上海中心大廈施工階段垂直電梯運(yùn)力分析

穆蔭楠

1.同濟(jì)大學(xué) 上海 200080；2.上海建工集團(tuán)股份有限公司總承包部 上海 200080

超高層建筑施工垂直運(yùn)輸任務(wù)繁重，垂直運(yùn)輸體系設(shè)置的合理與否直接影響到現(xiàn)場(chǎng)的施工進(jìn)度，故在超高層建筑施工中占有極為重要的地位[1-3]。根據(jù)超高層建筑施工中垂直運(yùn)輸對(duì)象的不同，超高層建筑垂直運(yùn)輸體系一般由塔吊、施工電梯、混凝土泵等設(shè)備構(gòu)成。

上海中心大廈工程施工階段垂直運(yùn)輸體系由塔吊、垂直電梯、混凝土泵組成。其中，塔吊布置根據(jù)項(xiàng)目策劃階段的吊次分析，綜合考慮工程的總體進(jìn)度要求，并結(jié)合類似超高層施工經(jīng)驗(yàn)，選擇布置安裝4臺(tái)1280D塔吊。

塔樓結(jié)構(gòu)混凝土用量逾280 000 m3。在綜合考慮質(zhì)量、進(jìn)度、安全等各項(xiàng)要求后，制訂了混凝土一泵到頂?shù)氖┕し桨?，混凝土最大泵送高度超過600 m。為確保施工安全，同時(shí)考慮了“兩用一備”的原則，最終決定設(shè)置3路固定泵。

本工程建筑外立面扭轉(zhuǎn)上升，若安裝外附式施工電梯，不僅安裝困難大、成本高，而且會(huì)導(dǎo)致外幕墻單元無法封閉，直接影響室內(nèi)精裝修工程，甚至影響建筑的整體密閉防水性能。經(jīng)過綜合研究，本工程主樓核心筒內(nèi)電梯井道數(shù)量較多，電梯井道洞口尺寸也較大，利用核心筒內(nèi)的電梯井道布置人貨兩用電梯是施工電梯布置的最佳方案。通過詳細(xì)分析本工程永久電梯布置的位置、運(yùn)行區(qū)間、安裝交付節(jié)點(diǎn)要求等因素，結(jié)合各施工階段垂直運(yùn)輸?shù)男枨?，確定了施工電梯分階段使用方案。最終決定依托核心筒結(jié)構(gòu)布置11臺(tái)人貨兩用電梯，施工后期隨著永久電梯機(jī)房施工完畢，逐步啟用9臺(tái)永久電梯負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)人員及材料設(shè)備運(yùn)輸，實(shí)現(xiàn)臨時(shí)和永久垂直運(yùn)輸體系的轉(zhuǎn)換。

本工程建筑體量大、高度高，需要運(yùn)輸?shù)氖┕と藛T與材料數(shù)量極其龐大。本工程布置的4臺(tái)1280D塔吊主要服務(wù)于結(jié)構(gòu)施工，同時(shí)考慮到塔吊自身加油、維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間以及為結(jié)構(gòu)施工作業(yè)面更換焊接作業(yè)所需的氧氣、乙炔等消耗的時(shí)間，基本無暇兼顧機(jī)電、二結(jié)構(gòu)、裝飾等系統(tǒng)數(shù)量龐大的材料運(yùn)輸任務(wù)?，F(xiàn)場(chǎng)布置的3路固定泵主要負(fù)責(zé)主體結(jié)構(gòu)混凝土澆筑作業(yè)，二結(jié)構(gòu)混凝土澆筑作業(yè)的特點(diǎn)是“點(diǎn)多，面廣，量少”，若使用固定泵，經(jīng)濟(jì)性極差。所以，現(xiàn)場(chǎng)二結(jié)構(gòu)、機(jī)電、裝飾等系統(tǒng)大部分的材料運(yùn)輸只能依賴于垂直電梯運(yùn)輸系統(tǒng)。垂直電梯方案設(shè)計(jì)的合理與否，將直接影響工程進(jìn)度。后期人貨電梯與永久電梯的轉(zhuǎn)換計(jì)劃合理與否，同樣是保證工程順利建造的關(guān)鍵。

