上海中心大廈施工階段垂直電梯運力分析

穆蔭楠

1.同濟大學 上海 200080；2.上海建工集團股份有限公司總承包部 上海 200080

超高層建筑施工垂直運輸任務繁重，垂直運輸體系設置的合理與否直接影響到現(xiàn)場的施工進度，故在超高層建筑施工中占有極為重要的地位[1-3]。根據超高層建筑施工中垂直運輸對象的不同，超高層建筑垂直運輸體系一般由塔吊、施工電梯、混凝土泵等設備構成。

上海中心大廈工程施工階段垂直運輸體系由塔吊、垂直電梯、混凝土泵組成。其中，塔吊布置根據項目策劃階段的吊次分析，綜合考慮工程的總體進度要求，并結合類似超高層施工經驗，選擇布置安裝4臺1280D塔吊。

塔樓結構混凝土用量逾280 000 m3。在綜合考慮質量、進度、安全等各項要求后，制訂了混凝土一泵到頂的施工方案，混凝土最大泵送高度超過600 m。為確保施工安全，同時考慮了“兩用一備”的原則，最終決定設置3路固定泵。

本工程建筑外立面扭轉上升，若安裝外附式施工電梯，不僅安裝困難大、成本高，而且會導致外幕墻單元無法封閉，直接影響室內精裝修工程，甚至影響建筑的整體密閉防水性能。經過綜合研究，本工程主樓核心筒內電梯井道數量較多，電梯井道洞口尺寸也較大，利用核心筒內的電梯井道布置人貨兩用電梯是施工電梯布置的最佳方案。通過詳細分析本工程永久電梯布置的位置、運行區(qū)間、安裝交付節(jié)點要求等因素，結合各施工階段垂直運輸的需求，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11臺人貨兩用電梯，施工后期隨著永久電梯機房施工完畢，逐步啟用9臺永久電梯負責現(xiàn)場人員及材料設備運輸，實現(xiàn)臨時和永久垂直運輸體系的轉換。

本工程建筑體量大、高度高，需要運輸的施工人員與材料數量極其龐大。本工程布置的4臺1280D塔吊主要服務于結構施工，同時考慮到塔吊自身加油、維護保養(yǎng)時間以及為結構施工作業(yè)面更換焊接作業(yè)所需的氧氣、乙炔等消耗的時間，基本無暇兼顧機電、二結構、裝飾等系統(tǒng)數量龐大的材料運輸任務。現(xiàn)場布置的3路固定泵主要負責主體結構混凝土澆筑作業(yè)，二結構混凝土澆筑作業(yè)的特點是“點多，面廣，量少”，若使用固定泵，經濟性極差。所以，現(xiàn)場二結構、機電、裝飾等系統(tǒng)大部分的材料運輸只能依賴于垂直電梯運輸系統(tǒng)。垂直電梯方案設計的合理與否，將直接影響工程進度。后期人貨電梯與永久電梯的轉換計劃合理與否，同樣是保證工程順利建造的關鍵。

本文通過收集垂直電梯運輸任務最為繁重的階段內各臺垂直電梯的使用情況數據，計算電梯運力飽和度，分析其使用效率。希望分析結論能給類似超高層建筑工程施工階段垂直電梯運輸方案的制訂提供數據上的支持。

1 現(xiàn)場垂直電梯運輸體系

1.1 主體結構施工階段

2010年9月開始，工程進入塔樓主體結構施工階段，施工主要集中在核心筒頂及外框結構作業(yè)面。施工電梯主要用于核心筒結構施工、外框主體結構施工的人員設備及臨時圍擋搭設材料的運輸。根據現(xiàn)場實際工況，分別在核心筒5#、6#宮格分別布置4臺電梯（L1、L2、L6、L7）（圖1）。其中L7電梯尺寸為3.2 m×1.4 m，是載重能力為3 000 kg的大型人貨兩用梯。

1.2 現(xiàn)場綜合施工階段

2012年6月塔樓機電安裝工程進場施工，除了核心筒、外框主體結構施工面之外，二、三區(qū)內機電毛坯工作面也同時鋪開。針對機電安裝系統(tǒng)復雜、材料種類繁多、工作面廣的特點，在核心筒7#宮格內安裝2臺人貨兩用梯（L4、L5），其中，L4電梯規(guī)格與L7電梯相同。

由于L1、L2電梯需要安裝的高度超出了廠方設計最大高度，故采取接力、基礎換托的方法降低施工電梯的安裝高度。隨著主體結構施工至48層以上，L1、L2電梯在48層進行空中基礎換托，換托后在48層以上運行。此時開始48層以下核心筒5#宮格內的結構補缺施工。

