叶 建，李干椿，韩 悦，陈芍桥，刘 飞
（中建三局集团有限公司工程总承包公司，湖北 武汉430064）
[摘要]垂直运输是超高层建筑顺利建造的重要保障，塔式起重机是垂直运输设备的重要组成部分。塔式起重机主要有选型布置、安装、爬升管理、使用调度管理、塔式起重机拆除等环节。天津高银117大厦作为国内房建领域首个PC总承包管理项目，公共资源管理是总承包管理核心任务之一，而塔式起重机是公共资源管理的核心，塔式起重机的合理分配是工程总体顺利推进的保障，对塔式起重机的科学调度保证资源在各专业间合理分配，将资源充分利用。
[关键词]高层建筑；PC总承包；垂直运输；塔式起重机；管理
[中图分类号]TU723[文章编号]1002-8498(2016)07-0006-05
0 引言
超高层建筑施工过程中，由于结构形式多数为“巨型框架．核心筒结构”，受结构形式及构件总量的限制，往往会选择动臂式塔式起重机作为主要垂直运输设备。动臂式塔式起重机具有起重力矩大、单绳起重量大、回转转速慢、吊物平移比较平稳、空间交叉容易错开等特点，能够较好满足施工生产需求。
基于天津高银117大厦动臂式塔式起重机的现场施工生产，对动臂式塔式起重机的安拆、日常使用过程中的协调管理、分配管理、安全保证体系等涉及的关键管理与应用问题进行研究，总结了在PC总承包管理模式下塔式起重机的安装、日常管理、技术、拆卸等方面的管理措施及取得的成效。
1 工程概况
天津高银117大厦是1幢以甲级写字楼为主，集六星级豪华酒店及其他设施为一体的大型超高层建筑（见图1）。大厦总建筑面积37万m2，地下4层，地上117层，结构高度596. 5m，混凝土总用量约19万m3．总用钢量约14万t，建成后将成为中国结构第一高楼。
天津高银117大厦采用巨型框架支撑+钢筋混凝土核心筒结构体系，内筒为混凝土内包钢板和劲性钢骨的剪力墙结构，外筒由四角4根巨型钢柱与巨型桁架、巨型斜撑共同组成（见图2）。巨型柱、剪力墙钢板和劲性钢骨均通过预埋锚栓与基础筏板连接。
2塔式起重机的前期策划管理
在塔式起重机的前期策划方面，公司及项目部指定专业管理人员投入到项目的投标工作当中。做到项目设备直接管理者对设备整体规划的全面了解。并结合以往施工经验，在后期对塔式起重机的选型、数量、定位进行优化，保证塔式起重机选择的经济性和实用性。
2.1 投标阶段的选型定位
117大厦项目的定位选型，在投标阶段主要从以下几方面进行了分析：①塔式起重机吊次据统计117项目共需塔式起重机约61 682吊次；②塔式起重机吊运时间 对塔式起重机起重性能及一、二、三类构件在不同高度吊运时间的估算统计，计算出每吊装1次的平均时间约为35. 6min；③塔式起重机台班核算 通过机械需用量公式Ni= Q i K/（giTibi）计算得出，现场需要塔式起重机为5. 37台，即6台；④塔式起重机型号定位确定根据一类、二类、三类构件的最大质量、吊装范围和数量，选定各个塔式起重机的型号及定位。经过以上分析计算117大厦项目在投标阶段，拟定在第4阶段（巨柱安装至250m）施工后投入的动臂式塔式起重机数量共为6台，分别为：2台ZSL2700,2台ZSL1250、2台ZSL380，分别布置于塔楼核心筒的四面以及西北、东南巨柱上（见图3），当巨柱施工至250m时安装5，6号塔式起重机，此阶段利用1，2号塔式起重机安装重型构件，3～6号塔式起重机安装轻型构件。
2.2 实施阶段选型定位
