономірності впливу технічних характеристик навчального стенду на пріоритетні складові комплексної підготовки монтажників-висотників. Обґрунтувати критерій ефективності і безпеки висотного стенду, що використовується для підготовки верхолазів;

- розробити методику визначення критеріїв оцінки параметрів безпеки конструкцій висотних тренажерів, що дозволяють підвищити безпеку їхнього застосування, як способу підготовки будівельників;

- визначити області значень основних характеристик, при яких використання висотних стендів є найбільш ефективним і безпечним;

- розробити зразок експериментальної установки тренажерного комплексу для підготовки монтажників-висотників;

- впровадити результати досліджень на виробництві, і розробити методику їхнього застосування.

1. Аналіз теоретичних і науково-практичних робіт, присвячених темі безпеки при виконанні висотних будівельних робіт, висотній підготовці верхолазів, технічних засобів, що використовуються у процесі висотної підготовки, і безпосередньо висотним стендам

Встановлено, що по Україні, професія будівельника за рівнем травматизму посідає друге місце після професії шахтаря. Найпоширеніші фактори, що травмують, - падіння з висоти. За рівнем важкого травматизму, нещасні випадки, пов'язані з падіннями з висоти в будівництві, впевнено посідають перше місце в багатьох країнах світу.

Визначено основні причини падіння працівників з висоти: низький рівень підготовки висотників, відсутність спеціального професійного відбору, допуск до роботи на висоті без спеціальної підготовки і ліцензії, а також недолік спеціальних центрів і стендів висотної підготовки будівельників.

Значний обсяг наукових праць присвячений проблемі оцінки фізичного стану фахівців-висотників і рятувальників, і визначенню рівня їхньої фізичної працездатності визначається за формулою:

, (1)

де N1 і N2 - відповідно потужності першого й другого навантажень (Вт); f1 і f2 - ЧСС наприкінці першого й другого навантажень, хв.-1.

Ряд робіт присвячений темі фізичної підготовки в складних умовах, з використанням дихальних апаратів і спецкостюмів загального хімічного захисту, а також проблемі психологічної підготовки.

Встановлено, що закономірності впливу параметрів конструкції і технічних характеристик висотних тренажерів, на ефективність і безпеку їхнього використання при висотній підготовці верхолазів, у цей час вивчені недостатньо.

Не визначені діапазони значень характеристик висотних стендів, використання яких є найбільш ефективним, і не досліджений вплив відхилень фактичних параметрів стенда від оптимальних значень на ефективність і безпеку їхньої експлуатації.

На основі проведеного аналізу можна зробити висновок, що на цей час не існує методик аналізу стану безпеки висотних стендів, що ускладнює їх розробку і удосконалення, а також методику їхнього використання в процесі підготовки монтажників-висотників. Тому, виникла необхідність проведення наукових досліджень по підвищенню безпеки виконання спеціальних видів висотних будівельних робіт, і вивченню впливу конструктивних параметрів висотних тренажерів на їхню ефективність і безпеку як засобу підготовки будівельників до роботи на об'єктах великої висотності.

2. Результати досліджень конструктивних особливостей висотних тренажерів, основні технічні характеристики, які найбільшою мірою впливають на ефективність і безпеку їхнього використання при підготовці монтажників-висотників

Як основні характеристики висотного стенда були запропоновані: максимальна висота стенда - Нмакс, м; площа конструкції стенда - S, м2, максимальний винос верхньої частини стенда по стелі - Рмакс, м; загальний кут нахилу - Q, градус; макрорельєф конструкції - F, од.; кількість площин з кутом нахилу більше 135 - G; середня довжина маршруту - Lср, м; максимальна кількість маршрутів - Хмакс ед.; середня відстань між крапками страховки - Кср, м; кількість кріплень мікроелементів рельєфу на 1 м2 - Z, од.; кількість, що займаються - Nмакс.

З урахуванням запропонованих технічних характеристик, проведене вивчення існуючих у цей час, найбільш великих висотних стендів України, Росії і Західної Європи. Розрахунок і визначення їхніх параметрів, проводилося шляхом обробки даних на комп'ютері.

Для всіх груп значень характеристик встановлені середні значення, розраховане стандартне відхилення, визначена ймовірність влучення в заданий інтервал значень:

, (2)

де a - середнє значення; - стандартне відхилення; - нижня межа; - верхня межа.

