超高層建筑施工垂直運輸方案及管理*

上海建工集團股份有限公司 上海 200080

0 引言

當前國內超高層建筑工程的建造方興未艾，對施工方來說，超高層建筑施工的難點頗多，其中一個核心問題就是垂直運輸[1]。在實際施工中，作為施工方不僅要關注垂直運輸的能力，更要關注如何通過分析垂直運輸需求，完善方案、加強管理等措施，提高垂直運輸的效率。本文依托某超高層建筑工程的實例，介紹工程垂直運輸需求、垂直運輸方案和管理措施，以拋磚引玉，供同行參考。

1 工程項目背景和垂直運輸需求分析

1.1 工程項目背景

某超高層建筑工程集高檔辦公、酒店、零售、娛樂功能于一體。工程總建筑面積近600 000 m2，總高度超600 m。建筑自重質量近100 萬t ，其中混凝土約28 萬m3，鋼筋近10 萬t，鋼材10 萬t，幕墻板塊3 萬余塊。高峰時段施工人員近4 000 人，每天高達上萬人次的人員上下，特別在上下班高峰時刻，對垂直運輸體系來說是一個嚴峻的考驗。且該工程合同工期相對于同類型工程更為緊迫，因此，從垂直運輸角度來說必須全面考慮最優方案和強化管理措施，方可為工程順利實施提供先決條件，進而確保工程目標。

1.2 垂直運輸需求[2-5]

該工程垂直運輸對象依據所用運輸設備主要可分為以下3 類：

1.2.1 塔吊運輸類

當建筑材料的尺寸和質量超過電梯承載能力，或用電梯運輸效率低下時必須使用塔吊運輸。該工程采用了4 臺24 000 kN·m的動臂式塔吊，運輸的主要材料詳見表1。

1.2.2 特殊設備運輸類

鑒于該工程的特殊性，還需采用其他輔助施工的特殊設備進行垂直運輸，其所運輸的主要材料詳見表2。

1.2.3 電梯運輸類

該工程施工階段電梯垂直運輸的一個主要內容為人員。工程高峰期時主體結構、幕墻體系、機電毛坯管線、機電設備房、二結構、初裝飾、精裝飾等多工種同時施工，人員峰值達4 000 人，還有大量的業主、設計、監理、施工管理人員需隨時到達所需作業面指導工作。

表1 塔吊垂直運輸主要材料表

表2 特殊設備垂直運輸主要材料表

另一主要內容為工程材料。這部分材料使用電梯運輸主要有以下幾個原因：

（a）塔吊無暇顧及；

（b）采用塔吊運輸不經濟，效率低；

（c）采用塔吊運輸不能到達施工作業面。電梯垂直運輸主要材料表見表3。

表3 電梯垂直運輸主要材料表

2 塔吊和特種設備垂直運輸方案的擬定

2.1 塔吊

從常規施工經驗可知，塔吊主要工作內容是鋼結構常規構件吊裝，本工程在項目籌備階段已分析出總吊裝次數近10 萬吊，并定性地分析了各專業吊裝比率，見圖1。經上述分析，考慮該工程總體進度需求，并結合以往施工經驗，根據塔吊吊裝速度，確定了本工程主樓結構施工采用4 臺塔吊的方案，平面布置示意見圖1、圖2。該塔吊起重能力24 000 kN·m，雙繩最大起重能力1 000 kN，是工程材料垂直運輸的絕對主力。

2.2 大體量混凝土垂直運輸方案

本工程混凝土用量約28 萬m3，包括核心筒、巨型柱、組合樓板。在綜合考慮質量、進度、安全后，確定了混凝土一泵到頂的方案，其最大泵送高度將超600 m。為確保施工安全，同時考慮了兩用一備的原則，即設置了三路固定泵。根據以往超高層建筑泵送混凝土的施工經驗，考慮到超高層建筑工程歷時較長，影響因素眾多，在選擇混凝土固定泵泵機時需留有一定余量。為此經我上海建工集團工程技術人員與固定泵廠商聯合攻關，生產出最大、泵壓力和功率均達世界領先的固定泵用于本工程，并對泵管進行優化，確保了混凝土工程的順利實施。