在施工实施阶段，117大厦项目共布置了4台塔式起重机，包括2台最大起重量为100t的ZSL2700塔式起重机和2台最大起重量为64t的ZSL1250塔式起重机，同种型号设备呈对应布置（见图4）。实际使用的动臂式塔式起重机比计划所用的动臂式塔式起重机少2台，总结分析原因主要有以下几点：①工期要求在结构施工未变的情况下，幕墙、装饰、机电专业施工的插入时间与计划结构施工时间有所差异，造成在塔式起重机吊次、使用时间比预算上相对有所减少；②位置布局 根据现场施工作业的实际情况分析，因本身塔楼核心筒空间狭小以及塔式起重机位置的局限性，造成在塔式起重机使用过程中交叉作业严重，布置的塔式起重机越多，其使用效率反而会下降的问题；③运行时间 根据现场实际施工作业情况，塔式起重机的使用情况由预算的双班调整至三班，这样间接增加了塔式起重机的使用时间；④合理分配通过提前计划、事中管控、事后分析，逐步调节各专业施工的合理性，形成固定的施工节奏，大幅度提高了塔式起重机使用效率。通过以上原因的分析及总结，确定117大厦项目实际施工只需4台动臂式塔式起重机即可满足施工任务。
3 塔式起重机安装管理
在4台塔式起重机安装期间，项目部针对现场施工场地狭小、吊装设备有限以及恶劣天气、安装工序复杂、作业工期有限等多项不利因素，从4大方面着手，制定系列解决方案及措施，在短短不到1个月的时间内，顺利完成1台动臂式塔式起重机的拆除及4台塔式起重机安装调试。
3.1 提前熟悉现场环境，确定进场顺序
4台塔式起重机的标准节件、各大结构件、内燃机传动件加起来总重有1400余t，需要大片的堆放场地，主塔楼周围早已被施工使用的钢构件占满，无法再堆放塔式起重机构件。经过讨论研究，要求塔式起重机生产厂家按照塔式起重机安装顺序分多批发送构件，并指定专人每天根据塔式起重机安装进度与厂家沟通，确保所需构件按时进场。
3.2 制定安装计划，充分利用现场资源
4台塔式起重机安装的主要吊装设备是原有的1台ZSL2700塔式起重机，这对4个工作面同时进行的工作部署来说，远远不能够满足吊装需求。在塔楼东西两侧的裙楼位置无法停靠地面吊装设备，南北两侧的地下室顶板上也只能使用小吨位的汽车式起重机来配合一些小构件的拼装和设备进场卸车工作。将仅有的ZSL2700塔式起重机科学合理的安排使用，是完成其余塔式起重机安装工作的先决条件。经过协商，把4个工作面的工作内容整体调整，大构件高空吊装穿插进行，将各个工序紧密衔接，大大提高了吊装设备的使用效率，保证了塔式起重机安装的顺利进行。
3.3 重点把控关键工序，严格按照技术方案执行
4台动臂式爬升方式均为外挂内爬式，采用的支撑系统相似，均由2根主梁、2根斜撑杆、2根斜拉杆和2根水平支撑组成（见图5）。相互之间采用销轴连接。对此，项目部制定整个支撑框安装过程控制程序为：“两次交底，三个分包、四次审批、十二道验收”，对于支撑框的安装重点把控就是牛腿的安装，可以说牛腿就是支撑框的“脚”，只有第1步牛腿安装正确，才能保证接下来安装工序的顺利进行。即在混凝土达到要求强度后，且在安装外挂架前，支撑主梁的牛腿按照图纸要求定位，焊接牢固，尺寸误差控制在2mm内，左右2根主梁的牛腿耳板水平度控制在1%以内，同侧上下2个耳板孔应同心，且垂直度亦应保持在1‰以内。为了保证安装误差，与上斜拉杆和水平拉杆及下斜撑杆相连接的相应牛腿耳板先不单独焊接，均在相应的杆件安装完并调整到位时再进行焊接。相应牛腿焊接完成后，均应按要求进行无损探伤，达到相应质量要求后才可进行外挂架下一工序的安装。
