高層與超高層建筑機(jī)電安裝技術(shù)創(chuàng)新研究

王 越 北京城建安裝集團(tuán)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(jī)電安裝技術(shù)難度更大，安全風(fēng)險(xiǎn)也更高，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。第一，垂直吊運(yùn)高度大，需要注意安全與效率的平衡；第二，上層部分建筑設(shè)備管線通道狹小，設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)、就位及管線的規(guī)劃與施工難度大；第三，機(jī)電設(shè)備與相關(guān)附屬設(shè)施需預(yù)制后轉(zhuǎn)運(yùn)就位再進(jìn)行組裝，深化設(shè)計(jì)與預(yù)制精度要求高；第四，總的用電、用水及通信需求量大，強(qiáng)、弱電系統(tǒng)均較多；第五，阻尼器、高速電梯等機(jī)電設(shè)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(jī)電安裝工程中存在的一些難題，本文以廣州新電視塔機(jī)電安裝工程為例，從建筑電氣、管線規(guī)劃與施工、高速電梯安裝施工以及阻尼器安裝等方面進(jìn)行了施工創(chuàng)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(dòng)工，2009 年竣工。工程主體高度為454 m，用于信號(hào)轉(zhuǎn)播的天線高度為146 m，是一個(gè)總建筑高度達(dá)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(hào)發(fā)射等。整體由鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中工程主體主要由鋼結(jié)構(gòu)外筒與橢圓形鋼筋混凝土內(nèi)筒組成，外部主要由高強(qiáng)度鋼斜柱、斜撐以及斜環(huán)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(yōu)化

廣州新電視塔垂直方向敷設(shè)的電纜總重可達(dá)數(shù)噸，電纜截面積與長(zhǎng)度尺寸也較大，這類超長(zhǎng)、超重以及超粗的電纜垂直敷設(shè)需要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題。

其一，通過(guò)電纜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化是否能夠使其支撐自身重量。

其二，電纜長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，是否能采用其他吊裝方式解決卷?yè)P(yáng)機(jī)容繩量不夠的問(wèn)題。

其三，電纜吊裝過(guò)程中擺動(dòng)過(guò)大會(huì)造成損傷，需控制擺渡幅度。

2.1 纜線設(shè)計(jì)

高層與超高層建筑機(jī)電干線電纜可以分為上下水平敷設(shè)段與垂直敷設(shè)段。其中，水平敷設(shè)段電纜與垂直敷設(shè)段電纜的差異在于垂直敷設(shè)段電纜外層覆有鋼絲繩。為了降低電纜吊裝敷設(shè)時(shí)鋼絲繩產(chǎn)生的側(cè)向應(yīng)力，避免出現(xiàn)集中應(yīng)力的情況，可以將柔性鋼絲繩設(shè)計(jì)成扁形并使用塑料包裹[2]。

2.2 吊裝設(shè)計(jì)

考慮到卷?yè)P(yáng)機(jī)容繩量可能不足的問(wèn)題，使用吊環(huán)、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(shí)可以使電纜在較小的擺動(dòng)下完成吊裝，且能夠在電纜敷設(shè)完成后負(fù)擔(dān)垂直段的重量。為了提高吊裝的可靠性，擬使用銅合金現(xiàn)澆鑄的方式來(lái)連接吊具與電纜上的鋼絲繩。需要注意的是，吊裝過(guò)程中要監(jiān)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(tǒng)施工優(yōu)化

3.1 施工作業(yè)段劃分

廣州新電視塔采用了異形設(shè)計(jì)外觀，整個(gè)泛光照明系統(tǒng)安裝施工應(yīng)在工程主體功能區(qū)幕墻施工結(jié)束后進(jìn)行，最大高度可達(dá)450 m 以上。為了更好地完成廣州新電視塔的泛光照明系統(tǒng)安裝施工，在垂直立面上劃分出如圖1 所示的9 個(gè)作業(yè)段。

圖1 廣州新電視塔垂直立面泛光照明系統(tǒng)作業(yè)段劃分

3.2 LED 泛光照明系統(tǒng)安裝

結(jié)合廣州新電視塔的異形設(shè)計(jì)，工程人員采用了如下方案來(lái)完成LED 泛光照明系統(tǒng)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(huán)梁節(jié)點(diǎn)處需要安裝較多的燈具支架與電纜支架，在環(huán)梁牛腿節(jié)點(diǎn)與功能層樓面穩(wěn)定點(diǎn)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(wěn)定性。綁扎安全繩時(shí)注意每個(gè)軸線處均應(yīng)綁扎一根安全繩，還要注意安全繩長(zhǎng)度應(yīng)超過(guò)3 道環(huán)梁。

