大型醫(yī)療項目中塔吊的智慧管理與工效分析

王 偉，趙書東，王志濱，明 皓，崔建波，何 棋

（北京城建集團有限責任公司，北京 100088）

0 引言

項目的生產(chǎn)要緊緊圍繞施工生產(chǎn)五要素“人、機、料、法、環(huán)”進行，機械的科學管理和工作效率直接關(guān)系到現(xiàn)場生產(chǎn)進度，進而影響形象進度及產(chǎn)值。塔吊的主要作用在于解決施工現(xiàn)場垂直運輸?shù)膯栴}[1]，屬于起重設備中的高危特種設備。其主要結(jié)構(gòu)包括地基、基礎(chǔ)節(jié)、標準節(jié)拼裝的塔身、平衡臂、平衡重、回轉(zhuǎn)塔架、轉(zhuǎn)臺、起重臂、塔頂?shù)炔糠?，通過塔式起重機各部分的配合進行起升、變幅、回轉(zhuǎn)下降等動作完成運輸作業(yè)[2]。隨著建筑行業(yè)的現(xiàn)代化，信息化管理水平不斷提高，特別是在大規(guī)模的建筑群中，需要更加科學有效的進行塔吊、塔司的管理及塔吊工效的分析。

目前，關(guān)于塔吊受力分析與安全監(jiān)控方面的研究已相對成熟，但是關(guān)于在實際工程應用的智慧化管理與工效分析的研究較少，特別是在大型醫(yī)療項目與鋼結(jié)構(gòu)中的應用與施工方面。本文結(jié)合北京安貞醫(yī)院通州院區(qū)建設項目對大型醫(yī)療項目中的塔吊進行智慧化管理與工效分析。

1 工程概況

北京安貞醫(yī)院通州院區(qū)建設項目為北京市重點工程，總體規(guī)模34 萬m2，建筑高度最高為49m。本工程動物實驗樓與地下室為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，地上為鋼結(jié)構(gòu)+屈曲約束支撐結(jié)構(gòu)。根據(jù)塔吊布置原則及結(jié)構(gòu)分布情況現(xiàn)場共布置9 臺不同型號的塔吊。其中行政辦公區(qū)為地下一層，地上兩棟8 層，一棟4 層，一棟3 層，布置3 臺ZTT7530 塔吊；綜合醫(yī)療區(qū)地下兩層，且面積較大，故分為東、西兩個區(qū)布置塔吊，東區(qū)全部為低層裙樓共布置3 臺ZTT7530 塔吊，西區(qū)有兩棟10 層高住院樓，故布置2 臺ZTT8041 塔吊，輔以1 臺ZTT7530塔吊。

2 塔吊的智慧管理

2.1 塔吊智能化設施配置

本項目塔吊安裝了吊重傳感器、高度傳感器、變幅傳感器、無線通信模塊、攝像頭等，通過云服務器將數(shù)據(jù)、監(jiān)控視頻等實時傳送至BIM+智慧工地數(shù)據(jù)決策系統(tǒng)。經(jīng)過智慧工地管理平臺進行精準運算分析，得出科學合理的監(jiān)測、工效、視頻等數(shù)據(jù)，并在PC 端、移動端進行展示。

2.2 塔吊可視化吊鉤

塔吊吊運時通常存在視線距離遠、隔物吊、溝通難等情況，現(xiàn)場極易因溝通不暢、盲吊等情況而產(chǎn)生安全隱患。本項目塔吊吊鉤安裝監(jiān)控實現(xiàn)吊鉤可視化，塔司可以現(xiàn)場實時查看吊鉤運行狀態(tài)，避免因視線、溝通等問題造成安全隱患，同時大幅提高吊運效率。管理人員可通過遠程客戶端，隨時隨地查看各塔吊現(xiàn)場吊運情況，有效提高管理效率。

2.3 塔吊監(jiān)測

塔機監(jiān)測系統(tǒng)，可數(shù)字化顯示現(xiàn)場塔機的幅度、高度、重量、傾角等運行數(shù)據(jù)，塔司可實時查看吊物情況，做到提前預判，大大的消除了安全隱患。一旦塔吊操作過程中發(fā)生不安全行為，進行實時預警，塔司根據(jù)警報，可按規(guī)定操作及時將隱患排除。另外運行記錄和報警信息實時上傳到智慧工地系統(tǒng)，便于管理人員遠程監(jiān)管和信息留存。管理人員可根據(jù)相關(guān)預警信息的統(tǒng)計整理，對經(jīng)常出現(xiàn)預警的塔司進行針對性的教育和交底，也能對塔吊的檢修、隱患排查提供有力依據(jù)。