对于塔式起重机自身的安装，同样比较复杂。4台动臂式塔式起重机均为内燃机动力，全液压控制、无极调速PLC程序监控，实现自我保护。塔式起重机标准节均采用高强度螺栓连接，采用液压扳手进行紧固。在安装完成第2道支撑框之后，要保证标准节垂直度在1‰之内。在基本结构安装完成后，要对整套塔式起重机的PLC控制系统、各限位装置、额定荷载进行调试，同时要保证整个塔式起重机的安装要在7d内完成。
3.4 关注天气变化，实时调整作业工序
天津的冬天天气变化无常，大雪、雾霾、大风等恶劣气候环境轮番上阵，阻碍塔式起重机安装工作进程。对此项目部结合天气变化，转变思路、调整作业程序，将起重臂拼装等后续工作提前插入进行，保证了整体部署的计划时间不延误。在解决工期紧张、安装工序复杂等问题上，项目部定期组织设备安装人员召开专题动员会，采取优化安装工序措施，确保了塔式起重机在2013年春节前安装完毕并投入使用。
4塔式起重机日常管理
通常塔式起重机的安装工作是设备管理工作的重中之重，却忽视了塔式起重机的日常使用管理。通过近几年的塔式起重机安全事故案例可以看出，塔式起重机安装事故大幅减少，而在塔式起重机使用环节的安全事故却频繁发生。只有提高对塔式起重机使用过程中的重视程度，加强塔式起重机使用管理，才能确保塔式起重机使用质量安全。
PC总承包管理模式下的塔式起重机日常管理，由于涉及多个分包专业，如土建、幕墙、装饰、钢结构、机电、电梯等，如何在塔式起重机使用的各个阶段合理地分配使用，提高塔式起重机的使用效率，将成为施工生产顺利进行的关键点。对此，项目主要从制度、分配（量化管理）、人员、精细化、爬升五大方面进行了管控。
4.1 制定专项管理办法，达到塔式起重机管理的有法可依，有规可循
超高层建筑在塔式起重机的选型和定位上有很大的局限性，既要满足施工需求来配置一定数量和一定起重量的设备；还要受结构和附着形式的局限不能够将两两塔式起重机之间的相对距离设置的无限大，这就导致了多台塔式起重机之间相互制约、相互干涉，无法保证设备的利用率。针对这种情况，项目经理部应制定了大型动臂塔式起重机日常使用管理专项制度，制度中对每台塔式起重机的主要施工区域、相邻塔式起重机主客吊装的主次顺序、如何调整施工工序来避免2台塔式起重机在使用过程中的相互制约等都做了详尽说明，通过具体的实施，保证了塔式起重机的使用效率。
4.2 运用数据管理手段，实现塔式起重机使用的合理分配及高效运行
项目经理部应制定塔式起重机使用计划管理制度。即由各个专业施工部每日提出塔式起重机次日需求申请，经理部设备管理部根据每个阶段的施工工序，结合各个专业施工部的需用申请，统一制定科学合理的塔式起重机使用计划，经各个专业施工部负责人审核签字确认后，次日按计划使用塔式起重机，不得擅自更改。同时，每台塔式起重机的司机将每次吊装转运任务进行统计，具体到每一吊材料的名称、质量、所需时间等，项目部每周把统计的吊次数据进行分析，把存在的问题和不合理的做法在协调会上进行通报，并提出改进方法。把塔式起重机按需分配，使用过程中实时监督，有效控制了塔式起重机的使用。
4.3教育与培训相结合，实现机操作业人员的统一管理
在很多施工项目，塔式起重机的信号工往往是由施工队伍配置，这些人员素质参差不齐，又直接受命于施工队伍的调遣，导致违章指挥、违章使用吊具吊索、违章捆绑材料的现象时有发生，带来很大的安全隐患。超高层施工建筑高空坠物造成伤亡事故是一项重大危险源，管控好塔式起重机信号指挥人员的工作行为，可以大大降低此项风险。在设备安装之初，项目应结合人事招聘相关规定和特种作业人员的特殊要求，对塔式起重机信号工统一招中，定期对所有信号工进行培训教育和技术交底，项目专业管理层应长期深入现场，结合实际对信号工进行监督指导。同时，针对工种的重要性，制定塔式起重机信号工绩效考核奖罚制度，采用经济的手段进行约束管理，对塔式起重机使用过程中人的控制环节进行有效控制。
