天津高銀117大廈大型動臂式塔式起重機使用管理研究與實踐
葉 建，李干椿，韓 悅，陳芍橋，劉 飛
（中建三局集團有限公司工程總承包公司，湖北 武漢430064）
[摘要]垂直運輸是超高層建筑順利建造的重要保障，塔式起重機是垂直運輸設備的重要組成部分。塔式起重機主要有選型布置、安裝、爬升管理、使用調(diào)度管理、塔式起重機拆除等環(huán)節(jié)。天津高銀117大廈作為國內(nèi)房建領域首個PC總承包管理項目，公共資源管理是總承包管理核心任務之一，而塔式起重機是公共資源管理的核心，塔式起重機的合理分配是工程總體順利推進的保障，對塔式起重機的科學調(diào)度保證資源在各專業(yè)間合理分配，將資源充分利用。
[關鍵詞]高層建筑；PC總承包；垂直運輸；塔式起重機；管理
[中圖分類號]TU723[文章編號]1002-8498(2016)07-0006-05
0 引言
超高層建筑施工過程中，由于結(jié)構形式多數(shù)為“巨型框架．核心筒結(jié)構”，受結(jié)構形式及構件總量的限制，往往會選擇動臂式塔式起重機作為主要垂直運輸設備。動臂式塔式起重機具有起重力矩大、單繩起重量大、回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速慢、吊物平移比較平穩(wěn)、空間交叉容易錯開等特點，能夠較好滿足施工生產(chǎn)需求。
基于天津高銀117大廈動臂式塔式起重機的現(xiàn)場施工生產(chǎn)，對動臂式塔式起重機的安拆、日常使用過程中的協(xié)調(diào)管理、分配管理、安全保證體系等涉及的關鍵管理與應用問題進行研究，總結(jié)了在PC總承包管理模式下塔式起重機的安裝、日常管理、技術、拆卸等方面的管理措施及取得的成效。
1 工程概況
天津高銀117大廈是1幢以甲級寫字樓為主，集六星級豪華酒店及其他設施為一體的大型超高層建筑（見圖1）。大廈總建筑面積37萬m2，地下4層，地上117層，結(jié)構高度596. 5m，混凝土總用量約19萬m3．總用鋼量約14萬t，建成后將成為中國結(jié)構第一高樓。
天津高銀117大廈采用巨型框架支撐+鋼筋混凝土核心筒結(jié)構體系，內(nèi)筒為混凝土內(nèi)包鋼板和勁性鋼骨的剪力墻結(jié)構，外筒由四角4根巨型鋼柱與巨型桁架、巨型斜撐共同組成（見圖2）。巨型柱、剪力墻鋼板和勁性鋼骨均通過預埋錨栓與基礎筏板連接。
2塔式起重機的前期策劃管理
在塔式起重機的前期策劃方面，公司及項目部指定專業(yè)管理人員投入到項目的投標工作當中。做到項目設備直接管理者對設備整體規(guī)劃的全面了解。并結(jié)合以往施工經(jīng)驗，在后期對塔式起重機的選型、數(shù)量、定位進行優(yōu)化，保證塔式起重機選擇的經(jīng)濟性和實用性。
2.1 投標階段的選型定位
117大廈項目的定位選型，在投標階段主要從以下幾方面進行了分析：①塔式起重機吊次據(jù)統(tǒng)計117項目共需塔式起重機約61 682吊次；②塔式起重機吊運時間 對塔式起重機起重性能及一、二、三類構件在不同高度吊運時間的估算統(tǒng)計，計算出每吊裝1次的平均時間約為35. 6min；③塔式起重機臺班核算 通過機械需用量公式Ni= Q i K/（giTibi）計算得出，現(xiàn)場需要塔式起重機為5. 37臺，即6臺；④塔式起重機型號定位確定根據(jù)一類、二類、三類構件的最大質(zhì)量、吊裝范圍和數(shù)量，選定各個塔式起重機的型號及定位。經(jīng)過以上分析計算117大廈項目在投標階段，擬定在第4階段（巨柱安裝至250m）施工后投入的動臂式塔式起重機數(shù)量共為6臺，分別為：2臺ZSL2700,2臺ZSL1250、2臺ZSL380，分別布置于塔樓核心筒的四面以及西北、東南巨柱上（見圖3），當巨柱施工至250m時安裝5，6號塔式起重機，此階段利用1，2號塔式起重機安裝重型構件，3～6號塔式起重機安裝輕型構件。