На підставі виконаних розрахунків, з використанням функції безперервної випадкової величини, що має нормальний розподіл:

(3)

встановлено нормалізовані значення Н1, представлені в табл. 1.

Таблиця 1. Значення Н1 технічних характеристик висотних стендів

Досліджено вплив конструкційних особливостей висотних стендів на безпеку процесу підготовки верхолазів. Такими особливостями є: винос карниза (), кут нависання верхньої площини стенда (в), відстань від підлоги до карнизу (), загальна висота стенда (Н). Проведені дослідження показали, що основними факторами ризику при проведенні занять на висотних стендах, є: удари по підлозі при зривах з використанням верхньої страховки, короткострокові перевантаження в страховочному ланцюзі в момент затримки, зірвавшогося.

Встановлено діапазони безпечних значень: = 0 2 м; в = 0 20;
= 4 Н. Визначено, що вихід параметрів за межі діапазону, що рекомендується, приводить до істотного зростання значень максимальних швидкостей ударів по підлозі при зривах і, отже, до підвищення ризику травматизму.

Визначено вплив конструкційних особливостей висотних стендів, на встановлені в ході досліджень параметри рівня безпеки при виконанні основних завдань вхідних у комплекс підготовки верхолазів. Такими параметрами, з урахуванням маси тіла монтажника-висотника є:

1. Максимальна швидкість зриву із граничної висоти:

, (4)

де б - кут нахилу використовуваної площини стенда.

2. Найбільша пікова величина перевантаження при затримці зірвашогося:

. (5)

3. Максимальна швидкість зриву зі стенда з карнизом:

, (6)

де - винос карнизу; - відстані від підлоги до карнизу; Н - загальна висота стенда; в - кут нависання верхньої площини стенда.

4. Найнебезпечніша висота точки зриву для стенда з карнизом:

. (7)

3. Результати досліджень по визначенню оптимальних параметрів висотного стенду підготовки монтажників-висотників, розробці математичної моделі критерію ефективності і безпеки

Вплив відхилень від встановлених параметрів, на безпеку конструкції.

В процесі досліджень виникла необхідність знайти взаємозв'язок і виявити взаємовплив задач комплексу висотної підготовки, з технічними характеристиками висотного стенду. Для цього, була створена матриця умовних одиниць, що враховує значення і визначає ступінь впливу зазначених факторів.

Матриця умовних одиниць, що описують шукані параметри стенду, розрахована на основі розробленого “Технічного обґрунтування параметрів висотного стенду, що рекомендуються, для підготовки верхолазів”, що включає 264 підрозділи, що описують рекомендований діапазон значень для кожної характеристики висотного стенду при виконанні конкретного завдання з комплексу висотної підготовки верхолазів. Технічне обґрунтування пройшло оцінку, і було затверджено експертною комісією.

В процесі аналізу оцінки ефективності висотних стендів, з урахуванням визначених раніше значень характеристик Н1, були прийняті чотири ступені впливу коефіцієнта kв (від 0 до 3х), на виконання конкретного завдання з комплексу висотної підготовки. Після проведеного перетворення по всьому ряду задач, був розкритий взаємозв'язок параметрів характеристик з усіма групами задач навчання.

Аналіз матричних значень дозволив встановити коефіцієнти значимості основних характеристик висотного стенда.

Таблиця 2. Оптимізовані значення характеристик Н2

Отримані значення Н2, встановлюють нижню граничну область припустимих меж характеристик висотного стенду.

Розроблено математичну модель критерію ефективності і безпеки висотного стенда, що враховує нормалізовані значення характеристик Н1, параметри нижньої межі Н2, а також коефіцієнти значимості характеристик - kз (рис. 1), що визначають нижню границю оцінки характеристики.

Визначено постійну величину максимальної сумарної оцінки основних характеристик стенду, складова:

= , (8)

де i1 =S0; i2 =H0; i3 =Q0; i4 =F0; i5 =G0; i6 =P0; i7 =L0; i8 =X0; i9 = K0; i10 =Z0; i11 = N0. Коефіцієнт ефективності для конструкції з даною сумою балів Кэ = 1.