1.3 精裝修進場施工階段

2013年3月，隨著低區(qū)永久電梯安裝調試完畢，立即啟用位于核心筒2#、3#宮格內的永久電梯Y1、Y2、Y3（圖2）。此時，機電毛坯施工作業(yè)面已進行至3區(qū)以上、主體結構施工至6區(qū)。根據現(xiàn)場工況，在38層核心筒電梯井道內安裝2臺人貨兩用梯（L8、L9）。低區(qū)永久電梯啟用后，二、三區(qū)設備材料及人員運輸壓力逐步得到緩解，開始拆除L6、L7電梯50層以下樓層的電梯門，提前封閉電梯井道進行二結構施工。

圖1 人貨電梯平面布置

圖2 永久電梯平面布置

1.4 后期施工階段

隨著核心筒結構封頂，開始拆除核心筒5#宮格內的L1、L2電梯，并補缺49層以上核心筒5#宮格內的主體結構。為解決L1、L2拆除后7區(qū)以上人員運輸問題，在81層核心筒8#宮格內安裝2臺人貨兩用梯（L10、L11）。待L10、L11電梯正式投入使用后開始拆除L1、L2電梯。塔冠結構施工前，在119層結構樓板上安裝L12電梯，用以運送塔冠施工作業(yè)面的施工人員。隨著高區(qū)永久電梯安裝調試完畢，適時啟用6臺永久電梯（Y4～Y9），其中Y9電梯規(guī)格與Y3電梯相同。隨著9臺永久電梯的全部啟用，逐步拆除核心筒內人貨兩用梯，移交全部電梯井道（圖3）。

2 垂直電梯運能分析

2.1 材料分類

圖3 垂直電梯拆除及啟用節(jié)點

1）I類材料：包括鋼管腳手架、各類龍骨、內幕墻框架系統(tǒng)材料、水管、電線管、風機機組部件、各類電柜、石膏板。此類材料單件尺寸較大，需要優(yōu)先安排大型貨梯運輸。

2）Ⅱ類材料：包括外幕墻鋼構件、架空地板、風管及管配件、吊頂板。這類材料單件尺寸相對較小，對運輸電梯轎廂尺寸要求較低。但由于每組材料質量較大，二次搬運較為困難，應該盡可能減少二次駁運運距。

3）Ⅲ類材料：包括混凝土、砂漿、防火材料、巖棉、砌塊等。這類材料雖然現(xiàn)場需求量大，但是對運輸工具的適應性強、易于搬運，既可以裝箱集中運輸也可以散件搬運。

2.2 統(tǒng)計數據來源

2013年4月始，施工現(xiàn)場進入主體結構、綜合機電、二結構、室內精裝修交叉施工階段，現(xiàn)場各專業(yè)施工面同時展開，施工作業(yè)人員大量進場。至2014年12月現(xiàn)場實物量基本完成，工程進入收尾階段。本文通過對2013年4月—2015年4月期間各臺電梯每天的使用情況進行數據追蹤，統(tǒng)計并分析各臺電梯的實際使用負荷。

由于晝間有各路施工人員頻繁使用電梯，且有大量的業(yè)主、監(jiān)理及現(xiàn)場管理人員至各個工作面指導工作，現(xiàn)場電梯主要服務于人員運輸。材料運輸則安排在夜間進行。

2.3 主要垂直電梯運力統(tǒng)計

2.3.1 大型電梯

L4電梯至2014年3月31日停止使用，L7電梯至2014年7月8日停止使用，L4及L7作為大型人貨電梯主要服務于現(xiàn)場材料運輸。Y3電梯自2013年4月1日正式啟用，Y9電梯自2014年5月6日正式啟用，Y3及Y9晝間除上下班高峰時段外主要服務于現(xiàn)場材料運輸，夜間則服務于材料運輸，保養(yǎng)周期均為兩周一次，保養(yǎng)主要安排在8：00～16：00。

超高層建筑施工過程中應盡可能多地配置能到達卸貨層的大型貨運電梯。統(tǒng)計數據表明，大型貨梯是所有電梯中運輸任務最為繁重的。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，減少貨物中轉環(huán)節(jié)所占用的時間，提高垂直運輸效率。

同時，應盡早啟用永久貨運電梯。實踐表明，因永久電梯運行速度快、人員和貨物運輸效率為同尺寸人貨兩用電梯數倍，運輸效率較人貨電梯大大提升，本工程就是在1部載重3 500 kg的永久貨梯投入使用后全面改善了人員上下班的擁擠狀況。

2.3.2 小型人貨電梯及永久電梯

L8電梯自2013年4月1日啟用至2014年5月6日停用，L9電梯自2013年5月13日啟用至2014年5月13日停用，L10電梯自2013年9月22日啟用至2014年6月5日停用，L11電梯自2013年9月22日啟用至2014年6月11日停用。L8、L9、L10、L11電梯皆為雙籠人貨兩用梯，晝間除個別電梯服務于現(xiàn)場材料運輸外，主要服務于現(xiàn)場人員運輸。夜間則配合L4、L5以及后期啟用的Y4、Y5、Y6電梯用于材料運輸。

