柴林强
上海建工一建集团有限公司
摘要:本文主要是介绍了超高层建筑中各垂直运输方式的优势和不足，通过对华新二期大型设备垂直运输方案的比选拟定，分析了如何在经济最优条件下针对不同设备的特点进行垂直运输方式的组合，推导出最优方式组合的合理算法，可为日后类似工程施工提供参考。
关键词:超高层；垂直运输；施工计划；经济分析
0 引言
伴随着我国的城市化进程急剧的加快，超高层建筑应运而生。在超高层建筑的机电项目管理过程中，大型设备垂直运输是核心问题之一。超高层建筑的中间楼层基本都设置有设备层，其中安装了大量的机电设备，尤其是空调的主机，它的外形尺寸大，重量较重，运输不方便。除了施工现场的电梯运输外，高层建筑垂直运输中最常发生且最普通的单项作业是高空吊装，具有作业时间较短、专业性要求强、准备工作仓促、作业环境相对复杂、风险大等特点。
就目前来说，传统的超高层建筑大型设备的运输方法是：采用塔吊、桅杆沿外墙吊装，设备进楼层技术采用“夺吊法”；或者在电梯井设置卷扬机进行提升系统吊装；或者将设备拆解采用施工电梯配合运输。
1 工程概况
华新城项目AB地块二期工程是由两栋办公塔楼及一座商业裙房组成的高层综合体，该项目集商业、办公、餐饮、影院、超市为一体的综合商业区块，由6号塔楼（5层及以上）、1号塔楼（7层及以上）、A1和 B1商业附楼6层、B2商业附楼及地下室组成。6号塔楼和1号塔楼主要为高档写字楼，附楼主要为商业、餐饮、溜冰场、影院等，地下共三层，地下一层主要为超市、商业用，地下二、三层主要为车库、设备用房。其中，1#塔楼地上59层（含屋面层及屋面夹层），总高274米，是本次课题的研究对象。1#塔楼共设设备层5层（9F、20F、31F、42F、53F），屋面层，均有大量机电设备安置。其具体数据如下：
表1-1 1#塔楼大型设备清单
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2 垂直运输需求分析
根据表1-1所列清单，结合本工程设备具体规格参数，我们可以对清单内容进行具体的数据分析。
分类划归以规格尺寸、参考重量为基准，将大型设备划分为三类：
① 塔吊运输类：设备尺寸重量超越电梯承载能力，或使用电梯运输效率低下的设备汇总，约占总体比例19.44%；
② 电梯运输类：设备重量尺寸较小，可通过电梯一次运输多台的设备汇总，约占总体比例75.93%；
③ 特殊运输类：设备重量在3000kg以上，或使用普通塔吊吊装危险系数高的大型设备汇总，约占总体比例4.63%。
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图2-1 垂直运输需求分类
图2-1的设备类型划分是根据设备本身规格参数得出的结论。但我们仍需考虑到施工高峰时期各专业各工种同时进行作业的情况下，塔吊是否可以顾及，塔吊运输是否可以快捷到达施工作业面，楼层水平运输通道是否畅通等问题，进行各类型设备运输需求的轻微调整。
3 重型设备吊装方案
在机电设备安装工程中，吊装技术是一项极为重要的技术，随着我国工程建设向标准化、模块化、工厂化、大型化、集成化方向发展，设备吊装的难度越来越大，由于吊装的材料变得更重，高度也是越来越高，体积越来越大，要求也越来越高，渐渐成为是制约整个工程的进度、成本和安全的关键因素。
超高层建筑施工工序为：钢梁施工完成→安装压型钢板→最后进行结构板面的施工。考虑到设备层主机安装的需求的特殊性，结构钢梁施工至设备层时，立即组织人员安装压型钢板，待安装完成后，进行结构板面及主机机房基础的浇筑，待基础混凝土强度达到设计强度的70%以上，利用塔吊进行制冷主机的吊装，置于基础上并做好防护。在设备未调入之前，设备层之上只可进行钢梁安装，不可进行压型钢板安装及楼层浇筑。
针对施工无法达到上述条件，或者设备因某种原因未能及时到场，拟选用如下辅助方案：
3.1 流动式起重机吊装