2.2 實施階段選型定位
在施工實施階段，117大廈項目共布置了4臺塔式起重機，包括2臺最大起重量為100t的ZSL2700塔式起重機和2臺最大起重量為64t的ZSL1250塔式起重機，同種型號設備呈對應布置（見圖4）。實際使用的動臂式塔式起重機比計劃所用的動臂式塔式起重機少2臺，總結(jié)分析原因主要有以下幾點：①工期要求在結(jié)構施工未變的情況下，幕墻、裝飾、機電專業(yè)施工的插入時間與計劃結(jié)構施工時間有所差異，造成在塔式起重機吊次、使用時間比預算上相對有所減少；②位置布局 根據(jù)現(xiàn)場施工作業(yè)的實際情況分析，因本身塔樓核心筒空間狹小以及塔式起重機位置的局限性，造成在塔式起重機使用過程中交叉作業(yè)嚴重，布置的塔式起重機越多，其使用效率反而會下降的問題；③運行時間 根據(jù)現(xiàn)場實際施工作業(yè)情況，塔式起重機的使用情況由預算的雙班調(diào)整至三班，這樣間接增加了塔式起重機的使用時間；④合理分配通過提前計劃、事中管控、事后分析，逐步調(diào)節(jié)各專業(yè)施工的合理性，形成固定的施工節(jié)奏，大幅度提高了塔式起重機使用效率。通過以上原因的分析及總結(jié)，確定117大廈項目實際施工只需4臺動臂式塔式起重機即可滿足施工任務。
3 塔式起重機安裝管理
在4臺塔式起重機安裝期間，項目部針對現(xiàn)場施工場地狹小、吊裝設備有限以及惡劣天氣、安裝工序復雜、作業(yè)工期有限等多項不利因素，從4大方面著手，制定系列解決方案及措施，在短短不到1個月的時間內(nèi)，順利完成1臺動臂式塔式起重機的拆除及4臺塔式起重機安裝調(diào)試。
3.1 提前熟悉現(xiàn)場環(huán)境，確定進場順序
4臺塔式起重機的標準節(jié)件、各大結(jié)構件、內(nèi)燃機傳動件加起來總重有1400余t，需要大片的堆放場地，主塔樓周圍早已被施工使用的鋼構件占滿，無法再堆放塔式起重機構件。經(jīng)過討論研究，要求塔式起重機生產(chǎn)廠家按照塔式起重機安裝順序分多批發(fā)送構件，并指定專人每天根據(jù)塔式起重機安裝進度與廠家溝通，確保所需構件按時進場。
3.2 制定安裝計劃，充分利用現(xiàn)場資源
4臺塔式起重機安裝的主要吊裝設備是原有的1臺ZSL2700塔式起重機，這對4個工作面同時進行的工作部署來說，遠遠不能夠滿足吊裝需求。在塔樓東西兩側(cè)的裙樓位置無法�？康孛娴跹b設備，南北兩側(cè)的地下室頂板上也只能使用小噸位的汽車式起重機來配合一些小構件的拼裝和設備進場卸車工作。將僅有的ZSL2700塔式起重機科學合理的安排使用，是完成其余塔式起重機安裝工作的先決條件。經(jīng)過協(xié)商，把4個工作面的工作內(nèi)容整體調(diào)整，大構件高空吊裝穿插進行，將各個工序緊密銜接，大大提高了吊裝設備的使用效率，保證了塔式起重機安裝的順利進行。
