超高层建筑施工垂直运输方案及管理*

上海建工集团股份有限公司 上海 200080

0 引言

当前国内超高层建筑工程的建造方兴未艾，对施工方来说，超高层建筑施工的难点颇多，其中一个核心问题就是垂直运输[1]。在实际施工中，作为施工方不仅要关注垂直运输的能力，更要关注如何通过分析垂直运输需求，完善方案、加强管理等措施，提高垂直运输的效率。本文依托某超高层建筑工程的实例，介绍工程垂直运输需求、垂直运输方案和管理措施，以抛砖引玉，供同行参考。

1 工程项目背景和垂直运输需求分析

1.1 工程项目背景

某超高层建筑工程集高档办公、酒店、零售、娱乐功能于一体。工程总建筑面积近600 000 m2，总高度超600 m。建筑自重质量近100 万t ，其中混凝土约28 万m3，钢筋近10 万t，钢材10 万t，幕墙板块3 万余块。高峰时段施工人员近4 000 人，每天高达上万人次的人员上下，特别在上下班高峰时刻，对垂直运输体系来说是一个严峻的考验。且该工程合同工期相对于同类型工程更为紧迫，因此，从垂直运输角度来说必须全面考虑最优方案和强化管理措施，方可为工程顺利实施提供先决条件，进而确保工程目标。

1.2 垂直运输需求[2-5]

该工程垂直运输对象依据所用运输设备主要可分为以下3 类：

1.2.1 塔吊运输类

当建筑材料的尺寸和质量超过电梯承载能力，或用电梯运输效率低下时必须使用塔吊运输。该工程采用了4 台24 000 kN·m的动臂式塔吊，运输的主要材料详见表1。

1.2.2 特殊设备运输类

鉴于该工程的特殊性，还需采用其他辅助施工的特殊设备进行垂直运输，其所运输的主要材料详见表2。

1.2.3 电梯运输类

该工程施工阶段电梯垂直运输的一个主要内容为人员。工程高峰期时主体结构、幕墙体系、机电毛坯管线、机电设备房、二结构、初装饰、精装饰等多工种同时施工，人员峰值达4 000 人，还有大量的业主、设计、监理、施工管理人员需随时到达所需作业面指导工作。

表1 塔吊垂直运输主要材料表

表2 特殊设备垂直运输主要材料表

另一主要内容为工程材料。这部分材料使用电梯运输主要有以下几个原因：

（a）塔吊无暇顾及；

（b）采用塔吊运输不经济，效率低；

（c）采用塔吊运输不能到达施工作业面。电梯垂直运输主要材料表见表3。

表3 电梯垂直运输主要材料表

2 塔吊和特种设备垂直运输方案的拟定

2.1 塔吊

从常规施工经验可知，塔吊主要工作内容是钢结构常规构件吊装，本工程在项目筹备阶段已分析出总吊装次数近10 万吊，并定性地分析了各专业吊装比率，见图1。经上述分析，考虑该工程总体进度需求，并结合以往施工经验，根据塔吊吊装速度，确定了本工程主楼结构施工采用4 台塔吊的方案，平面布置示意见图1、图2。该塔吊起重能力24 000 kN·m，双绳最大起重能力1 000 kN，是工程材料垂直运输的绝对主力。

2.2 大体量混凝土垂直运输方案

本工程混凝土用量约28 万m3，包括核心筒、巨型柱、组合楼板。在综合考虑质量、进度、安全后，确定了混凝土一泵到顶的方案，其最大泵送高度将超600 m。为确保施工安全，同时考虑了两用一备的原则，即设置了三路固定泵。根据以往超高层建筑泵送混凝土的施工经验，考虑到超高层建筑工程历时较长，影响因素众多，在选择混凝土固定泵泵机时需留有一定余量。为此经我上海建工集团工程技术人员与固定泵厂商联合攻关，生产出最大、泵压力和功率均达世界领先的固定泵用于本工程，并对泵管进行优化，确保了混凝土工程的顺利实施。

图1 塔吊吊运比率

图2 塔吊布置示意

2.3 行走式塔式起重机

该工程外幕墙支撑结构为万余t钢支撑体系，为确保幕墙安装的整体进度，尽量减少对大塔吊的占用，我们制定了大塔吊批量垂直运输钢支撑构件至设备层顶层，再由布置于设备层顶层的3 台行走式塔式起重机逐件安装的施工策略。行走式塔吊布置详见图3。

图3 行走式塔吊布置示意

2.4 轨道式悬臂吊机

在外幕墙每个分区的幕墙支撑安装完成后，即开始该功能区的幕墙板块施工。板块运输策略为：吊车先将板块通过楼层吊运平台运输至楼层，在楼层内由门式吊机转运，再由轨道式悬臂吊机进行板块安装。4 台轨道式悬臂吊机布置于设备层的中层，此吊车需能沿楼边行走，且吊臂应具有伸缩功能，以配合将要安装单元板的收进输出，如图4～图6所示。

图4 板块吊运平台

图5 门式吊机转运板块

图6 轨道式悬臂吊机示意

3 电梯垂直运输方案

本工程建筑体量大、高度高，需要电梯运输的施工人员与材料数量极其庞大。所以，人货两用电梯方案的合理与否，将直接影响工程进度，还有施工电梯后期与永久电梯的使用转换合理与否，同样是保证工程顺利建造的关键。若本超高层建筑施工安装外附式施工电梯不仅困难大、成本高，而且会影响幕墙面不能收头，将直接影响到内装修工程，甚至影响到建筑的整体密闭防水。经研究，本工程主楼核心筒内电梯井道数量较多，井道洞口尺寸也较大，如能利用核心筒内的电梯井道进行人货两用电梯设置不仅方便而且合理。故方案制定时通过详细研究本工程永久电梯的设置位置、运行区间、进度要求等因素，结合各施工阶段垂直运输的需求分析与统计，确定了施工电梯分阶段使用方案。最终决定依托核心筒结构布置了11 台人货两用电梯，施工后期随着高区机房施工完毕，逐步启用9 台永久电梯主导垂直运输，实现了临时和永久垂直运输体系的转换。

