摩天輪結構及其應用研究

王偉鑫

（浙江鵬鳴游樂設備有限公司，浙江 紹興 311823）

摩天輪結構及其應用研究

王偉鑫

（浙江鵬鳴游樂設備有限公司，浙江 紹興 311823）

為了滿足人們日益增長的對于娛樂的需求，各種各樣的娛樂設施不斷出現。一些國外的企業家看中中國這個巨大的市場，將一些具有外國特色的大型娛樂設備也開始陸續的進駐中國市場，摩天輪就是其中的一種。研究摩天輪的結構，盡可能的提高它的安全系數具有重要意義。本文結合摩天輪的發展歷史，闡述了研究摩天輪結構的意義，探究了摩天輪建設時的施工特點和施工方法，最后就如何在摩天輪工程中提高它的安全性能給出了一些建議。

摩天輪 ；工程結構；發展歷史；施工方法；優化措施

在大型游樂場中，有一種受廣大觀眾好評的設施——摩天輪，它最初是由觀纜車改造而來的，經過幾年的改進之后，成就了現在的模式。很多技術人們都致力于完善摩天輪的設施，提高摩天輪運行的安全系數，讓游客們在乘坐摩天輪時更加的放心，并致力于在摩天輪的纜車中放置更多的設施，讓游客更加方便、舒心的觀賞城市的美景。所以本文就摩天輪的結構和施工特點進行了研究，給出了一些優化摩天輪施工工程技術的建議。

1 摩天輪的發展歷史

摩天輪是從早期的游樂輪、圓形旋轉輪逐步發展而來的。早期的摩天輪又被叫做巨型觀纜車，它可以一次性乘坐2000多人，而且大多數的游樂輪或者圓形旋轉輪是由木材制成，其旋轉一周的時間大約是20分鐘。摩天輪一出現就受到了很多年輕人的喜愛和歡迎，并得到了迅速的發展，其發展過程可以分為三個階段：第一，全世界范圍內的第一座觀纜車出現在1893年的美國芝加哥，從此掀起了在全球范圍內建立摩天輪的高潮，但是由于20世紀的兩次世界大戰，同時造成了摩天輪發展的停滯，這種情況持續了將近半個世紀，在20世紀70年代到20世紀末這段時間內，從日本在神戶建造的觀纜車開始，世界上再一次掀起了建造摩天輪的高潮，同時，經濟和科技的發展，促進了摩天輪的更快發展，摩天輪也開始向更高、更大、更舒適的方向轉變；第二階段是20世紀70年代至20世紀末，在這一個發展階段世界范圍內建造了一定數量的具有代表性的摩天輪，包括日本，英國和美國在內的一些國家都先后建成了摩天輪，促進了摩天輪這一時期的發展；第三階段是20世紀末至今，這次期間，摩天輪已經進入了很多國家，包括很多發展中國家，比如中國等，特別是在一些經濟發展較快的城市，已經建造了大型的摩天輪，例如上海在2002年就建造了108m的觀纜車，2003年在哈爾濱也建立了大型摩天輪，成為這些城市的標志性建筑。

2 摩天輪的結構特點

隨著摩天輪越來越受到人們的歡迎，它的安全性也越來越受到人們的關注和重視，對于如何提高摩天輪的安全性數，了解摩天輪的結構特點至關重要。摩天輪一般由三部分組成：輪盤結構、驅動系統和支撐結構。同時，這三部分也各有各的特點，以輪盤結構為例，它主要有剛性、柔性和剛柔結合等形式。剛性結構形式主要是指輪盤的結構建設使用桁架結構體系，這種結構體系使得輪盤在施工時更加的方便，在早期的摩天輪建設中大多數都是采用的這種全桁架的結構形式；柔性結構形式則是指轉盤主要采用鋼纜索體系，這也是高強度纜索的發展與應用的趨勢，摩天輪的輪盤開始逐漸采用鋼纜索體系，由此進一步避免了大量桿件給人的復雜感覺，使得結構外觀更加的輕盈；而剛柔結合形式是指轉盤結構以纜索為主，然后結合一定數量的桁架，加入剛性素材，隨著摩天輪結構技術的發展，也開始逐漸采用鋼纜索體系以及纜索和桁架相結合的體系。除此之外，在驅動系統中也從以前的電氣驅動，逐步的開始采用液壓驅動的方式。這些結構形式的發展都進一步的提高了摩天輪的安全系數，降低了運行成本。