3.2.2 透空段施工

廣州新電視塔部分垂直區(qū)域沒有功能層，呈透空狀態(tài)，需使用高空作業(yè)吊籃來(lái)完成LED 泛光照明系統(tǒng)的安裝。隨著建筑工程施工技術(shù)的發(fā)展，高空吊籃在高層與超高層建筑中具有較為廣泛的應(yīng)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(qū)域附近安裝吊籃，待該區(qū)域施工結(jié)束后再將吊籃移至下一個(gè)施工區(qū)域附近安裝；（2）廣州新電視塔中部收腰的區(qū)段垂直部分跨度大，4 道支撐的間隙過(guò)小導(dǎo)致吊籃無(wú)法穿過(guò)，因此需要搭建臨時(shí)馬道，以便各種設(shè)施與施工人員通過(guò)。

3.3 照明系統(tǒng)調(diào)試

泛光照明系統(tǒng)安裝結(jié)束后需要對(duì)其進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試工作需要注意以下幾個(gè)方面。

（1）燈光的調(diào)試效果需要由建設(shè)單位、監(jiān)理單位以及照明系統(tǒng)供應(yīng)單位等共同確認(rèn)[3]。若某些單位無(wú)法到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，可以通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的視頻監(jiān)控進(jìn)行遠(yuǎn)程確認(rèn)。

（2）參照燈具供應(yīng)單位提供的技術(shù)資料將泛光照明系統(tǒng)分為多個(gè)分控區(qū)，為了提高調(diào)試效率需按照分控區(qū)控制范圍情況逐分控區(qū)安排調(diào)試工作。

（3）在夜間協(xié)同燈具供應(yīng)單位與監(jiān)理單位分節(jié)點(diǎn)點(diǎn)亮泛光照明燈具，檢查不同方位燈具的近遠(yuǎn)景效果，確認(rèn)符合要求后予以驗(yàn)收。個(gè)別燈具效果較差時(shí)標(biāo)記燈具編號(hào)，再通過(guò)調(diào)整角度等改善其燈光效果。調(diào)試后段分控區(qū)燈具時(shí)前段已調(diào)試燈具應(yīng)繼續(xù)點(diǎn)亮，確認(rèn)泛光照明的整體效果。此外，頂端航空障礙燈應(yīng)與LED 泛光照明系統(tǒng)同步進(jìn)行調(diào)試。

（4）各分控區(qū)照明燈具調(diào)試結(jié)束后，需安排其余子燈光照明系統(tǒng)進(jìn)行完整的夜景燈光系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)調(diào)試與檢驗(yàn)，燈具供應(yīng)單位應(yīng)重點(diǎn)檢查整個(gè)燈光照明系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)控制的智能聯(lián)動(dòng)是否符合要求。

4 阻尼抗振系統(tǒng)安裝優(yōu)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(dòng)復(fù)合調(diào)諧質(zhì)量阻尼器來(lái)構(gòu)建其主體結(jié)構(gòu)的阻尼系統(tǒng)。其中，主動(dòng)調(diào)諧阻尼系統(tǒng)設(shè)置在消防水箱部位，從主體弱軸方向?yàn)閺V州新電視塔提供阻尼輔助支持來(lái)降低該方向上的振動(dòng)；被動(dòng)調(diào)諧阻尼系統(tǒng)則布置在438.3 m 處的消防水箱，在塔主體的兩個(gè)主軸方向上提供阻尼輔助支持。

4.1 阻尼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工難點(diǎn)

綜合廣州新電視塔總體設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析阻尼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工存在以下3 方面的難點(diǎn)。（1）主被動(dòng)復(fù)合調(diào)諧阻尼系統(tǒng)在塔類超高層建筑中的應(yīng)用案例少，該類型阻尼系統(tǒng)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(dòng)阻尼系統(tǒng)的單個(gè)零部件重量大、體積大，零部件吊裝難度較大。（3）直線電機(jī)底座需要在438.4 ～448.8 m的空間內(nèi)安裝在水箱上部，操作空間小。總之，阻尼系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)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(tǒng)安裝難點(diǎn)，確定主被動(dòng)復(fù)合阻尼系統(tǒng)施工工藝為施工準(zhǔn)備→滑軌支座底座套就位→滑軌支座底座吊裝→直線電機(jī)底座吊裝→滑軌支座下、中、上層框吊裝→直線電機(jī)承臺(tái)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(yù)埋件施工→電機(jī)底座定位安裝→抗扭支座定位安裝→直線電機(jī)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)組裝→復(fù)合阻尼系統(tǒng)裝配調(diào)試→橡膠支座固定→主動(dòng)與被動(dòng)阻尼系統(tǒng)獨(dú)立調(diào)試→阻尼系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)調(diào)試[4]。