4 垂直运输管理

施工实践表明：富有远见性的方案预研是垂直运输的基石；根据工程进展预判性地对实际方案进行合理调整是垂直运输方案能否正常执行，发挥效力的关键；而树立全局性的指导思想，建立完善的垂直运输管理制度则是这项工作的核心。

4.1 垂直运输管理指导思想

本工程垂直运输典型指导思想如下：

（a）塔吊、电梯等垂直运输设施为工程公共共享体系，必须由总承包统一管理、安排，由总承包指定专人每天每周召开专题会详细讨论并安排垂直运输工作。

（b）项目垂直运输矛盾的解决需开源节流，开源就是增加垂直运输能力，节流就是内部挖潜，以提高塔吊每一吊、电梯每一笼的运输效率。

（c）大宗材料运输必须提前一周申报，并固定运输日期，这样既有利于塔吊和电梯的合理安排，也有利于工程场部管理。

（d）大宗材料应集成吊运，以尽可能多地用塔吊，其效率较高。比如：采用集装箱吊运二结构石膏板，每吊质量可达15 t，费时约30 min，如使用施工电梯，约6 笼，考虑到电梯运行时间，装货卸货时间，需1 台大型货梯运输180 min，费效比显而易见。

（e）应尽可能地确保施工人员到达每层的垂直运输路线不少于2 条，每层需有2 台大型货梯到达。

（f）为减少搬运，大型货梯还应尽可能到达更高的楼层，让货物一次到位，但考虑到施工电梯运行速度慢时间长，人员运输电梯行程不宜过长，人员上下可在中间楼层周转电梯。

（g）永久电梯的货梯应尽早投入使用，实践表明因其运行速度快、效率高，人员和货物运输效率为同尺寸施工货梯几倍，本工程就是在1 部5 m×3 m的3.5 t永久货梯投入使用后全面改善了人员上下班的拥挤状况。

（h）落地电梯应尽可能多配置，实践表明，地面至楼中电梯周转层这个阶段常为垂直运输工作量最大区域。

（i）施工电梯与永久电梯的转换应在施工方案中作重点研究。

（j）上下班高峰必须首先满足人员运输。

4.2 塔吊管理制度

本工程使用塔吊的分包单位众多，材料各异，吊装任务繁重，经统计，施工高峰期4 台大塔吊每天平均需工作20 h甚至更多。为了有序有效地使用塔吊，充分发挥塔吊效能，平衡各专业需求，既确保关键线路的正常进行，又尽力将总体效益最大化，总承包根据工程进展，分阶段地制定和修订了塔吊使用管理办法，作为工程塔吊使用方式的准则。以下为管理办法中几项典型内容：

（a）白天塔吊以钢结构吊装为主，中午依据其他专业需求，根据实际钢结构施工状态，酌情提供1～2台塔吊吊运，这项工作需每天现场协调确定。

（b）夜晚主要吊运材料，各参与施工单位需在每周五提前申报下周每天塔吊需求台班表，由总承包专题会综合平衡、统一安排，如未申报的概不通融，此项强制措施对大宗材料的垂直运输顺利运行至为关键。

（c）每天下班前召开当晚和第二天白天塔吊使用专题会，再次协调和确认计划，形成任务单，塔吊司机和指挥依据此单工作。

（d）详细规定塔吊夜间工作时上下吊装面的吊装指挥配置，避免塔吊所有单位考虑到成本减少夜间指挥数量，降低了夜间吊装效率。

（e）塔吊运输的散件必须采取措施以便每吊质量最大化，以充分利用塔吊的能力，比如幕墙板块垂直运输支架修改后由每吊3 块板块提高为每吊5 块。

4.3 电梯管理制度[6-8]

电梯管理与塔吊管理不尽相同，电梯运输的人员和物品种类多，分散性大，亟需强调对单位运输方案的管理和运输人员的管理。管理办法的核心在于提高货物上下电梯的装卸速度。本工程电梯管理制度典型内容如下：

（a）强调电梯维护和操作管理，确保电梯正常使用率。

（b）电梯工依据总包每天开出的当晚或第二天白天任务单工作。

（c）制定好的电梯运输计划必须严格执行，不得超时影响下家运输，如有分包单位恶意多申请电梯用时，则下次将扣减其需求时间，甚至停运一周以示惩罚。

（d）散件运输应有切实可行的方案，必须采取将散件集成装箱等提高上下电梯效率的措施。

（e）非泵送混凝土采用的小推车必须加高10 cm，一是确保其装载量，二是避免洒落，确保文明施工。

（f）加强管理，对浪费电梯的行为严惩不贷。

（g）及时张贴、宣传现阶段电梯使用规划、安排，做到场务公开，吊运有序。

5 结语

垂直运输是超高层建筑施工的永恒主题，鉴于建筑工程的唯一性，每个工程都必须强调制定针对性的方案和管理措施。特别要根据项目不同的实施阶段，综合考虑原方案和现场实际情况，发挥主观能动性。比如本工程实施中，综合考虑本文4.1节第d条、第h条，并结合本工程多道设备层顶部形状特性，采用了将如防火涂料、砌块、石膏板等散件装箱后利用塔吊运输至高区，然后再利用高区相对空闲的施工电梯将材料向下运输的非常规方式，就获得了较好的结果。