4.4做好预防、制定标准，实现塔式起重机维护保养的精细化管理
机械设备性能和状态的优劣直接关系施工进度，机械设备维修费用的多少直接影响生产成本。做好机械设备维修保养工作，对保证施工的顺利进行和降低成本费用意义重大。而设备的维护保养更是一项预防性工作，是管、用、养、修等各项工作的基础。4台动臂式塔式起重机全部是内燃机动力、全液压控制、无级调速的重型塔式起重机，所用的动力部件大多数为进口原件。对各部件的更换将会非常困难，且占用的维修时间非常长。对此，项目经理部制定维护保养专项制度，制定定期的维护保养时间，严格按照要求进行相关维护保养程序，保证了塔式起重机的正常使用，至今保持设备的损坏率在3%以下（100d维修次数不超过3次）。具体采取的措施主要有以下3点：①现场配备长期的维护保养驻场人员，每天对塔式起重机的液压控制系统、内燃机、PLC电气控制系统进行检查，形成日检查记录，一旦发现问题及时解决。②针对维护保养时间对塔式起重机利用率的影响，将塔式起重机维护保养时间插入到塔式起重机爬升期间，这样塔式起重机的维护保养时间就可以做到忽略不计，又顺利按时完成各项工作。③因117大厦工期紧、任务重的特点，塔式起重机的运行时间每日已接近满负荷，这样对塔式起重机各小零部件磨损非常严重，更换期限较短。对此，项目经理部通过与生产厂家的共同研讨，商定将塔式起重机的常用配件以库存的方式长期存放在现场，费用以实际发生为准，这样不仅保证配件的及时更换，同时节约了费用。
4.5严格把控关键工序，实现塔式起重机爬升作业的安全高效完成
117大厦4台动臂式塔式起重机均为外挂内爬式，支撑框系统采取上拉下压、水平支撑的结构。117大厦塔式起重机爬升共需120台·次，支撑系统体积、质量均较大且与顶模相互交叉，支撑系统的安装难度非常大。目前117大厦4台动臂式塔式起重机整体爬升完毕的平均时间在6d，这在国内同类型施工项目中取得了不错的成绩，整个过程中主要采取的管控措施有以下2点。
1)实施责任工程师制、分包单位负责制、严密工序交接制，严格执行“两次交底、三个分包、四次审批、十二道验收”的管控流程。即将塔式起重机爬升过程中的每个任务责任到各分包单位，分包单位责任人为第一责任人。其次要求分包单位指定每项工作的专职负责工程师，对该爬升项负重要责任。再由各单位出具各负责部分的验收合格表，责任人签字盖章后报送总包。而后总包根据报送的各分包单位验收资料由设备主管部门组织安全、质量部同时对各项内容进行逐项排查审核，待审核合格后报送领导审批，进行塔式起重机的顶升作业。顶升作业完毕后，同样进行相关程序验收，验收全部合格后进行塔式起重机的使用，最后进行资料归档。整个过程中从单位到个人，从专项任务到各项任务中的内容进行了逐一细化安排，形成多次检查、循环封闭式管理。
2)勇于挑战、敢于创新，根据现场实际工况，项目部共对塔式起重机爬升作业中的3项工况进行优化，取得了一定的成效，为生产施工提供了有力的保障：①塔式起重机支撑系统C型框的改造，解决了C型框安装与顶模相影响的问题，减少了塔式起重机爬升2d的时间。②塔式起重机支撑大梁拆除工作的优化，从采用塔式起重机吊装割除牛腿到采取长挂钢丝绳静止割除牛腿，最后塔式起重机吊运至地面的方法，为现场施工节约出3d的时间。③塔式起重机第3道支撑框位置标准节的加固处理，此方案的实施为现场施工在塔式起重机顶升期间未收到大幅的影响。