流动式起重机从形式的分类上可以分为轮胎式起重机和履带起重机两类，轮胎式的起重机又可以分为随车起重机、汽车起重机、轮胎起重机和全地面起重机四种类型。从价格来看，在流动式起重机中，价格最高的全地面起重机，汽车起重机和轮胎起重机价格相当，价格最低的履带起重机。
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图3-1 1000吨级汽车吊参数表
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图3-2 1000吨汽车吊吊装高度215m
在汽车吊和履带吊二者的选用上，遵循规律如下：
① 大部分的大型长期工程，要求的起重量以及起升高度都很大，二期地面的情况比较恶劣，而且不需要长距离转运，选择履带起重机比较经济，履带起重机可在吊重状态下行走，短距离转运工件比较方便，可以省去运输车。
② 长期或这短期工程并经常需要长距离转场，路面的状况较好，选择汽车起重机比较实惠经济。汽车起重机相对于履带起重机来说，有机动灵活、价位适中的优点，是大多数建筑安装公司和吊车租赁公司的首选机型。如华新一期空气源热泵的吊装，可以集中一次性吊装完毕，相比于其他特殊运输方式，汽车吊更为便捷经济。
对于制冷主机未能及时进场情况，对于设备层制冷主机的吊装可采用500吨至1000吨汽车吊予以吊装，待吊入层内后利用运输坦克或卷扬机水平运输，就位安装。
3.2 桅杆系统吊装
各设备层均有重型设备分布，单体构件重量在3t至6t不等。总承包单位在1#塔楼旁设置两台动力臂塔吊，因为现场多家单位协调使用，并且在其运输能力不足的情况下，优先满足结构材料调运需求，这样的大型机电设备既无法从施工电梯上搬运，而塔吊运输又无法满足我方需求。如何合理地处理这个分区的大型设备，是我方提高重型设备运输效率的关键所在。
传统的“人字拔杆”、“独立拔杆”，一般情况适合尺寸较小的设备，比如吊装管道。而本案例中需要吊装大型的制冷机组，传统的拔杆吊装需要多根斜拉钢丝绳，而目前大多设备机房设置在设备层，建筑结构也导致了斜拉钢丝绳的数量较少，无法保证人字或独立拔杆的稳定性能。
我们打算采用由两个反向的平行“三角拔杆”组成新型吊装系统，为了控制拔杆左右摇摆，可利用结构梁柱采用撑顶和斜拉，通过“变幅杆”限制在前后方向上的变幅，通过变幅将设备水平运输至室内。
（1）拔杆敷设的固定
提前将起重桅杆及承重桅杆，固定导向滑轮组敷设在设备层，敷设及固定起重卷扬机和牵引卷扬机。可于设备层至楼面设置索道，设备垂直运输时可沿索道而行，可以有效的避免设备碰撞到结构体。
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图3-3 “三角桅杆”构造原理图
（2）设备垂直吊运
将设备分别吊在已设置好的桅杆上，同时将起重卷扬机启动，在设备离开地面200mm后停机，检查设备所有的着力点，缆风绳及机具；确认安全无问题后，在慢慢的将设备吊离地面直到设备垂直运输到设备层平面后停机。
考虑到设备尺寸较大，在设备上方设置吊装扁担（后壁钢管）。设置扁担也可以杜绝“三角拔杆”的“变幅杆”左右摆动，这样可以增加吊装的安全度，到达设备层后，同时启动变幅5t手链葫芦，收回变幅起重桅杆，将设备平稳运输进入大楼内缓慢落到设备层平面。
（3）水平运输至室内
设备下面设置托架且铺设方木，用已经安置好的卷扬机把设备拖绞平移到基础上（由于基础高于地面完成面200mm，方木应与基础平齐，便于设备的平移）。
4 大宗设备辅助运输方案
超高层建筑的机电专业工作随工程主体施工同时进行，塔吊和施工电梯在供应不足的情况，优先满足于主体结构的施工要求，而满足不了机电专业方面的材料设备运输，这就需要机电专业方面自己想办法解决大宗设备材料运输问题。对此，通过深入的现场考察以及大范围的讨论分析，拟提出针对本工程特色的地上部分机电设备垂直运输方案：搭设“悬臂吊杆”+吊笼进行机电设备的垂直运输。