本文通過收集垂直電梯運(yùn)輸任務(wù)最為繁重的階段內(nèi)各臺(tái)垂直電梯的使用情況數(shù)據(jù)，計(jì)算電梯運(yùn)力飽和度，分析其使用效率。希望分析結(jié)論能給類似超高層建筑工程施工階段垂直電梯運(yùn)輸方案的制訂提供數(shù)據(jù)上的支持。

1 現(xiàn)場(chǎng)垂直電梯運(yùn)輸體系

1.1 主體結(jié)構(gòu)施工階段

2010年9月開始，工程進(jìn)入塔樓主體結(jié)構(gòu)施工階段，施工主要集中在核心筒頂及外框結(jié)構(gòu)作業(yè)面。施工電梯主要用于核心筒結(jié)構(gòu)施工、外框主體結(jié)構(gòu)施工的人員設(shè)備及臨時(shí)圍擋搭設(shè)材料的運(yùn)輸。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，分別在核心筒5#、6#宮格分別布置4臺(tái)電梯（L1、L2、L6、L7）（圖1）。其中L7電梯尺寸為3.2 m×1.4 m，是載重能力為3 000 kg的大型人貨兩用梯。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)綜合施工階段

2012年6月塔樓機(jī)電安裝工程進(jìn)場(chǎng)施工，除了核心筒、外框主體結(jié)構(gòu)施工面之外，二、三區(qū)內(nèi)機(jī)電毛坯工作面也同時(shí)鋪開。針對(duì)機(jī)電安裝系統(tǒng)復(fù)雜、材料種類繁多、工作面廣的特點(diǎn)，在核心筒7#宮格內(nèi)安裝2臺(tái)人貨兩用梯（L4、L5），其中，L4電梯規(guī)格與L7電梯相同。

由于L1、L2電梯需要安裝的高度超出了廠方設(shè)計(jì)最大高度，故采取接力、基礎(chǔ)換托的方法降低施工電梯的安裝高度。隨著主體結(jié)構(gòu)施工至48層以上，L1、L2電梯在48層進(jìn)行空中基礎(chǔ)換托，換托后在48層以上運(yùn)行。此時(shí)開始48層以下核心筒5#宮格內(nèi)的結(jié)構(gòu)補(bǔ)缺施工。

1.3 精裝修進(jìn)場(chǎng)施工階段

2013年3月，隨著低區(qū)永久電梯安裝調(diào)試完畢，立即啟用位于核心筒2#、3#宮格內(nèi)的永久電梯Y1、Y2、Y3（圖2）。此時(shí)，機(jī)電毛坯施工作業(yè)面已進(jìn)行至3區(qū)以上、主體結(jié)構(gòu)施工至6區(qū)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況，在38層核心筒電梯井道內(nèi)安裝2臺(tái)人貨兩用梯（L8、L9）。低區(qū)永久電梯啟用后，二、三區(qū)設(shè)備材料及人員運(yùn)輸壓力逐步得到緩解，開始拆除L6、L7電梯50層以下樓層的電梯門，提前封閉電梯井道進(jìn)行二結(jié)構(gòu)施工。