5 技术与创新管理
5.1 防雷接地设施优化
因超高层建筑一般是区域性地标建筑，为地区的最高建筑。在雷雨季节，被雷电击中的概率将会很高。而对于天津高银117大厦项目而言，最高高度将会达到597m，随着每年6～9月份雷雨季节的到来，虽然塔式起重机大臂端头已安装防雷接地装置（接闪器），但对于雷电的不确定性、分散性，塔式起重机被雷电击中的概率非常高。对于塔式起重机而言，受雷击以后，塔式起重机部件中最容易损坏的是电气控制元件，尤为突出地体现在质量传感器（最高1个电气元件）、质量转换器（与最高元件共用1根导线）等，电气元件的损坏所带来的直接影响是塔式起重机控制系统受保护无法正常工作、称重系统无法显示、不能正常作业等，同时电气元件被雷击损坏后导致塔式起重机无法正常显示数据所带来的安全风险和因更换被雷击损坏的部件引起的耽误工程工期相对工程的影响较大。
针对这些问题，在借鉴其他超高层塔式起重机使用经验的基础上，与塔式起重机生产厂家共同研讨，最终确定在质量传感器处和电器柜内质量转换器处分别加装德国进口的避雷器装置进行保护（见图6），这样可以大大降低高灵敏度的质量传感器、质量转换器的损坏概率。
5.2钢丝绳跳槽与跳绳问题
因117项目塔楼高度为597m，考虑塔式起重机起重臂长度、仰俯角度以及卷扬机钢丝绳安全长度、需双绳吊装的最高高度，塔式起重机钢丝绳选择不得少于800m。其中2台ZSL2700塔式起重机因吊装质量需求，在420m左右仍需要双绳，即塔式起重机选用900m钢丝绳。对此产生以下两种问题：①因主卷扬机两侧挡板与满容绳量后最上一层钢丝绳的距离< 3cm（1个钢丝绳的直径），所以在大风天气，当钢丝绳运转至外挡板边缘时，钢丝绳容易脱落至挡板外侧，发生跳槽，致钢丝绳损坏。②由于卷筒本身设计缺陷及钢丝绳应力变化，造成钢丝绳在第2层缠绕时发生变化，致钢丝绳向上排列不规则，出现挤压跳绳现象。
针对以上钢丝绳跳槽与跳绳问题，经过项目技术部与厂家共同研讨，确定采取两项措施进行解决：①根据现场施工实际情况，对钢丝绳长度进行改变，由原来的900m钢丝绳改换成800m钢丝绳，这样就可减少钢丝绳的圈数，同时对主卷扬机卷筒的外圆边缘分段增高，有效防止钢丝绳的跳槽等情况发生。②针对塔式起重机钢丝绳跳绳问题，找到钢丝绳开始变化点，之后对主起重机钢丝绳卷筒法兰的外圆边缘进行半圆补偿，以达到使主起重机钢丝绳按规定轨迹行走的目的。
6 塔式起重机的拆除管理
超高层动臂式塔式起重机的拆除工作是所有超高层建筑中的难点及重点，主要是由于其工序复杂、多次转换、工期长、与结构冲突、占用面积大等特点。117大厦的拆除过程中同样存在以上问题，对此项目经理部在塔式起重机拆除之初成立塔式起重机拆除小组，对塔式起重机拆除工作的整体进行规划，对塔式起重机的拆除方案进行多次审核。拆除过程中对各专业之间存在的问题进行逐项核对，确保塔式起重机的拆除在最小幅度影响施工的基础上，能够安全、高效完成。117大厦4台动臂式塔式起重机的拆除目前规划的方案主要为“七级十四步”，即需要安装5部塔式起重机、拆除9部塔式起重机。同时项目部也正在努力创新、挑战其他方式完成超高层塔式起重机拆除。同时也正在为塔式起重机拆除的转运方案进行策划，做到工作的前瞻性，为拆除工作顺利进行提供有力的保障。
7 结语
如何做好超高层建筑大型塔式起重机选型定位、安拆作业和日常的使用管理，提高塔式起重机使用效率，让其发挥自身的优势、消除安全隐患，对于设备管理者来说是一项长期不懈的工作任务。