3.3 重點把控關鍵工序，嚴格按照技術方案執(zhí)行
4臺動臂式爬升方式均為外掛內(nèi)爬式，采用的支撐系統(tǒng)相似，均由2根主梁、2根斜撐桿、2根斜拉桿和2根水平支撐組成（見圖5）。相互之間采用銷軸連接。對此，項目部制定整個支撐框安裝過程控制程序為：“兩次交底，三個分包、四次審批、十二道驗收”，對于支撐框的安裝重點把控就是牛腿的安裝，可以說牛腿就是支撐框的“腳”，只有第1步牛腿安裝正確，才能保證接下來安裝工序的順利進行。即在混凝土達到要求強度后，且在安裝外掛架前，支撐主梁的牛腿按照圖紙要求定位，焊接牢固，尺寸誤差控制在2mm內(nèi)，左右2根主梁的牛腿耳板水平度控制在1%以內(nèi)，同側(cè)上下2個耳板孔應同心，且垂直度亦應保持在1‰以內(nèi)。為了保證安裝誤差，與上斜拉桿和水平拉桿及下斜撐桿相連接的相應牛腿耳板先不單獨焊接，均在相應的桿件安裝完并調(diào)整到位時再進行焊接。相應牛腿焊接完成后，均應按要求進行無損探傷，達到相應質(zhì)量要求后才可進行外掛架下一工序的安裝。
對于塔式起重機自身的安裝，同樣比較復雜。4臺動臂式塔式起重機均為內(nèi)燃機動力，全液壓控制、無極調(diào)速PLC程序監(jiān)控，實現(xiàn)自我保護。塔式起重機標準節(jié)均采用高強度螺栓連接，采用液壓扳手進行緊固。在安裝完成第2道支撐框之后，要保證標準節(jié)垂直度在1‰之內(nèi)。在基本結(jié)構安裝完成后，要對整套塔式起重機的PLC控制系統(tǒng)、各限位裝置、額定荷載進行調(diào)試，同時要保證整個塔式起重機的安裝要在7d內(nèi)完成。
3.4 關注天氣變化，實時調(diào)整作業(yè)工序
天津的冬天天氣變化無常，大雪、霧霾、大風等惡劣氣候環(huán)境輪番上陣，阻礙塔式起重機安裝工作進程。對此項目部結(jié)合天氣變化，轉(zhuǎn)變思路、調(diào)整作業(yè)程序，將起重臂拼裝等后續(xù)工作提前插入進行，保證了整體部署的計劃時間不延誤。在解決工期緊張、安裝工序復雜等問題上，項目部定期組織設備安裝人員召開專題動員會，采取優(yōu)化安裝工序措施，確保了塔式起重機在2013年春節(jié)前安裝完畢并投入使用。
4塔式起重機日常管理
通常塔式起重機的安裝工作是設備管理工作的重中之重，卻忽視了塔式起重機的日常使用管理。通過近幾年的塔式起重機安全事故案例可以看出，塔式起重機安裝事故大幅減少，而在塔式起重機使用環(huán)節(jié)的安全事故卻頻繁發(fā)生。只有提高對塔式起重機使用過程中的重視程度，加強塔式起重機使用管理，才能確保塔式起重機使用質(zhì)量安全。
PC總承包管理模式下的塔式起重機日常管理，由于涉及多個分包專業(yè)，如土建、幕墻、裝飾、鋼結(jié)構、機電、電梯等，如何在塔式起重機使用的各個階段合理地分配使用，提高塔式起重機的使用效率，將成為施工生產(chǎn)順利進行的關鍵點。對此，項目主要從制度、分配（量化管理）、人員、精細化、爬升五大方面進行了管控。
4.1 制定專項管理辦法，達到塔式起重機管理的有法可依，有規(guī)可循
超高層建筑在塔式起重機的選型和定位上有很大的局限性，既要滿足施工需求來配置一定數(shù)量和一定起重量的設備；還要受結(jié)構和附著形式的局限不能夠?qū)蓛伤狡鹬貦C之間的相對距離設置的無限大，這就導致了多臺塔式起重機之間相互制約、相互干涉，無法保證設備的利用率。針對這種情況，項目經(jīng)理部應制定了大型動臂塔式起重機日常使用管理專項制度，制度中對每臺塔式起重機的主要施工區(qū)域、相鄰塔式起重機主客吊裝的主次順序、如何調(diào)整施工工序來避免2臺塔式起重機在使用過程中的相互制約等都做了詳盡說明，通過具體的實施，保證了塔式起重機的使用效率。