Y1、Y2電梯為低區(qū)消防服務電梯，自2013年3月中旬正式啟用，晝間主要服務于現(xiàn)場人員運輸，夜間主要服務于材料運輸，保養(yǎng)周期為兩周一次，保養(yǎng)時間主要安排在8：00～16：00。2013年4月至2013年12月，由于精裝修尚未進場，Y1、Y2電梯主要服務于二結構及機電毛坯施工作業(yè)面。2014年3月，隨著精裝修單位進場，Y1、Y2電梯使用負荷進入高峰期，至2015年9月，44層以下精裝修作業(yè)面實物量基本完成，Y1、Y2電梯使用率降低。

Y4、Y5、Y6電梯為一組3臺8 m/s的高速服務梯，自2013年12月4日正式啟用，晝間主要服務于現(xiàn)場人員運輸，夜間則服務于材料運輸，保養(yǎng)周期為兩周一次，由于Y4、Y5、Y6電梯井道為通井道，需要一起保養(yǎng)，保養(yǎng)主要安排在18：00～次日5：00。Y5、Y6電梯不僅可以配合L10、L11電梯接力完成82層以上施工作業(yè)面人員、材料的運輸，也可以配合L8、L9完成38～82層之間作業(yè)面的人員、材料運輸任務。

Y7、Y8電梯是大廈的消防及VIP服務電梯，服務于從地下3層到121層的每一層。2014年6月上旬安裝調試完成后啟用，晝間主要服務于現(xiàn)場人員運輸，夜間則用于材料運輸，保養(yǎng)周期為兩周一次，由于Y7、Y8電梯井道為通井道，需要一起保養(yǎng)，保養(yǎng)主要安排在18：30～次日5：00。Y7、Y8自啟用以來，除春節(jié)期間以外，一直處于高負荷使用狀態(tài)。

安裝在高區(qū)的垂直電梯因無法直接到達卸貨層，所以使用頻率相對偏低。針對此類情況，應該鼓勵各專業(yè)單位將大宗散裝材料，如防火涂料、砌塊、石膏板等材料裝箱后先借用塔吊吊至高區(qū)樓層內，然后再利用高區(qū)相對空閑的電梯將材料向下駁運進行逆向運輸。既可充分利用塔吊吊裝間隙的碎片時間，又可挖掘高區(qū)閑置電梯的運能。

在永久消防電梯啟用以后，各臺接駁電梯的使用效率直線下降，可以考慮提前將此類電梯歸還業(yè)主。同時，由于永久消防電梯是除大型貨梯外運輸任務最為繁重的電梯，故電梯的日常保養(yǎng)及運行中的保潔工作十分重要，要保持轎廂整潔，避免由于人為使用不當導致的電梯故障。

2.4 垂直運輸任務專項分析

本節(jié)主要對運輸任務最為繁重的大型人貨兩用梯、永久貨運電梯使用情況作專項分析，統(tǒng)計現(xiàn)場主要的三類材料分別使用電梯的時間。

統(tǒng)計數據反映出現(xiàn)場I類材料是大型貨梯主要的運輸對象。現(xiàn)場Ⅰ類材料的比例在二結構、機電、裝飾工程進場后大量提升。故建議在機電毛坯、二結構工程進場前，啟用作業(yè)面所在樓層的永久電梯以提高運輸效率。

現(xiàn)場Ⅰ類材料運輸占用L7與Y9的時間比例接近80%。由于Ⅰ類材料尺寸較大，無法利用小型電梯運輸，材料運輸只能依靠現(xiàn)場大型貨梯。所以在安排使用大型貨梯，尤其是為高區(qū)樓層服務的貨梯時，必須提前制訂Ⅰ類材料每周進場計劃，結合材料進場計劃分配垂直運輸資源，方可確保材料能按計劃運至專業(yè)施工作業(yè)面，否則一旦Ⅰ類材料無計劃集中到場就會發(fā)生材料滯運的問題，現(xiàn)場施工進度將會受到直接影響，甚至可能造成局部作業(yè)面停工。

3 結語

1）統(tǒng)計數據表明，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(qū)域。各個運輸周轉層場地管理需要予以高度重視，避免在運輸周轉層設置臨時倉庫或類似占地行為，保證運輸通道的暢通。

2）通過統(tǒng)計數據可以發(fā)現(xiàn)，在同層永久電梯啟用之后，人貨電梯的使用頻率大大降低，施工現(xiàn)場在保證人員運輸的同時可考慮提前拆除人貨電梯廳門，封閉井道并移交井道于永久電梯安裝單位，有利于工程總進度計劃的提前。

3）垂直運輸方案設計時應首先選擇啟用消防電梯及貨梯。消防電梯的優(yōu)勢在于作為服務梯停靠樓層數量多，材料運輸無需接駁，減少材料周轉過程中的時間及勞動力損耗。貨梯優(yōu)勢在于轎廂尺寸大，大多數材料無需做分段或者拆散件處理，提高了現(xiàn)場施工效率。