4.3 關(guān)鍵工藝解析

4.3.1 直線電機(jī)底座吊裝

整個(gè)阻尼系統(tǒng)中直線電機(jī)底座的重量與統(tǒng)計(jì)最大，因此該部件的吊裝安全風(fēng)險(xiǎn)最高、難度系數(shù)最大。為了完成該直線電機(jī)底座的吊裝，需要在廣州新電視塔上層結(jié)構(gòu)梁封閉前進(jìn)行。一方面，要協(xié)調(diào)直線電機(jī)底座進(jìn)場(chǎng)時(shí)間與鋼結(jié)構(gòu)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(shí)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(shù)量多、重量大，且對(duì)于裝配精度的要求較高，因此裝配雙向滑軌支座時(shí)需要注意以下3個(gè)方面。

（1）強(qiáng)化對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程的預(yù)制加工精度與裝配組合誤差的控制，防止鋼結(jié)構(gòu)工程因整體力學(xué)性能不達(dá)標(biāo)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(tǒng)安全區(qū)域的承重面積有限，各類組件吊入安裝樓層后需要合理規(guī)劃堆放布局，避免影響后續(xù)結(jié)構(gòu)施工。

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

4.3.3 阻尼系統(tǒng)調(diào)試

阻尼系統(tǒng)安裝結(jié)束后就需要進(jìn)行調(diào)試，主要針對(duì)的是以直線電機(jī)為主的主動(dòng)阻尼系統(tǒng)及以抗扭支座、水箱和滑軌支座為主的被動(dòng)系統(tǒng)。阻尼系統(tǒng)的調(diào)試流程應(yīng)按照先主動(dòng)系統(tǒng)調(diào)試，再被動(dòng)系統(tǒng)調(diào)試，最后主動(dòng)系統(tǒng)與被動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試的順序進(jìn)行。阻尼系統(tǒng)調(diào)試涉及機(jī)械、電氣、熱力、傳感、建筑、監(jiān)控以及鋼結(jié)構(gòu)等多個(gè)專業(yè)，調(diào)試工作需做好各專業(yè)的協(xié)調(diào)。

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(shí)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(shí)現(xiàn)該高速曳引式垂直電梯在速度與行程方面的優(yōu)勢(shì)，需要配備大容量電機(jī)、高級(jí)別安全保障方案以及可靠的減振技術(shù)。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(dòng)強(qiáng)度等方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。

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(zhǔn)備→設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)→準(zhǔn)備井道樣板架→準(zhǔn)備井道吊籠→井道測(cè)繪→機(jī)房設(shè)備固定→井道底座設(shè)備固定→地坎、門套與廳門施工→導(dǎo)軌施工→井道輔助組裝→井道管線布設(shè)→拆除吊籠→轎廂安裝→底坑機(jī)電施工→穿曳引繩→頂層平臺(tái)恢復(fù)→電梯安裝質(zhì)量驗(yàn)收→電梯調(diào)試。其中，吊籠安裝與井道吊籠安裝檢查需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求與施工規(guī)范進(jìn)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(yīng)使用工字鋼制作，注意預(yù)留10 cm 左右的安裝余量。吊籠支架上部需要設(shè)置安全棚，使用高強(qiáng)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(shè)卷?yè)P(yáng)機(jī)與跑繩，將吊籠平臺(tái)置于井道底層位置。同時(shí)安裝吊籠時(shí)需要注意按照先安裝吊籠主體再安裝限位機(jī)構(gòu)、操作機(jī)構(gòu)、縮緊機(jī)構(gòu)以及安全防護(hù)等輔助性機(jī)構(gòu)的順序進(jìn)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(fù)核安裝質(zhì)量是否符合要求，檢查確認(rèn)無(wú)誤后方可進(jìn)行驗(yàn)收與使用。針對(duì)曳引式高速電梯的吊籠檢查應(yīng)包含以下幾個(gè)方面。（1）使用電氣裝備測(cè)試系統(tǒng)絕緣性、系統(tǒng)電壓以及吊籠升降高程；（2）負(fù)載狀態(tài)下分別測(cè)定吊籠上升狀態(tài)與下降狀態(tài)下系統(tǒng)回路的電壓、電流及運(yùn)行速度；（3）吊籠上升過(guò)程中以橡膠平衡塊檢驗(yàn)過(guò)卷限制開關(guān)是否能夠正常工作，同時(shí)對(duì)橡膠平衡塊和頂部間的空隙大小進(jìn)行標(biāo)定；（4）驗(yàn)證縮緊裝置的動(dòng)作是否正常；（5）檢查廳門和吊籠間縫隙；（6）控制吊籠上下運(yùn)動(dòng)，檢查各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

6 結(jié)語(yǔ)

高層與超高層機(jī)電設(shè)備安裝相較于一般建筑工程機(jī)電安裝而言在操作、機(jī)電設(shè)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(jī)電安裝工作，一方面要做好機(jī)電安裝工程與其他各專業(yè)工程的協(xié)調(diào)；另一方面要加強(qiáng)機(jī)電工程安裝技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)化，重點(diǎn)解決好機(jī)電設(shè)備安裝空間限制、重量限制以及吊裝高度限制等問(wèn)題。