圖1 人貨電梯平面布置

圖2 永久電梯平面布置

1.4 后期施工階段

隨著核心筒結(jié)構(gòu)封頂，開始拆除核心筒5#宮格內(nèi)的L1、L2電梯，并補(bǔ)缺49層以上核心筒5#宮格內(nèi)的主體結(jié)構(gòu)。為解決L1、L2拆除后7區(qū)以上人員運(yùn)輸問題，在81層核心筒8#宮格內(nèi)安裝2臺(tái)人貨兩用梯（L10、L11）。待L10、L11電梯正式投入使用后開始拆除L1、L2電梯。塔冠結(jié)構(gòu)施工前，在119層結(jié)構(gòu)樓板上安裝L12電梯，用以運(yùn)送塔冠施工作業(yè)面的施工人員。隨著高區(qū)永久電梯安裝調(diào)試完畢，適時(shí)啟用6臺(tái)永久電梯（Y4～Y9），其中Y9電梯規(guī)格與Y3電梯相同。隨著9臺(tái)永久電梯的全部啟用，逐步拆除核心筒內(nèi)人貨兩用梯，移交全部電梯井道（圖3）。

2 垂直電梯運(yùn)能分析

2.1 材料分類

圖3 垂直電梯拆除及啟用節(jié)點(diǎn)

1）I類材料：包括鋼管腳手架、各類龍骨、內(nèi)幕墻框架系統(tǒng)材料、水管、電線管、風(fēng)機(jī)機(jī)組部件、各類電柜、石膏板。此類材料單件尺寸較大，需要優(yōu)先安排大型貨梯運(yùn)輸。

2）Ⅱ類材料：包括外幕墻鋼構(gòu)件、架空地板、風(fēng)管及管配件、吊頂板。這類材料單件尺寸相對(duì)較小，對(duì)運(yùn)輸電梯轎廂尺寸要求較低。但由于每組材料質(zhì)量較大，二次搬運(yùn)較為困難，應(yīng)該盡可能減少二次駁運(yùn)運(yùn)距。

3）Ⅲ類材料：包括混凝土、砂漿、防火材料、巖棉、砌塊等。這類材料雖然現(xiàn)場(chǎng)需求量大，但是對(duì)運(yùn)輸工具的適應(yīng)性強(qiáng)、易于搬運(yùn)，既可以裝箱集中運(yùn)輸也可以散件搬運(yùn)。

2.2 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來源

2013年4月始，施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)入主體結(jié)構(gòu)、綜合機(jī)電、二結(jié)構(gòu)、室內(nèi)精裝修交叉施工階段，現(xiàn)場(chǎng)各專業(yè)施工面同時(shí)展開，施工作業(yè)人員大量進(jìn)場(chǎng)。至2014年12月現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物量基本完成，工程進(jìn)入收尾階段。本文通過對(duì)2013年4月—2015年4月期間各臺(tái)電梯每天的使用情況進(jìn)行數(shù)據(jù)追蹤，統(tǒng)計(jì)并分析各臺(tái)電梯的實(shí)際使用負(fù)荷。

由于晝間有各路施工人員頻繁使用電梯，且有大量的業(yè)主、監(jiān)理及現(xiàn)場(chǎng)管理人員至各個(gè)工作面指導(dǎo)工作，現(xiàn)場(chǎng)電梯主要服務(wù)于人員運(yùn)輸。材料運(yùn)輸則安排在夜間進(jìn)行。

2.3 主要垂直電梯運(yùn)力統(tǒng)計(jì)

2.3.1 大型電梯

L4電梯至2014年3月31日停止使用，L7電梯至2014年7月8日停止使用，L4及L7作為大型人貨電梯主要服務(wù)于現(xiàn)場(chǎng)材料運(yùn)輸。Y3電梯自2013年4月1日正式啟用，Y9電梯自2014年5月6日正式啟用，Y3及Y9晝間除上下班高峰時(shí)段外主要服務(wù)于現(xiàn)場(chǎng)材料運(yùn)輸，夜間則服務(wù)于材料運(yùn)輸，保養(yǎng)周期均為兩周一次，保養(yǎng)主要安排在8：00～16：00。

超高層建筑施工過程中應(yīng)盡可能多地配置能到達(dá)卸貨層的大型貨運(yùn)電梯。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，大型貨梯是所有電梯中運(yùn)輸任務(wù)最為繁重的。為減少搬運(yùn)，大型貨梯還應(yīng)盡可能到達(dá)更高的樓層，讓貨物一次到位，減少貨物中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)所占用的時(shí)間，提高垂直運(yùn)輸效率。