4.2 運用數(shù)據(jù)管理手段，實現(xiàn)塔式起重機使用的合理分配及高效運行
項目經(jīng)理部應制定塔式起重機使用計劃管理制度。即由各個專業(yè)施工部每日提出塔式起重機次日需求申請，經(jīng)理部設備管理部根據(jù)每個階段的施工工序，結(jié)合各個專業(yè)施工部的需用申請，統(tǒng)一制定科學合理的塔式起重機使用計劃，經(jīng)各個專業(yè)施工部負責人審核簽字確認后，次日按計劃使用塔式起重機，不得擅自更改。同時，每臺塔式起重機的司機將每次吊裝轉(zhuǎn)運任務進行統(tǒng)計，具體到每一吊材料的名稱、質(zhì)量、所需時間等，項目部每周把統(tǒng)計的吊次數(shù)據(jù)進行分析，把存在的問題和不合理的做法在協(xié)調(diào)會上進行通報，并提出改進方法。把塔式起重機按需分配，使用過程中實時監(jiān)督，有效控制了塔式起重機的使用。
4.3教育與培訓相結(jié)合，實現(xiàn)機操作業(yè)人員的統(tǒng)一管理
在很多施工項目，塔式起重機的信號工往往是由施工隊伍配置，這些人員素質(zhì)參差不齊，又直接受命于施工隊伍的調(diào)遣，導致違章指揮、違章使用吊具吊索、違章捆綁材料的現(xiàn)象時有發(fā)生，帶來很大的安全隱患。超高層施工建筑高空墜物造成傷亡事故是一項重大危險源，管控好塔式起重機信號指揮人員的工作行為，可以大大降低此項風險。在設備安裝之初，項目應結(jié)合人事招聘相關規(guī)定和特種作業(yè)人員的特殊要求，對塔式起重機信號工統(tǒng)一招中，定期對所有信號工進行培訓教育和技術交底，項目專業(yè)管理層應長期深入現(xiàn)場，結(jié)合實際對信號工進行監(jiān)督指導。同時，針對工種的重要性，制定塔式起重機信號工績效考核獎罰制度，采用經(jīng)濟的手段進行約束管理，對塔式起重機使用過程中人的控制環(huán)節(jié)進行有效控制。
4.4做好預防、制定標準，實現(xiàn)塔式起重機維護保養(yǎng)的精細化管理
機械設備性能和狀態(tài)的優(yōu)劣直接關系施工進度，機械設備維修費用的多少直接影響生產(chǎn)成本。做好機械設備維修保養(yǎng)工作，對保證施工的順利進行和降低成本費用意義重大。而設備的維護保養(yǎng)更是一項預防性工作，是管、用、養(yǎng)、修等各項工作的基礎。4臺動臂式塔式起重機全部是內(nèi)燃機動力、全液壓控制、無級調(diào)速的重型塔式起重機，所用的動力部件大多數(shù)為進口原件。對各部件的更換將會非常困難，且占用的維修時間非常長。對此，項目經(jīng)理部制定維護保養(yǎng)專項制度，制定定期的維護保養(yǎng)時間，嚴格按照要求進行相關維護保養(yǎng)程序，保證了塔式起重機的正常使用，至今保持設備的損壞率在3%以下（100d維修次數(shù)不超過3次）。具體采取的措施主要有以下3點：①現(xiàn)場配備長期的維護保養(yǎng)駐場人員，每天對塔式起重機的液壓控制系統(tǒng)、內(nèi)燃機、PLC電氣控制系統(tǒng)進行檢查，形成日檢查記錄，一旦發(fā)現(xiàn)問題及時解決。