圖1 塔吊吊運比率

圖2 塔吊布置示意

2.3 行走式塔式起重機

該工程外幕墻支撐結構為萬余t鋼支撐體系，為確保幕墻安裝的整體進度，盡量減少對大塔吊的占用，我們制定了大塔吊批量垂直運輸鋼支撐構件至設備層頂層，再由布置于設備層頂層的3 臺行走式塔式起重機逐件安裝的施工策略。行走式塔吊布置詳見圖3。

圖3 行走式塔吊布置示意

2.4 軌道式懸臂吊機

在外幕墻每個分區的幕墻支撐安裝完成后，即開始該功能區的幕墻板塊施工。板塊運輸策略為：吊車先將板塊通過樓層吊運平臺運輸至樓層，在樓層內由門式吊機轉運，再由軌道式懸臂吊機進行板塊安裝。4 臺軌道式懸臂吊機布置于設備層的中層，此吊車需能沿樓邊行走，且吊臂應具有伸縮功能，以配合將要安裝單元板的收進輸出，如圖4～圖6所示。

圖4 板塊吊運平臺

圖5 門式吊機轉運板塊

圖6 軌道式懸臂吊機示意

3 電梯垂直運輸方案

本工程建筑體量大、高度高，需要電梯運輸的施工人員與材料數量極其龐大。所以，人貨兩用電梯方案的合理與否，將直接影響工程進度，還有施工電梯后期與永久電梯的使用轉換合理與否，同樣是保證工程順利建造的關鍵。若本超高層建筑施工安裝外附式施工電梯不僅困難大、成本高，而且會影響幕墻面不能收頭，將直接影響到內裝修工程，甚至影響到建筑的整體密閉防水。經研究，本工程主樓核心筒內電梯井道數量較多，井道洞口尺寸也較大，如能利用核心筒內的電梯井道進行人貨兩用電梯設置不僅方便而且合理。故方案制定時通過詳細研究本工程永久電梯的設置位置、運行區間、進度要求等因素，結合各施工階段垂直運輸的需求分析與統計，確定了施工電梯分階段使用方案。最終決定依托核心筒結構布置了11 臺人貨兩用電梯，施工后期隨著高區機房施工完畢，逐步啟用9 臺永久電梯主導垂直運輸，實現了臨時和永久垂直運輸體系的轉換。

4 垂直運輸管理

施工實踐表明：富有遠見性的方案預研是垂直運輸的基石；根據工程進展預判性地對實際方案進行合理調整是垂直運輸方案能否正常執行，發揮效力的關鍵；而樹立全局性的指導思想，建立完善的垂直運輸管理制度則是這項工作的核心。

4.1 垂直運輸管理指導思想

本工程垂直運輸典型指導思想如下：

（a）塔吊、電梯等垂直運輸設施為工程公共共享體系，必須由總承包統一管理、安排，由總承包指定專人每天每周召開專題會詳細討論并安排垂直運輸工作。

（b）項目垂直運輸矛盾的解決需開源節流，開源就是增加垂直運輸能力，節流就是內部挖潛，以提高塔吊每一吊、電梯每一籠的運輸效率。

（c）大宗材料運輸必須提前一周申報，并固定運輸日期，這樣既有利于塔吊和電梯的合理安排，也有利于工程場部管理。

（d）大宗材料應集成吊運，以盡可能多地用塔吊，其效率較高。比如：采用集裝箱吊運二結構石膏板，每吊質量可達15 t，費時約30 min，如使用施工電梯，約6 籠，考慮到電梯運行時間，裝貨卸貨時間，需1 臺大型貨梯運輸180 min，費效比顯而易見。