Встановлено критерій ефективності і безпеки конструкції висотного стенду підготовки верхолазів:

, (9)

де - характеристики стенду, що розраховується; ( = - сума балів для стенду з Кэ = 1.

Застосування критерію ефективності, вперше дає можливість визначити ефективність конструкції на стадії проектування, і провести порівняльний аналіз будь-яких висотних стендів підготовки верхолазів.

Результати проведеної оцінки можливості застосування висотних стендів країни, як центрів підготовки монтажників-висотників, показали, що найбільш ефективними конструкціями, є висотні стенди в містах: Києв (Кэ = 0,82), Одеса (Кэ = 0,8), Нікополь (Кэ = 0,63) і Харків (Кэ = 0,56).

4. Дані по розробці спеціалізованого тренажерного комплексу підготовки монтажників-висотників, і дослідження його ефективності і безпеки

Визначено границі, що рекомендуються, діапазонів параметрів, характеристик: 208 ?S ?310 м2; 11,2 ? Нмакс ? 15 м; 112о Q ? 123о ; 4,6 ? Рмакс ? 8 м; 24 ?F ?49; 5 ?G ? 8; 12,7 ? Lср ?16 м; 6 ? Хмакс ? 10; 1,3 ?Кср ? 1,5 м; 19 Z 35; 14 N 20; 0,49 Кэ 1.

На підставі виконаних досліджень була розроблена експериментальна модель комплексу підготовки верхолазів.

Спеціалізований комплекс висотної підготовки, містить у собі три висотних стенди А, В і С, що дозволяє вивчати і відпрацювати прийоми роботи на висоті, для верхолазів кваліфікації, що мають рівень, від початкового до вищого розряду.

Як показали дослідження, три стенди об'єднані в єдиний комплекс дозволяють вирішувати в повному обсязі задачі підготовки монтажників-висотників, по виконанню спеціальних видів будівельних робіт. Це підтверджується високим значенням критерію ефективності Кэ = 0,85, дотриманням конструкційних параметрів безпеки, а також значеннями технічних характеристик комплексу (табл. 3).

Таблиця 3. Результати дослідження оцінки ефективності характеристик комплексу

Всі значення технічних характеристик експериментальної моделі комплексу, укладаються в заданий діапазон параметрів, що рекомендуються. Характеристики F, G, Хмакс, N - перевищують максимальні показники, а S, Q, Рмакс - впритул наближаються до верхніх границь діапазону. Винятком є величина Нмакс = 11,5 м, обмежена висотою приміщення.

Аналіз проведених досліджень показав, що при збільшенні значення Нмакс = Нd до 15 м, оцінка характеристики підніметься до верхньої межі: Но = 9,24; тоді значення Lср зросте до 16 м і відповідно збільшиться Lо до 8,14. Критерій ефективності конструкції в цьому випадку складе: Кэ = 0,93. Як бачимо, значення критерію ефективності і безпеки впритул наблизилося до максимально можливого значення Кэ = 1, що підтверджує високий рівень експериментального зразка розробленої конструкції висотного стенда.

На підставі досліджень вперше розроблена методика використання висотного стенду, для розвитку спеціальних якостей верхолазів, пов'язаних з безпекою робіт. Наведено експериментальні дані, що підтверджують ефективність розробленого тренажерного комплексу, як засоби розвитку професійних якостей верхолазів і висотних рятувальників. Дані росту наведені в табл. 4.

Таблиця 4. Експериментальні дані росту професійних якостей верхолазів при навчанні на висотному стенді

За даними табл. 4, добре видно зниження часу, що затрачується на виконання завдання, на відрізках експерименту від вихідних даних (Хi), до контрольного результату через 26 місяців (Mi).

У четвертому розділі вивчені питання забезпечення безпеки, пов'язані з організацією технічної, спеціальної, психологічної підготовки, і освоєнням технічних прийомів страховки. Наведено фактори, що забезпечують безпеку занять на висотних стендах.

5. Результати дослідно-промислових випробувань і впровадження методики досліджень на виробництві

Отримані результати досліджень, були використані при розробці дослідно-експериментального зразка тренажерного комплексу підготовки монтажників-висотників будівельних спеціальностей, і аварійно-рятувальних служб Кримського регіону, на навчальній базі Севастопольського національного технічного університету.