②針對維護保養(yǎng)時間對塔式起重機利用率的影響，將塔式起重機維護保養(yǎng)時間插入到塔式起重機爬升期間，這樣塔式起重機的維護保養(yǎng)時間就可以做到忽略不計，又順利按時完成各項工作。③因117大廈工期緊、任務重的特點，塔式起重機的運行時間每日已接近滿負荷，這樣對塔式起重機各小零部件磨損非常嚴重，更換期限較短。對此，項目經(jīng)理部通過與生產(chǎn)廠家的共同研討，商定將塔式起重機的常用配件以庫存的方式長期存放在現(xiàn)場，費用以實際發(fā)生為準，這樣不僅保證配件的及時更換，同時節(jié)約了費用。
4.5嚴格把控關鍵工序，實現(xiàn)塔式起重機爬升作業(yè)的安全高效完成
117大廈4臺動臂式塔式起重機均為外掛內(nèi)爬式，支撐框系統(tǒng)采取上拉下壓、水平支撐的結(jié)構。117大廈塔式起重機爬升共需120臺·次，支撐系統(tǒng)體積、質(zhì)量均較大且與頂模相互交叉，支撐系統(tǒng)的安裝難度非常大。目前117大廈4臺動臂式塔式起重機整體爬升完畢的平均時間在6d，這在國內(nèi)同類型施工項目中取得了不錯的成績，整個過程中主要采取的管控措施有以下2點。
1)實施責任工程師制、分包單位負責制、嚴密工序交接制，嚴格執(zhí)行“兩次交底、三個分包、四次審批、十二道驗收”的管控流程。即將塔式起重機爬升過程中的每個任務責任到各分包單位，分包單位責任人為第一責任人。其次要求分包單位指定每項工作的專職負責工程師，對該爬升項負重要責任。再由各單位出具各負責部分的驗收合格表，責任人簽字蓋章后報送總包。而后總包根據(jù)報送的各分包單位驗收資料由設備主管部門組織安全、質(zhì)量部同時對各項內(nèi)容進行逐項排查審核，待審核合格后報送領導審批，進行塔式起重機的頂升作業(yè)。頂升作業(yè)完畢后，同樣進行相關程序驗收，驗收全部合格后進行塔式起重機的使用，最后進行資料歸檔。整個過程中從單位到個人，從專項任務到各項任務中的內(nèi)容進行了逐一細化安排，形成多次檢查、循環(huán)封閉式管理。
2)勇于挑戰(zhàn)、敢于創(chuàng)新，根據(jù)現(xiàn)場實際工況，項目部共對塔式起重機爬升作業(yè)中的3項工況進行優(yōu)化，取得了一定的成效，為生產(chǎn)施工提供了有力的保障：①塔式起重機支撐系統(tǒng)C型框的改造，解決了C型框安裝與頂模相影響的問題，減少了塔式起重機爬升2d的時間。②塔式起重機支撐大梁拆除工作的優(yōu)化，從采用塔式起重機吊裝割除牛腿到采取長掛鋼絲繩靜止割除牛腿，最后塔式起重機吊運至地面的方法，為現(xiàn)場施工節(jié)約出3d的時間。③塔式起重機第3道支撐框位置標準節(jié)的加固處理，此方案的實施為現(xiàn)場施工在塔式起重機頂升期間未收到大幅的影響。
5 技術與創(chuàng)新管理
5.1 防雷接地設施優(yōu)化
因超高層建筑一般是區(qū)域性地標建筑，為地區(qū)的最高建筑。在雷雨季節(jié)，被雷電擊中的概率將會很高。而對于天津高銀117大廈項目而言，最高高度將會達到597m，隨著每年6～9月份雷雨季節(jié)的到來，雖然塔式起重機大臂端頭已安裝防雷接地裝置（接閃器），但對于雷電的不確定性、分散性，塔式起重機被雷電擊中的概率非常高。對于塔式起重機而言，受雷擊以后，塔式起重機部件中最容易損壞的是電氣控制元件，尤為突出地體現(xiàn)在質(zhì)量傳感器（最高1個電氣元件）、質(zhì)量轉(zhuǎn)換器（與最高元件共用1根導線）等，電氣元件的損壞所帶來的直接影響是塔式起重機控制系統(tǒng)受保護無法正常工作、稱重系統(tǒng)無法顯示、不能正常作業(yè)等，同時電氣元件被雷擊損壞后導致塔式起重機無法正常顯示數(shù)據(jù)所帶來的安全風險和因更換被雷擊損壞的部件引起的耽誤工程工期相對工程的影響較大。
