高層與超高層建筑機電安裝技術創新研究

王 越 北京城建安裝集團有限公司助理工程師

相較于普通建筑工程，高層與超高層建筑機電安裝技術難度更大，安全風險也更高，主要體現在以下幾個方面。第一，垂直吊運高度大，需要注意安全與效率的平衡；第二，上層部分建筑設備管線通道狹小，設備轉運、就位及管線的規劃與施工難度大；第三，機電設備與相關附屬設施需預制后轉運就位再進行組裝，深化設計與預制精度要求高；第四，總的用電、用水及通信需求量大，強、弱電系統均較多；第五，阻尼器、高速電梯等機電設備施工工藝特殊；第六，返工難度大，成本管理容易失控[1]。為了解決高層與超高層建筑機電安裝工程中存在的一些難題，本文以廣州新電視塔機電安裝工程為例，從建筑電氣、管線規劃與施工、高速電梯安裝施工以及阻尼器安裝等方面進行了施工創新分析。

1 工程概況

廣州新電視塔位于廣州市中心，珠江景觀軸與新中軸線的交匯處，于2005 年開始動工，2009 年竣工。工程主體高度為454 m，用于信號轉播的天線高度為146 m，是一個總建筑高度達600 m 的典型超高層建筑，主要功能有觀光旅游、商超飲食、展覽以及廣播電視信號發射等。整體由鋼結構與鋼筋混凝土結構構成，其中工程主體主要由鋼結構外筒與橢圓形鋼筋混凝土內筒組成，外部主要由高強度鋼斜柱、斜撐以及斜環梁等組成，整體上呈兩端大、中間小的造型。

2 高壓垂吊式管線安裝優化

廣州新電視塔垂直方向敷設的電纜總重可達數噸，電纜截面積與長度尺寸也較大，這類超長、超重以及超粗的電纜垂直敷設需要考慮以下幾個問題。

其一，通過電纜結構的設計優化是否能夠使其支撐自身重量。

其二，電纜長度過長，是否能采用其他吊裝方式解決卷揚機容繩量不夠的問題。

其三，電纜吊裝過程中擺動過大會造成損傷，需控制擺渡幅度。

2.1 纜線設計

高層與超高層建筑機電干線電纜可以分為上下水平敷設段與垂直敷設段。其中，水平敷設段電纜與垂直敷設段電纜的差異在于垂直敷設段電纜外層覆有鋼絲繩。為了降低電纜吊裝敷設時鋼絲繩產生的側向應力，避免出現集中應力的情況，可以將柔性鋼絲繩設計成扁形并使用塑料包裹[2]。

2.2 吊裝設計

考慮到卷揚機容繩量可能不足的問題，使用吊環、吊具以及鋼板卡具等連接成吊裝圓盤以完成電纜的吊裝。吊裝時可以使電纜在較小的擺動下完成吊裝，且能夠在電纜敷設完成后負擔垂直段的重量。為了提高吊裝的可靠性，擬使用銅合金現澆鑄的方式來連接吊具與電纜上的鋼絲繩。需要注意的是，吊裝過程中要監控電纜鋼絲繩的受力，防止受力超限造成電纜損傷。

3 異形泛光照明系統施工優化

3.1 施工作業段劃分

廣州新電視塔采用了異形設計外觀，整個泛光照明系統安裝施工應在工程主體功能區幕墻施工結束后進行，最大高度可達450 m 以上。為了更好地完成廣州新電視塔的泛光照明系統安裝施工，在垂直立面上劃分出如圖1 所示的9 個作業段。

圖1 廣州新電視塔垂直立面泛光照明系統作業段劃分

3.2 LED 泛光照明系統安裝

結合廣州新電視塔的異形設計，工程人員采用了如下方案來完成LED 泛光照明系統的安裝。

3.2.1 燈具支架與電纜橋架安裝

廣州新電視塔各功能層環梁節點處需要安裝較多的燈具支架與電纜支架，在環梁牛腿節點與功能層樓面穩定點處的垂直方向固定安全繩，以提高燈具支架與電纜支架的穩定性。綁扎安全繩時注意每個軸線處均應綁扎一根安全繩，還要注意安全繩長度應超過3 道環梁。