3 塔吊的工效分析

3.1 土建施工階段

本工程地下結(jié)構(gòu)建筑面積10.5 萬m2，主要材料鋼筋為2.8 萬t；混凝土為20 萬m3。塔吊主要以鋼筋、模板、木方、盤扣等材料的吊運為主。根據(jù)計劃安排，土建施工階段時間為2021 年5—8 月，工期較緊張。為保施工進度，前期現(xiàn)場9 臺塔吊全部安排3 名塔司，實行24h 工作制。

3.1.1 塔吊吊次分析

通過智慧工地管理平臺數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，得出5 月份各塔吊吊次如圖1 所示。由圖1 可知，5 月份9 臺塔吊共計30d 吊次超過100 次，工作24h；且5 月中下旬進入豎向結(jié)構(gòu)以后現(xiàn)場9 臺塔的吊次均出現(xiàn)明顯降低。

圖1 5 月份各塔吊吊次

選取最繁忙的1 號塔吊作為分析對象，5 月每天吊次如圖2 所示。

圖2 1# 塔吊5 月份每天吊次

根據(jù)圖2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析得知，1 號塔只有9d 工作超100 次，平均每天吊78 次；5 月中旬以后吊次明顯下降，閑置時間較長，達不到24h 工作狀態(tài)?；跀?shù)據(jù)分析和現(xiàn)場實際情況，項目部立即調(diào)整方案在6—8 月份每臺塔吊減少一名塔司；考慮到現(xiàn)場部分區(qū)域可能需要24h 工作，配備了2 名機動塔司（ZTT8041 塔、ZTT7530塔各1 名）以滿足加班使用，減少項目成本。

3.1.2 塔吊工效分析

綜合5—8 月份數(shù)據(jù)進行分析，取代表性較強的7#塔吊（ZTT8041 塔吊，地下兩層使用，吊次最多塔）和9#塔吊（ZTT7530 塔吊，地下一層使用，吊次最少塔）進行分析。

7#塔吊（現(xiàn)場最大塔吊，型號ZTT8041，臂長80m，最大起重26t，最小起重4.1t）覆蓋區(qū)域為地下兩層，覆蓋建筑面積約29000m2，配備3 名塔司。

5—6 月份塔吊每天工作時間T7=18h，平均每天吊次N7=97 次，每吊使用時間可用公式“t7=T7/N7”表示，帶入相關(guān)數(shù)值得t7=11.2min。5—8 月份中每天最多吊108 次，最少吊90 次，吊次比較平穩(wěn)，符合前期施工部署和計劃工期要求。

9#塔吊（現(xiàn)場最小塔，型號ZTT7530，臂長70m，最大起重18t，最小起重3.32t）覆蓋區(qū)域為地下一層，覆蓋建筑面積約6800m2，配備2 名塔司。

5—6 月份塔吊每天工作時間T9=12h，平均每天吊次N9=35 次，每吊使用時間可用公式“t9=T9/N9”表示，帶入相關(guān)數(shù)值得t9=20.6min。5—6 月份中每天最多吊39 次，最少吊31 次，吊次較少，塔吊工作效率較低。而7—8月份塔吊每天工作時間T9=12h，平均每天吊次N9=59 次，每吊使用時間可用公式“t9=T9/N9”表示，帶入相關(guān)數(shù)值得t9=12.2min。7—8 月份中每天最多吊68 次，最少吊50 次，吊次較少，塔吊工作效率較低。

綜上所述，通過工效分析，可看出5—6 月份現(xiàn)場存在部分塔吊工效較低的情況。為保證塔吊的利用率，項目部制定相關(guān)制度，通過智慧平臺對每名塔司的工作時長、工作效率進行每天排名，指定獎罰制度。通過項目工程管理與智慧平臺管評結(jié)合，充分調(diào)動了塔司的積極性，7—8 月份各個塔吊工效有明顯提升，最終土建結(jié)構(gòu)提前15d 出正負零，即提前完成計劃。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)施工階段

3.2.1 工期分析

本工程鋼結(jié)構(gòu)共計3.4 萬t，合同工期從2021 年8月底開始至2022 年1 月底封頂，其中南區(qū)2021 年11月底完成，北區(qū)裙樓計劃2021 年11 月底完成，北區(qū)主樓計劃在2022 年1 月底完成。根據(jù)塔吊布置和結(jié)構(gòu)分布情況，項目部在鋼結(jié)構(gòu)吊裝前通過計算對工期進行了分析。

北區(qū)裙樓工期分析：北區(qū)裙樓共4 層，6 臺塔吊參與吊裝，共有梁、柱構(gòu)件12773 根，即需要12773 吊次。構(gòu)件吊裝每吊次按ts=30min 計算，有效吊裝時間按18h 計算，每臺塔吊配3 名塔司。則需要絕對吊裝天數(shù)T=12773/0.5/18/6=60d，通過常規(guī)經(jīng)驗，2021 年10 月底可以完成。