同時(shí)，應(yīng)盡早啟用永久貨運(yùn)電梯。實(shí)踐表明，因永久電梯運(yùn)行速度快、人員和貨物運(yùn)輸效率為同尺寸人貨兩用電梯數(shù)倍，運(yùn)輸效率較人貨電梯大大提升，本工程就是在1部載重3 500 kg的永久貨梯投入使用后全面改善了人員上下班的擁擠狀況。

2.3.2 小型人貨電梯及永久電梯

L8電梯自2013年4月1日啟用至2014年5月6日停用，L9電梯自2013年5月13日啟用至2014年5月13日停用，L10電梯自2013年9月22日啟用至2014年6月5日停用，L11電梯自2013年9月22日啟用至2014年6月11日停用。L8、L9、L10、L11電梯皆為雙籠人貨兩用梯，晝間除個(gè)別電梯服務(wù)于現(xiàn)場(chǎng)材料運(yùn)輸外，主要服務(wù)于現(xiàn)場(chǎng)人員運(yùn)輸。夜間則配合L4、L5以及后期啟用的Y4、Y5、Y6電梯用于材料運(yùn)輸。

Y1、Y2電梯為低區(qū)消防服務(wù)電梯，自2013年3月中旬正式啟用，晝間主要服務(wù)于現(xiàn)場(chǎng)人員運(yùn)輸，夜間主要服務(wù)于材料運(yùn)輸，保養(yǎng)周期為兩周一次，保養(yǎng)時(shí)間主要安排在8：00～16：00。2013年4月至2013年12月，由于精裝修尚未進(jìn)場(chǎng)，Y1、Y2電梯主要服務(wù)于二結(jié)構(gòu)及機(jī)電毛坯施工作業(yè)面。2014年3月，隨著精裝修單位進(jìn)場(chǎng)，Y1、Y2電梯使用負(fù)荷進(jìn)入高峰期，至2015年9月，44層以下精裝修作業(yè)面實(shí)物量基本完成，Y1、Y2電梯使用率降低。

Y4、Y5、Y6電梯為一組3臺(tái)8 m/s的高速服務(wù)梯，自2013年12月4日正式啟用，晝間主要服務(wù)于現(xiàn)場(chǎng)人員運(yùn)輸，夜間則服務(wù)于材料運(yùn)輸，保養(yǎng)周期為兩周一次，由于Y4、Y5、Y6電梯井道為通井道，需要一起保養(yǎng)，保養(yǎng)主要安排在18：00～次日5：00。Y5、Y6電梯不僅可以配合L10、L11電梯接力完成82層以上施工作業(yè)面人員、材料的運(yùn)輸，也可以配合L8、L9完成38～82層之間作業(yè)面的人員、材料運(yùn)輸任務(wù)。

Y7、Y8電梯是大廈的消防及VIP服務(wù)電梯，服務(wù)于從地下3層到121層的每一層。2014年6月上旬安裝調(diào)試完成后啟用，晝間主要服務(wù)于現(xiàn)場(chǎng)人員運(yùn)輸，夜間則用于材料運(yùn)輸，保養(yǎng)周期為兩周一次，由于Y7、Y8電梯井道為通井道，需要一起保養(yǎng)，保養(yǎng)主要安排在18：30～次日5：00。Y7、Y8自啟用以來，除春節(jié)期間以外，一直處于高負(fù)荷使用狀態(tài)。

安裝在高區(qū)的垂直電梯因無法直接到達(dá)卸貨層，所以使用頻率相對(duì)偏低。針對(duì)此類情況，應(yīng)該鼓勵(lì)各專業(yè)單位將大宗散裝材料，如防火涂料、砌塊、石膏板等材料裝箱后先借用塔吊吊至高區(qū)樓層內(nèi)，然后再利用高區(qū)相對(duì)空閑的電梯將材料向下駁運(yùn)進(jìn)行逆向運(yùn)輸。既可充分利用塔吊吊裝間隙的碎片時(shí)間，又可挖掘高區(qū)閑置電梯的運(yùn)能。