Для проведення дослідно-промислових випробувань експериментального тренажерного комплексу, на ньому в період з 1.11.2005 р. по 16.05.2006 р., провадилося навчання трьох груп монтажників-висотників будівельної компанії РСУ-107, з метою підвищення безпеки при виконанні спеціальних видів висотних робіт.

У результаті, проведеного дослідно-промислового випробування, розробленого висотного стенда, отриманий соціально-економічний ефект у вигляді зниження рівня травматизму при проведенні висотних робіт у РСУ-107, у другому півріччі 2006 року, на 60% у порівнянні з 2005 р. Дані аналізу нещасних випадків представлені в табл. 5.

Таблиця 5. Зниження рівня травматизму в РСУ-107 за 2005 - 2006 рік

Випробування показали підвищення ефективності підготовки монтажників-висотників на розробленій конструкції висотного стенду. Всі ті, яких навчають, пройшли тестування в рішенні спеціальних ситуаційних завдань, по виходу з різних аварійних ситуацій, що виникають на висоті в складних виробничих умовах.

З метою проведення дослідно-промислових випробувань і впровадження розробленого висотного комплексу, на ньому в період з 11.04.2006 р. по 16.05.2006 р., проводилося навчання рятувальників Державної спеціальної аварійно-рятувальної служби Кримського регіону.

Вивчення методики проведення аварійно-рятувальних робіт на висоті, виконувалося в рамках комплексу завдань висотної підготовки рятувальників, і прийомів надання допомоги і транспортування потерпілих, при веденні монтажних і аварійно-ремонтних робіт на об'єктах великої висотності.

Результати навчання підтвердили високий отриманий рівень знань і навичок по порятунку і транспортуванню потерпілих в аварійних ситуаціях на висоті.

Проведені дослідно-промислові випробування, показали: експериментальна конструкція висотного тренажерного комплексу, повністю відповідає всім вимогам висотної підготовки верхолазів, що виконують спеціальні види висотних робіт, дозволяє знизити рівень виробничого травматизму, одержати економічну ефективність у розмірі 164,1 тис. грн. і дає підставу рекомендувати запропоновані розробки і методики досліджень для створення центру підготовки монтажників-висотників в Україні.

Висновки

безпечність висотний навчальний

У роботі отримані нові науково обґрунтовані результати, що забезпечують рішення науково-практичної проблеми підвищення безпеки виконання спеціальних видів висотних будівельних робіт.

1. Вперше встановлені і запропоновані, наступні основні технічні характеристики висотних стендів: максимальна висота стенда - Нмакс, м; загальна площа конструкції стенда - S, м2; винос верхньої частини стенда по підлозі - Рмакс, м; загальний кут нахилу - Q, градус; макрорельєф конструкції - F, од.; кількість площин що мають кут нахилу більше 135 - G; середня довжина маршруту - Lср, м; кількість маршрутів - Хмакс; середня відстань між точками страховки - Кср, м; кількість кріплень рельєфу на 1 м2 - Z; максимальна кількість що займаються - Nмакс: Nмакс= 2 Хмакс.

2. Розроблено методику визначення критеріїв оцінки параметрів висотного стенду, при реалізації яких, ефективність і безпека конструкції тренажера, як засобу висотної підготовки будівельників є максимальною.

3. Встановлено параметри безпеки висотного стенду. Такими параметрами, є: максимальна швидкість зриву (v1max), максимальна швидкість зриву із площини зі значенням Q = 180 (v2max), найбільша пікова величина перевантаження при затримці зірвавшогося (amax), найнебезпечніша висота точки зриву для стенду з карнизом (h).

Визначено вплив конструкційних особливостей тренажера (виносу карниза - л; кута нависання верхньої площини стенда - ; відстань від підлоги до карнизу - ; загальної висоти стенда - Н) на його безпеку, як засобу підготовки монтажників-висотників. Розраховані діапазони безпечних значень: л = 0 2 м; = 0 20; = 4 Н.

4. Вперше виведені коефіцієнти значимості характеристик і виявлений ступінь впливу відхилень фактичних параметрів стенда від оптимальних значень на безпеку їхнього застосування при висотній підготовці будівельників: ks = 0,73; kн = 0,84; kq = 0,58; kр = 0,46; kf = 0,52; kg = 0,69; kl = 0,74; kх = 0,71; kк = 0,49; kz = 0,63; kn = 0,76.