北區(qū)主樓工期分析：北區(qū)主樓共十層，五層及以上3 臺塔吊參與吊裝，共有梁、柱構(gòu)件5349 根，即需要5349 吊次。按上述計算方法需要絕對吊裝天數(shù)T=50d，通過常規(guī)經(jīng)驗，2021 年12 月底可以完成。

南區(qū)工期分析：南區(qū)共有梁、柱構(gòu)件3689 根，其中教學樓1288 根，科研樓1832 根，會議中心569 根。每棟樓配一臺塔吊，教學樓、科研樓、會議中心分別按照12h、15h、8h，計算分別需要54d、61d、36d，2021 年10月底可以完成。

經(jīng)計算，現(xiàn)場布置的9 臺塔吊可以按合同工期提前1 個月完成。按照工期計算及分析，項目部重新制定了鋼結(jié)構(gòu)施工計劃：北區(qū)裙樓及南區(qū)10 月底完成，北區(qū)主樓12 月底完成。

3.2.2 塔吊工效分析

根據(jù)平臺數(shù)據(jù)分別選取低層3#塔吊、中層10#塔吊、高層5#塔吊作為常規(guī)塔吊進行塔吊工效分析。9—10 月份10#塔吊每天有效吊裝時間T10=12h，平均每天吊次N10=37 次，每吊使用時間可用公式“t10=T10/N10”表示，帶入相關(guān)數(shù)值得t10=19.5min。

9—10 月份3#塔吊每天有效工作時間18h，平均每天吊次N3=53 次，每吊使用時間可用公式“t3=T3/N3”表示，帶入相關(guān)數(shù)值得t3=20.4min。

9—10 月份5#塔吊每天有效吊裝時間T5=18h，平均每天吊次N5=58.5 次，每吊使用時間可用公式“t5=T5/N5”表示，帶入相關(guān)數(shù)值得t5=18.5min。

通過9—10 月份塔吊工效計算，塔吊每吊次約20min，比計劃時間少約10min，現(xiàn)場應比計劃提前約20 天，但因土建鋼筋、樓承板、機電管線、鋼結(jié)構(gòu)施工材料等占用了塔吊部分時間，實際基本按照原計劃工期完成，并無提前，若按照此進度持續(xù)1、2 號住院樓鋼結(jié)構(gòu)的吊裝，且考慮冬季施工的降效，主體結(jié)構(gòu)封頂將在2022 年1 月初完成。

項目部考慮到2021 年冬天可能為寒冬，降低冬季施工的措施費用，且綜合分析了塔吊、吊車的使用費用，決定調(diào)整施工部署，計劃在12 月初完成鋼構(gòu)吊裝，為混凝土澆筑創(chuàng)造條件。因按現(xiàn)有3 臺塔吊無法滿足工期，故在11 月份增加兩臺150t 汽車吊進行1、2 號住院樓吊裝，最終在12 月11 日結(jié)構(gòu)封頂，提前20d 完成。設備具體費用計算如下。

使用2 臺汽車吊一個月時間費用：2 臺×7 萬元/月=14 萬元。

節(jié)省2 臺ZTT8041 塔吊和1 臺ZTT7530 塔吊使用時間費用：2 臺×14.75 萬×20/30 月+1 臺×8.1 萬×20/30月=25 萬元。

共節(jié)省費用：25-14=11 萬元，且提前20d 結(jié)構(gòu)封頂，減少了工期。

4 結(jié)語

本文結(jié)合安貞醫(yī)院通州院區(qū)的實際情況，對現(xiàn)場塔吊進行選型與布置；通過配置智能化設施、可視化吊鉤對塔吊進行智慧化管理與監(jiān)測；結(jié)合智慧工地管理平臺進行塔吊工效分析，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)問題并調(diào)整策略，最終優(yōu)化施工計劃，取得較好效果。得到的主要結(jié)論。

（1）塔吊智能設施可通過云服務器將數(shù)據(jù)、監(jiān)控視頻等實時傳送至BIM+智慧工地數(shù)據(jù)決策系統(tǒng)，再通過運算分析得出科學合理的監(jiān)測、工效、視頻等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)塔吊的智慧化管理；吊鉤可視化可避免安全隱患，提高吊運效率和管理效率；塔機監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)提前預判和實時預警，對塔吊的檢修、隱患排查提供有力依據(jù)。

（2）通過對塔吊進行吊次分析與工效分析，及時調(diào)整計劃，在土建施工階段節(jié)省了塔吊閑置時間成本，同時工期減少15d；在鋼結(jié)構(gòu)施工階段，設備節(jié)省費用11 萬元，工期減少2 個月，綜合考慮共可節(jié)約150 萬左右。地下混凝土結(jié)構(gòu)施工每吊時間在12min 以內(nèi)為塔吊正常工作效率，該使用時間經(jīng)現(xiàn)場驗證可以作為塔司和塔吊工作效率考評標準；地上箱型柱+H 型鋼梁的鋼結(jié)構(gòu)，鋼構(gòu)件吊裝每吊次約20min。