針對這些問題，在借鑒其他超高層塔式起重機使用經(jīng)驗的基礎上，與塔式起重機生產(chǎn)廠家共同研討，最終確定在質(zhì)量傳感器處和電器柜內(nèi)質(zhì)量轉(zhuǎn)換器處分別加裝德國進口的避雷器裝置進行保護（見圖6），這樣可以大大降低高靈敏度的質(zhì)量傳感器、質(zhì)量轉(zhuǎn)換器的損壞概率。
5.2鋼絲繩跳槽與跳繩問題
因117項目塔樓高度為597m，考慮塔式起重機起重臂長度、仰俯角度以及卷揚機鋼絲繩安全長度、需雙繩吊裝的最高高度，塔式起重機鋼絲繩選擇不得少于800m。其中2臺ZSL2700塔式起重機因吊裝質(zhì)量需求，在420m左右仍需要雙繩，即塔式起重機選用900m鋼絲繩。對此產(chǎn)生以下兩種問題：①因主卷揚機兩側(cè)擋板與滿容繩量后最上一層鋼絲繩的距離< 3cm（1個鋼絲繩的直徑），所以在大風天氣，當鋼絲繩運轉(zhuǎn)至外擋板邊緣時，鋼絲繩容易脫落至擋板外側(cè)，發(fā)生跳槽，致鋼絲繩損壞。②由于卷筒本身設計缺陷及鋼絲繩應力變化，造成鋼絲繩在第2層纏繞時發(fā)生變化，致鋼絲繩向上排列不規(guī)則，出現(xiàn)擠壓跳繩現(xiàn)象。
針對以上鋼絲繩跳槽與跳繩問題，經(jīng)過項目技術部與廠家共同研討，確定采取兩項措施進行解決：①根據(jù)現(xiàn)場施工實際情況，對鋼絲繩長度進行改變，由原來的900m鋼絲繩改換成800m鋼絲繩，這樣就可減少鋼絲繩的圈數(shù)，同時對主卷揚機卷筒的外圓邊緣分段增高，有效防止鋼絲繩的跳槽等情況發(fā)生。②針對塔式起重機鋼絲繩跳繩問題，找到鋼絲繩開始變化點，之后對主起重機鋼絲繩卷筒法蘭的外圓邊緣進行半圓補償，以達到使主起重機鋼絲繩按規(guī)定軌跡行走的目的。
6 塔式起重機的拆除管理
超高層動臂式塔式起重機的拆除工作是所有超高層建筑中的難點及重點，主要是由于其工序復雜、多次轉(zhuǎn)換、工期長、與結(jié)構沖突、占用面積大等特點。117大廈的拆除過程中同樣存在以上問題，對此項目經(jīng)理部在塔式起重機拆除之初成立塔式起重機拆除小組，對塔式起重機拆除工作的整體進行規(guī)劃，對塔式起重機的拆除方案進行多次審核。拆除過程中對各專業(yè)之間存在的問題進行逐項核對，確保塔式起重機的拆除在最小幅度影響施工的基礎上，能夠安全、高效完成。117大廈4臺動臂式塔式起重機的拆除目前規(guī)劃的方案主要為“七級十四步”，即需要安裝5部塔式起重機、拆除9部塔式起重機。同時項目部也正在努力創(chuàng)新、挑戰(zhàn)其他方式完成超高層塔式起重機拆除。同時也正在為塔式起重機拆除的轉(zhuǎn)運方案進行策劃，做到工作的前瞻性，為拆除工作順利進行提供有力的保障。
7 結(jié)語
如何做好超高層建筑大型塔式起重機選型定位、安拆作業(yè)和日常的使用管理，提高塔式起重機使用效率，讓其發(fā)揮自身的優(yōu)勢、消除安全隱患，對于設備管理者來說是一項長期不懈的工作任務。