5. Вперше, з урахуванням комплексного підходу до безпеки, встановлений критерій ефективності тренажера підготовки до спеціальних видів висотних робіт. Розраховано величину Кмин = 0,49, що визначає нижню границю ефективності висотного стенда.

6. Проведено оцінку ефективності діючих стендів України, як засобу висотної підготовки верхолазів, що показала, що високі можливості забезпечення навчального процесу, мають тренажери в м. Києві (Кэ = 0,82) і м. Одесі (Кэ = 0,8), достатні: м. Нікополь “1” (Кэ = 0,63) і м. Харків (Кэ = 0,56) і низькі: м. Дніпропетровськ (Кэ = 0,45) і м. Нікополь “1” (Кэ = 0,36).

7. Розкрито шляхи вдосконалення існуючих висотних стендів у напрямку підвищення їхньої ефективності і безпеки при підготовці верхолазів, і встановлені діапазони граничних значень для всього ряду технічних характеристик, що є найбільш ефективними і безпечними при підготовці будівельників: 0,49 Кэ 1; 208 S 310 м2; 11,2 Нмакс 15 м; 112 Q 123; 4,6 Рмакс 8 м; 24 F 49; 5 G 8; 12,7 Lср 16 м; 6 Хмакс 10; 1,3 Кср 1,5 м; 19 Z 35; 14 N 20.

8. Розроблено експериментальний зразок спеціалізованого комплексу висотної підготовки верхолазів. Критерій ефективності розробленої конструкції: Кэ = 0,851 бала, і є найбільш високим із всіх діючих висотних стендів країни.

9. Розроблено методику використання тренажерного комплексу для розвитку спеціальних професійних якостей монтажників-висотників. Виконані експериментальні дослідження, що підтверджують високу ефективність розробленого стенда, як засобу підготовки верхолазів.

10. Результати проведених досліджень і промислових випробувань, дозволили одержати соціально-економічний ефект у вигляді зниження рівня виробничого травматизму на висотних об'єктах будівельної компанії РСУ-107 р. Севастополя, на 60%. Ефективність впровадження склала: 164 тис. грн.

Дослідно-промислове впровадження висотного комплексу, і розроблена на підставі експериментальних досліджень методика його експлуатації, дозволили рекомендувати запропоновані розробки й методики досліджень для створення центру підготовки монтажників-висотників в Україні.

Література

1. Гальчинский В.А., Гальчинская Л.А., Котченко Ю.В. Повышение вестибулярной устойчивости и координации движений посредством занятий скалолазанием // Вестник Технологического университета Подолья. - 2002. -
С. 114-115.

2. Котченко Ю.В. Технические характеристики высотных стендов подготовки аварийно-спасательных подразделений АЭС // Сб. науч. тр. - Севастополь: СНИЯЭиП, 2003. - № 8. - С. 207-211.

3. Гальчинский В.А., Гальчинская Л.А., Котченко Ю.В. Влияние занятий по скалолазанию на развитие двигательных качеств // Сборник материалов всеукраинской научно-практической конференции. - Николаев: Николаевский государственный университет. - 2003. С. 108-110.

4. Котченко Ю.В., Холопцев А.Д., Гальчинский В.А. Конструктивные параметры высотного стенда с карнизом и эффективность верхней страховки, при передвижении по вертикальному рельефу // Сб. науч. тр. - Севастополь: СНИЯЭиП, 2004. - № 11. - С. 92-97.

5. Котченко Ю.В., Холопцев А.Д. Влияние конструкционных параметров высотных стендов подготовки спасателей на безопасное проведение занятий // Вестник СевНТУ. - Севастополь: СевНТУ, 2005. - №67. - С.126-130.

6. Котченко Ю.В. Проблемы безопасности при подготовке спасательных формирований, обслуживающих экологически опасные объекты большой высотности // Сб. науч. тр. - Севастополь: СНИЯЭиП, 2005. - № 14. - С. 149-154.

7. Котченко Ю.В., Холопцев А.Д. Параметры безопасности конструкции высотного стенда подготовки спасательных подразделений АЭС // Сб. науч. тр. - Севастополь: СНИЯЭиП, 2005. - № 16. - С. 145-150.

Размещено на Allbest.ru