3.2.2 透空段施工

廣州新電視塔部分垂直區域沒有功能層，呈透空狀態，需使用高空作業吊籃來完成LED 泛光照明系統的安裝。隨著建筑工程施工技術的發展，高空吊籃在高層與超高層建筑中具有較為廣泛的應用，常用的安裝方式主要有以下兩種。（1）在功能層樓板上的施工區域附近安裝吊籃，待該區域施工結束后再將吊籃移至下一個施工區域附近安裝；（2）廣州新電視塔中部收腰的區段垂直部分跨度大，4 道支撐的間隙過小導致吊籃無法穿過，因此需要搭建臨時馬道，以便各種設施與施工人員通過。

3.3 照明系統調試

泛光照明系統安裝結束后需要對其進行調試，調試工作需要注意以下幾個方面。

（1）燈光的調試效果需要由建設單位、監理單位以及照明系統供應單位等共同確認[3]。若某些單位無法到達現場，可以通過在現場設置的視頻監控進行遠程確認。

（2）參照燈具供應單位提供的技術資料將泛光照明系統分為多個分控區，為了提高調試效率需按照分控區控制范圍情況逐分控區安排調試工作。

（3）在夜間協同燈具供應單位與監理單位分節點點亮泛光照明燈具，檢查不同方位燈具的近遠景效果，確認符合要求后予以驗收。個別燈具效果較差時標記燈具編號，再通過調整角度等改善其燈光效果。調試后段分控區燈具時前段已調試燈具應繼續點亮，確認泛光照明的整體效果。此外，頂端航空障礙燈應與LED 泛光照明系統同步進行調試。

（4）各分控區照明燈具調試結束后，需安排其余子燈光照明系統進行完整的夜景燈光系統聯動調試與檢驗，燈具供應單位應重點檢查整個燈光照明系統基于網絡控制的智能聯動是否符合要求。

4 阻尼抗振系統安裝優化分析

考慮到廣州新電視塔的高度及抗震安全性與可靠性的要求，選擇主被動復合調諧質量阻尼器來構建其主體結構的阻尼系統。其中，主動調諧阻尼系統設置在消防水箱部位，從主體弱軸方向為廣州新電視塔提供阻尼輔助支持來降低該方向上的振動；被動調諧阻尼系統則布置在438.3 m 處的消防水箱，在塔主體的兩個主軸方向上提供阻尼輔助支持。

4.1 阻尼系統設計與施工難點

綜合廣州新電視塔總體設計與結構特點，分析阻尼系統的設計與施工存在以下3 方面的難點。（1）主被動復合調諧阻尼系統在塔類超高層建筑中的應用案例少，該類型阻尼系統與抗扭支座的配套使用更是首次，缺少成功案例支持。（2）主被動阻尼系統的單個零部件重量大、體積大，零部件吊裝難度較大。（3）直線電機底座需要在438.4 ～448.8 m的空間內安裝在水箱上部，操作空間小?？傊?，阻尼系統整體結構較為復雜，定位與安裝精度要求高。

4.2 施工工藝

為了克服上述阻尼系統安裝難點，確定主被動復合阻尼系統施工工藝為施工準備→滑軌支座底座套就位→滑軌支座底座吊裝→直線電機底座吊裝→滑軌支座下、中、上層框吊裝→直線電機承臺板配重塊吊裝→抗扭支座吊裝→滑軌支座配件吊裝→滑軌支座組件安裝與限位→裝配阻尼水箱→阻尼水箱預埋件施工→電機底座定位安裝→抗扭支座定位安裝→直線電機系統現場組裝→復合阻尼系統裝配調試→橡膠支座固定→主動與被動阻尼系統獨立調試→阻尼系統聯動調試[4]。

4.3 關鍵工藝解析

4.3.1 直線電機底座吊裝

整個阻尼系統中直線電機底座的重量與統計最大，因此該部件的吊裝安全風險最高、難度系數最大。為了完成該直線電機底座的吊裝，需要在廣州新電視塔上層結構梁封閉前進行。一方面，要協調直線電機底座進場時間與鋼結構安裝工程保持同步；另一方面，要制定合理的吊裝方案并確定底座的臨時固定位置，防止吊裝造成底座變形，造成安全隱患。