在永久消防電梯啟用以后，各臺(tái)接駁電梯的使用效率直線下降，可以考慮提前將此類電梯歸還業(yè)主。同時(shí)，由于永久消防電梯是除大型貨梯外運(yùn)輸任務(wù)最為繁重的電梯，故電梯的日常保養(yǎng)及運(yùn)行中的保潔工作十分重要，要保持轎廂整潔，避免由于人為使用不當(dāng)導(dǎo)致的電梯故障。

2.4 垂直運(yùn)輸任務(wù)專項(xiàng)分析

本節(jié)主要對(duì)運(yùn)輸任務(wù)最為繁重的大型人貨兩用梯、永久貨運(yùn)電梯使用情況作專項(xiàng)分析，統(tǒng)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)主要的三類材料分別使用電梯的時(shí)間。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)反映出現(xiàn)場(chǎng)I類材料是大型貨梯主要的運(yùn)輸對(duì)象?，F(xiàn)場(chǎng)Ⅰ類材料的比例在二結(jié)構(gòu)、機(jī)電、裝飾工程進(jìn)場(chǎng)后大量提升。故建議在機(jī)電毛坯、二結(jié)構(gòu)工程進(jìn)場(chǎng)前，啟用作業(yè)面所在樓層的永久電梯以提高運(yùn)輸效率。

現(xiàn)場(chǎng)Ⅰ類材料運(yùn)輸占用L7與Y9的時(shí)間比例接近80%。由于Ⅰ類材料尺寸較大，無法利用小型電梯運(yùn)輸，材料運(yùn)輸只能依靠現(xiàn)場(chǎng)大型貨梯。所以在安排使用大型貨梯，尤其是為高區(qū)樓層服務(wù)的貨梯時(shí)，必須提前制訂Ⅰ類材料每周進(jìn)場(chǎng)計(jì)劃，結(jié)合材料進(jìn)場(chǎng)計(jì)劃分配垂直運(yùn)輸資源，方可確保材料能按計(jì)劃運(yùn)至專業(yè)施工作業(yè)面，否則一旦Ⅰ類材料無計(jì)劃集中到場(chǎng)就會(huì)發(fā)生材料滯運(yùn)的問題，現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度將會(huì)受到直接影響，甚至可能造成局部作業(yè)面停工。

3 結(jié)語(yǔ)

1）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，地面至樓中電梯周轉(zhuǎn)層這個(gè)階段常為垂直運(yùn)輸工作量最大區(qū)域。各個(gè)運(yùn)輸周轉(zhuǎn)層場(chǎng)地管理需要予以高度重視，避免在運(yùn)輸周轉(zhuǎn)層設(shè)置臨時(shí)倉(cāng)庫(kù)或類似占地行為，保證運(yùn)輸通道的暢通。

2）通過統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在同層永久電梯啟用之后，人貨電梯的使用頻率大大降低，施工現(xiàn)場(chǎng)在保證人員運(yùn)輸?shù)耐瑫r(shí)可考慮提前拆除人貨電梯廳門，封閉井道并移交井道于永久電梯安裝單位，有利于工程總進(jìn)度計(jì)劃的提前。

3）垂直運(yùn)輸方案設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先選擇啟用消防電梯及貨梯。消防電梯的優(yōu)勢(shì)在于作為服務(wù)梯停靠樓層數(shù)量多，材料運(yùn)輸無需接駁，減少材料周轉(zhuǎn)過程中的時(shí)間及勞動(dòng)力損耗。貨梯優(yōu)勢(shì)在于轎廂尺寸大，大多數(shù)材料無需做分段或者拆散件處理，提高了現(xiàn)場(chǎng)施工效率。