既定工況下的超高層機電設備吊裝技術

劉立廣

中鐵建設集團有限公司西北分公司 陜西 西安 710014

隨著發展中國家城市化進程的不斷加快，越來越多的人涌入大都市，超高層建筑的總體需求量很大，在繁華地段扎堆出現已經成為常態。基于技術功能考慮，在超高層建筑中設置設備層已經成為一種設計共識，300 m以上的超高層尤其如此。超高層主樓設備層位置普遍較高，設備層里往往布置有大量的機電設備且大部分具有質量大、體積大的特點，加之鬧市區寸土寸金，現場場地非常狹小，安全隱患很大，這給吊裝作業帶來了很大挑戰。如何借助既定有限的吊裝機械將大型設備順利運輸到指定位置，同時節約機械租賃成本，是值得研究的課題[1-2]。

1 工程概況

馬來西亞四季酒店項目位于吉隆坡市中央商務區（CBD），緊鄰著名的馬來西亞地標——雙子塔。項目建筑總高度為342.5 m，地上77層，地下4層，是集商業、公寓和酒店于一體的超高層城市綜合體（圖1）。其中機電設備層分別設于59、41、27、11和地下1層，主要設有變壓器、成套配電柜、發電機、冷水機組、泵組、成品水箱等機電設備，共計260臺。其中質量最大的機電設備單體是位于塔樓41層供配電機房中的1 500 kVA變壓器，單體凈重6.4 t，吊裝高度為182 m，將以此變壓器作為最不利因素綜合考慮確定吊裝方案。

圖1 項目效果圖

2 難點分析

2.1 設備型號確定不及時

機電分包大部分為建設方指定分包，受制于馬來西亞當地設計習慣和專業圖紙深化效率，在項目開工時尚未最終完成大樓的電氣負荷計算和電氣系統完整設計，從而導致大型機電設備的型號未能及時確定，這些不確定因素對早期塔吊方案制定和租賃費用測算造成了較大干擾。

2.2 吊裝荷載等級跨度大

機電設備吊裝荷載重，質量等級跨度大，最重的變壓器單體達6 t以上，但數量相對較少。在綜合考慮了鋼結構和幕墻專業的吊裝荷載分布和其對塔吊的使用頻率后，為避免長期“大牛拉小車”造成資源浪費，項目部結合當地政府對塔吊使用的相關規定和租賃市場行情，從經濟性角度出發合理選定塔吊型號。

2.3 場地條件苛刻

項目是地處吉隆坡繁華市中心的超高層工程，距離最近的已有超高層建筑僅20 m，現場場地非常狹小，且各工種交叉施工造成現場可利用場地更少，這為大型設備的卸車位置選定帶來很大麻煩，需要結合各專業的材料堆放布局合理規劃，場地協調工作量大。

3 解決方案

3.1 塔吊選型

為兼顧實用性和經濟性，擬利用現場安裝于核心筒兩側的2臺內爬式動臂塔吊J208PA完成吊裝作業。根據項目塔吊型號和爬升方案，隨著塔吊高度不斷提高，雙繩將更換為單繩，塔吊額定起重量降低，塔吊起重性能如表1所示。

表1 塔吊J208PA起重性能（單繩）

由表1可知，J208A型動臂式塔吊在單繩情況下的末端起吊最大質量為2.2 t，根部起吊最大質量為6 t，而變壓器最大質量為6.4 t，在未考慮風載影響的情況下，塔吊額定起吊能力不能滿足變壓器的吊裝要求。

3.2 荷載處理

擬采用“分拆法”替換“整體吊裝法”，即將變壓器的易組裝外殼與主芯拆開分別吊裝，在外殼和主芯分別吊至41層后拼裝復原。通過分拆之后，變壓器主芯、吊索、掛鉤總質量為5.4 t。

3.3 塔吊起重能力校核

高空吊裝考慮風載的影響系數為1.1，綜合風載系數，計算吊裝荷載為5.94 t，由此可知，在選定吊裝位置上，塔吊起重能力滿足吊裝要求。

3.4 吊裝位置選擇

基于對塔吊起重能力的校核，參照表1，結合現場場地條件，最終將變壓器卸車位置A選在建筑物東南側距離2#塔吊中心30.0 m處（圖2陰影填充位置），此位置場地相對開闊，便于電壓器卸貨，且處于塔吊37.1 m吊裝半徑內，可獲得最大起重量6 t。在吊裝施工準備前，提前清理、平整場地，保證設備運輸車輛能直接到達指定范圍。

圖2 變壓器卸車位置示意

3.5 吊索設置

設備自帶的吊耳與幾何中心一般呈對稱布置，由于設備功能需要，設備的重心和幾何中心一般不一致，而且設備的重心與吊點的幾何中心也不一致。如果直接采用等長的吊索吊裝，設備起吊后將處于不平衡狀態，存在安全隱患。在設置吊索時要同時安裝主副吊索以確保設備的吊裝平衡。主副吊索的規格型號相同，在副吊索上串接倒鏈調整；倒鏈調整完成后，需在倒鏈處設置安全吊索。采用4條吊索平衡吊裝。每條吊索長5 000 mm，吊裝仰角為55°。

3.6 吊裝方法選定

在吊裝方法上，國內傳統的“奪吊法”不符合當地政府部門JKKP（職業衛生與安全局）安全要求，只能選用“平臺轉運法”，即現場采用已有撐桿式卸料鋼平臺作為中轉平臺，完成變壓器的吊裝和轉運。