4.3.2 雙向滑軌支座裝配

雙向滑軌支座的零部件數量多、重量大，且對于裝配精度的要求較高，因此裝配雙向滑軌支座時需要注意以下3個方面。

（1）強化對鋼結構工程的預制加工精度與裝配組合誤差的控制，防止鋼結構工程因整體力學性能不達標影響到整體工程的安全性。

（2）廣州新電視塔上部空間狹小，阻尼系統安全區域的承重面積有限，各類組件吊入安裝樓層后需要合理規劃堆放布局，避免影響后續結構施工。

（3）組裝阻尼系統的各零部件前需要復測高差、雙軌平面度與平行度以及各配件的穩固度等。

4.3.3 阻尼系統調試

阻尼系統安裝結束后就需要進行調試，主要針對的是以直線電機為主的主動阻尼系統及以抗扭支座、水箱和滑軌支座為主的被動系統。阻尼系統的調試流程應按照先主動系統調試，再被動系統調試，最后主動系統與被動系統聯合調試的順序進行。阻尼系統調試涉及機械、電氣、熱力、傳感、建筑、監控以及鋼結構等多個專業，調試工作需做好各專業的協調。

5 高速電梯安裝施工

廣州新電視塔整體高度大，為縮短電梯的往返時間，選擇速度在6.3 m/s 以上的高速曳引式垂直電梯。為了實現該高速曳引式垂直電梯在速度與行程方面的優勢，需要配備大容量電機、高級別安全保障方案以及可靠的減振技術。在安裝方式的選擇方面，吊籠法相較于其他方案在安全保障、工作效率以及人工勞動強度等方面具有一定的優勢。

5.1 吊籠法安裝施工流程

采用吊籠法安裝高速曳引式電梯的主要工藝為：安裝準備→設備轉運→準備井道樣板架→準備井道吊籠→井道測繪→機房設備固定→井道底座設備固定→地坎、門套與廳門施工→導軌施工→井道輔助組裝→井道管線布設→拆除吊籠→轎廂安裝→底坑機電施工→穿曳引繩→頂層平臺恢復→電梯安裝質量驗收→電梯調試。其中，吊籠安裝與井道吊籠安裝檢查需要嚴格按照設計要求與施工規范進行。

5.2 吊籠安裝

吊籠安裝示意如圖2 所示，位于建筑物梁部位的安裝支架應使用工字鋼制作，注意預留10 cm 左右的安裝余量。吊籠支架上部需要設置安全棚，使用高強度螺栓將吊籠架固定于支撐架上并安裝滑輪。吊籠架上滑輪安裝完成后開始裝設卷揚機與跑繩，將吊籠平臺置于井道底層位置。同時安裝吊籠時需要注意按照先安裝吊籠主體再安裝限位機構、操作機構、縮緊機構以及安全防護等輔助性機構的順序進行操作[5]。此外，在垂直方向需使用跑繩將吊籠吊起，并使用倒鏈在水平方向控制吊籠溜尾，吊籠安裝完成后需要檢查跑繩、安全繩以及其他附件是否安裝齊全。

圖2 吊籠安裝示意

5.3 吊籠安裝檢查

吊籠吊裝完成后需要復核安裝質量是否符合要求，檢查確認無誤后方可進行驗收與使用。針對曳引式高速電梯的吊籠檢查應包含以下幾個方面。（1）使用電氣裝備測試系統絕緣性、系統電壓以及吊籠升降高程；（2）負載狀態下分別測定吊籠上升狀態與下降狀態下系統回路的電壓、電流及運行速度；（3）吊籠上升過程中以橡膠平衡塊檢驗過卷限制開關是否能夠正常工作，同時對橡膠平衡塊和頂部間的空隙大小進行標定；（4）驗證縮緊裝置的動作是否正常；（5）檢查廳門和吊籠間縫隙；（6）控制吊籠上下運動，檢查各項運動參數。

6 結語

高層與超高層機電設備安裝相較于一般建筑工程機電安裝而言在操作、機電設備性能以及安全保障方面具有更高的要求。為了更好地完成高層與超高層建筑機電安裝工作，一方面要做好機電安裝工程與其他各專業工程的協調；另一方面要加強機電工程安裝技術創新優化，重點解決好機電設備安裝空間限制、重量限制以及吊裝高度限制等問題。