（e）應盡可能地確保施工人員到達每層的垂直運輸路線不少于2 條，每層需有2 臺大型貨梯到達。

（f）為減少搬運，大型貨梯還應盡可能到達更高的樓層，讓貨物一次到位，但考慮到施工電梯運行速度慢時間長，人員運輸電梯行程不宜過長，人員上下可在中間樓層周轉電梯。

（g）永久電梯的貨梯應盡早投入使用，實踐表明因其運行速度快、效率高，人員和貨物運輸效率為同尺寸施工貨梯幾倍，本工程就是在1 部5 m×3 m的3.5 t永久貨梯投入使用后全面改善了人員上下班的擁擠狀況。

（h）落地電梯應盡可能多配置，實踐表明，地面至樓中電梯周轉層這個階段常為垂直運輸工作量最大區域。

（i）施工電梯與永久電梯的轉換應在施工方案中作重點研究。

（j）上下班高峰必須首先滿足人員運輸。

4.2 塔吊管理制度

本工程使用塔吊的分包單位眾多，材料各異，吊裝任務繁重，經統計，施工高峰期4 臺大塔吊每天平均需工作20 h甚至更多。為了有序有效地使用塔吊，充分發揮塔吊效能，平衡各專業需求，既確保關鍵線路的正常進行，又盡力將總體效益最大化，總承包根據工程進展，分階段地制定和修訂了塔吊使用管理辦法，作為工程塔吊使用方式的準則。以下為管理辦法中幾項典型內容：

（a）白天塔吊以鋼結構吊裝為主，中午依據其他專業需求，根據實際鋼結構施工狀態，酌情提供1～2臺塔吊吊運，這項工作需每天現場協調確定。

（b）夜晚主要吊運材料，各參與施工單位需在每周五提前申報下周每天塔吊需求臺班表，由總承包專題會綜合平衡、統一安排，如未申報的概不通融，此項強制措施對大宗材料的垂直運輸順利運行至為關鍵。

（c）每天下班前召開當晚和第二天白天塔吊使用專題會，再次協調和確認計劃，形成任務單，塔吊司機和指揮依據此單工作。

（d）詳細規定塔吊夜間工作時上下吊裝面的吊裝指揮配置，避免塔吊所有單位考慮到成本減少夜間指揮數量，降低了夜間吊裝效率。

（e）塔吊運輸的散件必須采取措施以便每吊質量最大化，以充分利用塔吊的能力，比如幕墻板塊垂直運輸支架修改后由每吊3 塊板塊提高為每吊5 塊。

4.3 電梯管理制度[6-8]

電梯管理與塔吊管理不盡相同，電梯運輸的人員和物品種類多，分散性大，亟需強調對單位運輸方案的管理和運輸人員的管理。管理辦法的核心在于提高貨物上下電梯的裝卸速度。本工程電梯管理制度典型內容如下：

（a）強調電梯維護和操作管理，確保電梯正常使用率。

（b）電梯工依據總包每天開出的當晚或第二天白天任務單工作。

（c）制定好的電梯運輸計劃必須嚴格執行，不得超時影響下家運輸，如有分包單位惡意多申請電梯用時，則下次將扣減其需求時間，甚至停運一周以示懲罰。

（d）散件運輸應有切實可行的方案，必須采取將散件集成裝箱等提高上下電梯效率的措施。

（e）非泵送混凝土采用的小推車必須加高10 cm，一是確保其裝載量，二是避免灑落，確保文明施工。

（f）加強管理，對浪費電梯的行為嚴懲不貸。

（g）及時張貼、宣傳現階段電梯使用規劃、安排，做到場務公開，吊運有序。

5 結語

垂直運輸是超高層建筑施工的永恒主題，鑒于建筑工程的唯一性，每個工程都必須強調制定針對性的方案和管理措施。特別要根據項目不同的實施階段，綜合考慮原方案和現場實際情況，發揮主觀能動性。比如本工程實施中，綜合考慮本文4.1節第d條、第h條，并結合本工程多道設備層頂部形狀特性，采用了將如防火涂料、砌塊、石膏板等散件裝箱后利用塔吊運輸至高區，然后再利用高區相對空閑的施工電梯將材料向下運輸的非常規方式，就獲得了較好的結果。