3 摩天輪結構的研究意義

近幾年，大型娛樂業快速發展，對于摩天輪性能的要求越來越高。摩天輪正朝著直徑更大、高度更高的方向發展。從摩天輪第二個發展階段末期到第三個階段發展初期，摩天輪有了很大的發展，無論是在直徑還是高度方面，都取得了很大的成果。在這同時，對摩天輪的施工技術的要求也越來越高，摩天輪結構和工程的研究對此具有重要意義。

隨著社會經濟的發展和人們生活水平的提高，人們對于摩天輪的性能的要求也越來越高，早期的觀纜車車廂比較簡易，沒有什么娛樂設施，就只能在空中觀賞一些車廂外的美景。相反的，現在的摩天輪車廂建設已經越來越豪華，車廂內的設施也越來越完善，同時越來越多樣化，已經有空調、音響或是電風扇等設施，隨著人們對于舒適性的要求逐漸的提高，在未來，電影院、酒吧等都可能被搬到空中去，使人們不但注重自然景觀，還可以有更多的娛樂設施。

除此之外，摩天輪有一個很重要的特色就是它可以與周圍的景觀相結合，和夜晚的燈光效果相結合，可以成為公眾集會的屏幕，也可以成為政府或是企業重大禮儀活動的首選，成為一個城市的標志性建筑，但以前的摩天輪很難離開游樂園獨立存在。這些關于摩天輪的新需求，需要更好的、更先進的施工技術，無論是如何豪華如何先進的摩天輪設施，最重要的還是它的安全性和穩定性，這也是施工技術人員首先要做好的一點——減少摩天輪運行時的危險因素。研究摩天輪的結構和它的工程應用，有利于加強摩天輪的安全性能，有利于進一步的滿足人們對于摩天輪新性能的要求。

4 摩天輪工程的施工方法及特點

在不同的施工地點和施工環境下，對于摩天輪的建設可能采用不同的辦法，但是目前，已建摩天輪結構的施工方法可以簡單的歸納為以下3種：第一，地面拼裝、整體吊裝法，這種方法就是將摩天輪的構件，先在工廠進行分段加工和組裝，然后再將組裝成功的結構運到施工現場，將構件組裝成整體，連接內部的剛性桁架支撐或柔性鋼纜索體系，最后整體吊起到空中進行安裝，著名的“倫敦之眼”就是采用了這種施工方法，在地面拼裝，然后整體吊裝的方法有利于鋼結構的精細安裝，保證了鋼結構的安裝精度，但是一般的摩天輪結構規模和重量都比較大，所以在整體吊起時就需要很大的施工場地和較強的起吊能力，才能更好的保證空中的安裝；第二，中心旋轉安裝法，中心旋轉安裝法是指先將支撐整體的塔架和輪軸安裝就位后，利用塔架設置工作平臺，或者利用起吊系統從中心向外圍逐漸的安裝其他的摩天輪結構，這種方法一般使用在一些中、小型的摩天輪工程中；第三，立面旋轉安裝法，立面旋轉安裝法是指在支撐塔架和輪軸安裝就位之后，采用臨時剛性輪輻帶動分段輪緣和鋼索旋轉安裝的方法，立面旋轉安裝法又分為單側旋轉安裝法和兩側旋轉安裝法這兩種，這種方法比較適用于依靠鋼纜索提供向心力的柔性摩天輪結構體系，而且已經在一些摩天輪建設工程中使用，同時，這種方法可以避免大量的高空作業，降低了工人施工的危險性，但是這種方法的使用需要很大的牽引動力系統和良好的制動系統，尤其是兩側旋轉安裝法還需對摩天輪中心輪軸做特殊處理，工程比較繁瑣。

5 摩天輪工程的優化措施

隨著商家賦予摩天輪一些浪漫的色彩，摩天輪越來越受到人們的歡迎，尤其是在一些年輕人群體中，同時，它的安全性也越來越受到人們的關注，所以要進一步優化摩天輪工程，在結構體系、材料和施工方法等方面提出新的優化方案。在結構體系方面，最基礎的是要完善桁架體系和纜索體系，其次要尋找更適合直徑大、高度高的輪盤結構的材料，使用更為經濟、安全系數更高的結構體系。在材料選擇方面，最忌諱的就是偷工減料，要采用一些高強度的材料，提高結構構件的受力強度，從結構材料和車廂材料等方面提高摩天輪的舒適度。最后，在施工安裝方面，隨著摩天輪體型的增大，高空作業的難度也在不斷的增加，所以要逐步的改善工人的施工環境，降低施工難度，進一步的保證工作人員的施工安全。

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