“悬臂吊杆”吊运原理在于：把用于吊运机电设备的垂直吊具搭设在货梯井道内。它利用塔式起重机的塔臂，同时去除了悬臂吊上的滑动小车而改用固定式滑轮组。其特点是可以在工作岗位上快速方便地吊运设备材料，而且布置相对简单很多，拆装也方便。
起升系统由卷扬机、制动器、减速箱等组成，采用多速电机驱动，通过联动操作台实现变速，可获得3种起升速度：轻载吊运速度为40m/min、重载吊运速度为20m/min，起吊和停靠速度为8m/min，能突出轻载高速、重载低速和慢速就位的功能。
根据现场施工进度，悬臂吊杆装置主要设置于9层、20层、31层、42层、53F和屋面层。可根据现场具备的条件进行调整。旨在运输数量多、分布广的轻型设备，保证施工进度。
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图4-1 “悬臂吊杆”系统原理图
5 经济最优组合分析
本课题论及的组合方式有如下两种：
① 塔吊、施工电梯（常规运输）+汽车吊、悬臂吊杆（辅助运输）；
② 塔吊、施工电梯（常规运输）+三角拔杆、悬臂吊杆（辅助运输）
方案①中，汽车吊若选用1000吨级，可以保证到42F的吊装工作量，而采用500吨级汽车吊可以保证到31F的吊装量，二者运输量之差仅在于一层设备层，但是在吊装费用以及协调难度上500吨级远远小于1000吨级。采用汽车吊作为辅助运输措施，其只能保证中低区的设备层设备吊装，高区及屋顶层设备必须要协调塔吊，并且在实际施工过程中，高区及屋顶层设备必须按时进场，一次吊装就位成功。
方案②通过设置三角拔杆辅助设备运输，在时间的可协调性上高于汽车吊方案，但在垂直运输的效率上不如汽车吊。相比于汽车吊，三角拔杆在初期搭设费用较高，对于小批量大型物件运输经济性不如汽车吊，而对于大批量、长时间物件运输，其费用是优于汽车吊的。
对比二者吊装费用之差，主要在于采用汽车吊还是采用三角拔杆作为辅助运输措施。而经过市场咨询价格，在吊装工作量和时间上做出对比曲线如下。
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图5-1 费用对比图
由上图可见，在选用方案时，主要以吊装运输量为基准，若是重型设备均可安排塔吊运输，仅有少数需要另行安排，当总体运输量在100t以下，可采用汽车吊吊装，其经济性在运输量低级区段内优势明显，而如果有大宗物件需要统一吊装，则需要搭设三角拔杆，虽然前期投资较高，但是后续维护费用不高，便于长时间吊装工作。
6 垂直运输管理普适原则
物资进场之前要多方面考虑以下因素：
①如果设备提前到场，需腾出现场的堆放场地、二次运输及冬雨季保护。
②设备材料分批进场，对进场设备的型号及编号要严格核验，以免误吊。
③尽可能的减少报验时间，缩短由于报验不合格造成延误。
④从运输方式对进场材料设备进行分类，严格批次划分。
因为部分设备及材料从运输到楼层内安装需要一段时间，或部分楼层有后浇带，材料和部分设备无法直接放置到设备安装地点，只能临时堆放。需对设备材料用木板进行封闭，为保证安装时设备材料不被损坏和丢失。
1）在不影响材料设备后期运输到安装点的前提下，为了节约吊运时间，采用就近堆放的原则。
2）靠边堆放，不影响现场其他施工。
3）选择比较空旷的位置进行合理堆放，优先考虑机房和走道的地方。
4）为了减轻对楼板的压力，材料堆放时管道两端尽量搭在梁上。
7 结语
垂直运输是超高层建筑机电施工中备受关注的核心主题。鉴于各工程项目的特殊性，管理人员可以结合本文提及的普适原则和组合分析制定出具有针对性的方案和管理措施，同时也需要实时根据各个项目的现场条件、工程阶段、进度要求的变化，对原方案与实际情况不符之处进行合理调整，这样才可取得较好的结果。
参考文献
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