在港口、船坞、制梁场等复杂作业环境中,龙门吊因设备密集、交叉作业频繁,碰撞风险居高不下。防碰撞系统通过多维度感知与智能控制,构建起设备间的 “动态安全屏障”,成为保障生产安全的核心技术手段。
一、核心技术架构与感知体系
多模态传感器融合:
激光雷达:采用混合固态多线激光云台雷达,以 60 万点 / 秒的高算力实时扫描设备周边 360° 空间,穿透粉尘、浓雾等恶劣环境,测距精度达 ±3 厘米。如微特港口门座机系统通过激光点云成像,精准定位入侵物体最近点,提供三维空间数据。
视觉识别:高分辨率摄像头结合深度学习模型,识别预制梁体轮廓与运梁车姿态,动态调整防撞阈值。福州港智能防撞系统融合视觉传感与毫米波雷达,实现人员、集卡等目标的精准识别。
高精度定位:北斗 + GNSS+GTK 技术通过差分修正实现厘米级定位,双天线三角计算法获取设备姿态数据,无需额外传感器。
智能决策与控制:
三维空间仿真:将龙门吊按 1:1 比例分解为六面体数据模型,结合轨道位置建立统一坐标系,实时映射设备位置、臂架角度等参数。船坞防碰撞系统通过数学模型真实反映设备位置关系,形成预警、减速、停止三层递进式保护。
多级响应机制:当检测到设备间距接近安全阈值(如 15 米)时触发语音报警;降至 5 米时强制切断动力并启动液压夹轨器。系统响应时间≤200ms,确保紧急制动有效。
二、设备组成与协同逻辑
硬件配置:
传感器层:激光雷达安装于主梁顶部,超声波传感器布置在支腿两侧,形成立体监测网络;反射板安装于相邻设备端部,增强激光回波信号。
控制层:每台设备配备独立数据处理器,通过 TDMA 加密协议组建无线通讯网络,实现设备间状态信息实时交互,单设备故障不影响整体运行。
执行层:集成电磁制动器、液压锚定装置与 120dB 声光报警器,确保制动与报警同步执行。
协同控制策略:
路径规划:多目标优化算法自动分配任务优先级,动态规划无碰撞路径。广东狮子洋通道制梁场通过集中控制系统,实现多台龙门吊同步搬运、堆放,效率提升 30%。
联动停机:某设备触发防撞机制时,系统同步向周边设备发送停机指令,形成全域制动网络。船坞系统通过独立组网与冗余备份,确保单设备故障不影响整体防护。
三、安装规范与环境适配
布局设计:
传感器安装高度统一为 2.5-3 米,距离障碍物至少 5 倍高度,避免气流干扰。轨道铺设平整度控制在 ±3mm 内,交叉作业区域需设置红外线防碰撞设备。
多机协同作业时,相邻设备间距需≥2 倍主梁宽度,确保监测无盲区。
环境适应性:
沿海高湿盐雾环境选用 IP67 防爆型雷达,表面喷涂防腐蚀涂层;低温地区配置加热元件,确保 - 40℃正常工作。
粉尘环境中,激光雷达加装防尘罩,每两周使用压缩空气吹扫内部积尘。
四、维护管理与合规要求
全周期维护:
每日清洁传感器透镜,每周测试通讯稳定性,每季度进行零点校准;激光雷达累计运行 8000 小时或基线漂移超 2% 时强制更换。
每半年组织模拟碰撞演练,验证系统响应速度与制动效果,记录存档备查。
法规遵循:
系统需符合 GB/T 3811-2023《起重机设计规范》,沿海地区工作风速限值为 20m/s(8 级风),内陆为 12m/s(6 级风)。
2025 年起强制要求存储两年内的运行数据,记录间隔精确至 0.5 秒,用于事故溯源。
五、典型应用与效益分析
港口作业:
某集装箱码头部署激光雷达 + 北斗定位系统后,龙门吊碰撞事故率降低 92%,作业效率提升 25%。
系统与 AGV 调度系统联动,实现集装箱吊装全流程自动化,减少人工干预风险。
船坞施工:
微特船坞防碰撞系统通过三维空间仿真与通讯组网,实时监测门座机与龙门吊的臂架角度、吊钩高度,动态调整安全阈值,避免因逆光、多雾等环境因素引发的碰撞。
智慧工地:
数字孪生平台实时映射龙门吊运行状态,管理人员可通过手机 APP 远程监控设备位置、载荷等参数,异常时自动推送预警信息。
住建部数据显示,规范使用防碰撞系统的龙门吊事故率降低 68%,充分证明其不可替代的安全价值。企业需建立 “监测 - 预警 - 处置” 闭环管理体系,将防碰撞系统纳入特种设备定期检验范围,通过技术迭代与管理升级,实现从被动防御向主动预防的跨越。