3.7 撐桿式卸料鋼平臺的合理應用

撐桿式卸料平臺（又叫可移動式卸料平臺）在當地建筑行業中普遍使用，有別于國內的斜桿式鋼平臺，其將承載力分配到上下2層結構板中，無需預埋任何錨固件或者埋件，安全性高、可靠性好、適應性強，安拆方便快捷，能反復無損耗周轉使用，經濟效益極好，如圖3～圖5所示。

圖3 鋼結構平臺平面

圖4 鋼結構平臺前視

圖5 吊裝實景

現場配置有3套上述撐桿式卸料鋼平臺，每臺載重10 t，得益于其安拆方便的特性，合理安排工序插入時間和現場布局可同時滿足結構、幕墻、裝修和機電施工時倒運材料的需求，無需為機電設備轉運單獨配置平臺，可節省措施費用。在分析了現場既有的卸料平臺性能后，經過對機電設備的外形尺寸和平臺尺寸比對，確定通用型4 014 mm（寬）×4 500 mm（長）尺寸平臺可滿足變壓器的轉運需求。其主要承重構件為20#槽鋼和16#槽鋼，底板通長鋪設厚5 mm鋼板，側板三面加裝成品模塊化鋼制護欄。

3.8 吊裝轉運流程

本方案由于卸車位置選在建筑物東南側，綜合考慮塔吊的回轉范圍，以及結構、幕墻預留尺寸，將撐桿式卸料鋼平臺安裝在41層7—8/E—F軸位置，懸挑5 m，內置4 m支撐框架，如圖6所示。

圖6 平臺位置示意

用塔吊先將設備由自卸車位置A吊裝至撐桿式卸料鋼平臺B上，然后通過二次運輸到達指定位置。

3.9 設備二次運輸技術

3.9.1 運輸路線選擇及處理

設備二次運輸路線以鋼平臺位置為路由起始，機房為路由結束。提前規劃二次搬運路線，根據設備尺寸預留二次結構門洞。在轉運前對地面進行平整并鋪設薄鋼板，在保護樓板表面的同時減少載重小車和樓板地面的摩擦力。

3.9.2 牽引設備的選型

使用卷揚機和倒鏈相互配合將設備牽引至安裝位置。為確保牽引過程重設備平穩，應選擇額定速度小于10 m/min的慢速卷揚機，額定拉力應大于75 kN。

3.9.3 設備運輸方法

在正式搬運前，提前策劃選定線路上各方向的卷揚機和倒鏈固定位置，牽引著力點應在變壓器中下部位置，確保卷揚機鋼絲繩與地面夾角小于15°，以避免設備在運輸過程中發生傾斜甚至傾倒，整個牽引過程應保持緩慢均勻的速度，保證設備平穩前進。

4 注意事項

4.1 吊裝時機選擇

吉隆坡氣候屬于熱帶海洋季風氣候，常年平均風速7.5 km/h，200 m高空風速可達20 km/h。為確保吊裝安裝，吊裝前根據設備移交計劃表和現場實際進度，兼顧幕墻封閉計劃，提前制定詳細的吊裝計劃，同時提前觀測查詢天氣狀況，必須選擇無風天氣吊裝。

4.2 正式吊裝前試吊

變壓器就位后開始起吊時，應先將設備吊離地面200～300 mm后停止起吊，并檢查起重機的穩定性、制動裝置的可靠性、設備的平衡性和綁扎的牢固性，待確認無誤后，方可繼續起吊。

4.3 吊裝準備措施

在鋼平臺上提前放好載重小車（地牛車），由塔吊將設備緩慢提升到41層鋼平臺上方，緩慢落鉤，直到設備底座完全落到載重小車上后，再將塔吊松鉤，拆除吊索。

4.4 安全防護

吊裝開始前對吊裝機械的索具、夾具、卡環、卡具等關鍵部件進行細致檢查或試驗，各部位正常后才可進行正式吊裝。同時做好防止高空墜落措施，吊裝人員應戴安全帽，吊裝工作區設有明顯標志，并設專人警戒。

撐桿式卸料鋼平臺在安裝完畢后，需經過當地政府安全部門JKKP驗收合格后方可使用。

4.5 設備尺寸和型號的提前確認

本工程之所以遇到上述困境，主要是因為項目前期受到當地設計習慣和專業圖紙深化效率的影響，未能及時確定大型機電設備的型號，而這些信息對塔吊選型非常重要。因此，在以后的工程項目中：首先，應在進場伊始就提前以正式書信向設計顧問和業主索要相關信息，制定詳細的負荷確認和設備確認計劃表，留好過程記錄，作為索賠依據；其次，為了避免耽誤整體進度，可采用相似工程類比法，預估可能的設備尺寸和質量，在留有余量的基礎上綜合考慮鋼結構、幕墻、結構施工的吊裝荷載分布情況，從而確定塔吊型號。

5 結語

本文依托的應用實例具有地域特性，在面對行業共性問題時，項目部慎重策劃并對比分析后，通過采用“分拆法”將設備由大化小，以滿足現場既定工況要求；同時克服場地不利因素，借助現場已有的撐桿式卸料鋼平臺，通過驗算和校核，采用“平臺轉運法”將設備吊裝就位，在解決了吊裝問題的同時，節省了費用。