探秘超高層建造神器頂升平臺(tái)系統(tǒng)

文 / 朱軍偉 歐陽明勇

7月12日，外交部湖北全球推介會(huì)在外交部藍(lán)廳舉行，中建三局研發(fā)的全球首款“空中造樓機(jī)”—自帶塔機(jī)微凸支點(diǎn)智能頂升模架系統(tǒng)驚艷亮相。

今年以來，中建三局“空中造樓機(jī)”先后登上央視《大國重器》《深度財(cái)經(jīng)》和新華社《長江之夢》，凸顯工程局在超高層建造技術(shù)領(lǐng)域的絕對領(lǐng)先優(yōu)勢。

第一代頂模：低位頂模

從上世紀(jì)80年代起，我國超高層建筑施工技術(shù)經(jīng)歷了多次升級，從傳統(tǒng)的搭設(shè)腳手架到滑模，再到爬模、提模，施工機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化、高效化程度不斷提高。進(jìn)入新世紀(jì)，超高層建筑越來越高、結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，不僅要承受較大的垂直荷載，還要承受較大的水平荷載，傳統(tǒng)模架難以滿足要求。如何在保證質(zhì)量與安全的情況下提高施工速度，成為業(yè)界亟待破解的難題。

2005年，中建三局參與總承包高432米的廣州西塔。該工程平面呈類三角形，外周邊由6段曲率不同的圓弧構(gòu)成，總工期僅1007天。若采用傳統(tǒng)施工技術(shù)，要如期完成施工任務(wù)，談何容易！

面對嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)提出一個(gè)大膽設(shè)想：將施工豎向結(jié)構(gòu)的模板和掛架懸掛在鋼平臺(tái)以下，采用大行程、高能力、支承在剪力墻預(yù)留洞處的液壓千斤頂頂升鋼平臺(tái)，帶動(dòng)模板與掛架整體同步上升一個(gè)高度，完成上一樓層的混凝土結(jié)構(gòu)施工，最終第一代頂?！臀豁斏撈脚_(tái)模架體系應(yīng)運(yùn)而生，與傳統(tǒng)施工技術(shù)相比，顯著提高超高層施工工效。施工中，廣州西塔核心筒施工速度最快達(dá)到兩天一個(gè)結(jié)構(gòu)層，總工期縮短280天，創(chuàng)造令人矚目的“世界速度”。

第一代低位頂模 （廣州西塔）

第二代模塊化低位頂模 （福州世茂）

第三代微凸支點(diǎn)頂模 （武漢中心）

第二代頂模：模塊化低位頂模

盡管第一代頂模具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但標(biāo)準(zhǔn)化程度低、難周轉(zhuǎn)、成本高，同時(shí)具有一定安全風(fēng)險(xiǎn)。

困難擋不住前行者的腳步。2009年，中建三局成立攻關(guān)小組，依托福州世茂國際中心項(xiàng)目，重點(diǎn)在周轉(zhuǎn)性、適應(yīng)性、安全性三個(gè)方面開展攻關(guān)，將整個(gè)模架“拆分”為由多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組件組成的裝配式結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)模架在不同項(xiàng)目間的周轉(zhuǎn)使用，大幅降低成本；針對不同工程，研究基于頂模施工環(huán)境下塔吊、電梯、混凝土泵送等垂直運(yùn)輸設(shè)備與模架銜接、協(xié)調(diào)與配合的最優(yōu)方案；為頂模應(yīng)對核心筒結(jié)構(gòu)變化提供良好的解決方案，提高其對核心筒變化的適應(yīng)性；提高頂模設(shè)計(jì)的安全性，為施工中的“誤操作”提供安全保險(xiǎn)；同時(shí)創(chuàng)新標(biāo)準(zhǔn)化組件，為頂模的不斷改進(jìn)奠定基礎(chǔ)，促進(jìn)頂模由創(chuàng)新設(shè)備向定型成熟的產(chǎn)品邁進(jìn)。最終，中建三局成功研發(fā)第二代頂?！K化低位頂升鋼平臺(tái)模架體系，并在福州世茂國際中心、福州宇洋中央金座、無錫國金中心、蘇州國金中心、鎮(zhèn)江蘇寧廣場、重慶國金中心、天津現(xiàn)代城、天津117大廈等工程建設(shè)中大顯身手，施工總建筑面積超350萬平方米。

第三代頂模：微凸支點(diǎn)頂模

伴隨著建筑高度與建造難度的不斷提升，模塊化低位頂升鋼平臺(tái)模架體系的不足日漸顯現(xiàn)：整體抗側(cè)剛度不足，承載力有限，置于核心筒內(nèi)的支撐立柱、箱梁與塔吊、電梯的站位協(xié)調(diào)復(fù)雜。

為彌補(bǔ)不足，中建三局一舉打破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，利用核心筒外側(cè)墻體表面2～3厘米素混凝土微凸構(gòu)造承力，單個(gè)支點(diǎn)承載力達(dá)400噸，除使承載力、整體性、抗側(cè)剛度、內(nèi)部垂直運(yùn)輸設(shè)備安裝空間得到顯著提升外，更重要的是在高效性、適應(yīng)性、安全性和智能化上實(shí)現(xiàn)飛躍。

2012年，在時(shí)為華中第一高樓、高438米的武漢中心項(xiàng)目，第三代頂?！⑼怪c(diǎn)智能控制頂升模架首次應(yīng)用，最大高度27.8米，豎向橫跨3個(gè)半結(jié)構(gòu)層，實(shí)現(xiàn)鋼筋綁扎層、混凝土澆筑層、混凝土養(yǎng)護(hù)層分層流水施工；長35米、寬35米的頂部平臺(tái)提供充足的施工空間和材料、機(jī)械設(shè)備堆場；并專門研發(fā)智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)，頂模體系的運(yùn)行安全得到有效保障。頂升液壓系統(tǒng)的推力也大幅提升至2400噸，可以將3萬名成年人同時(shí)頂起。第三代頂模先后運(yùn)用于武漢中心、深圳華潤總部大廈。

超高層建筑智能化施工裝備集成平臺(tái) （北京中國尊）

超高層建筑智能化施工裝備集成平臺(tái) （武漢綠地中心）

集成平臺(tái)：“空中造樓機(jī)”

創(chuàng)新無止境。在第三代頂模的基礎(chǔ)上，經(jīng)過近兩年的研究試驗(yàn)，中建三局研制出升級版“自帶塔機(jī)微凸支點(diǎn)智能頂升模架系統(tǒng)”—超高層建筑智能化施工裝備集成平臺(tái)，在全球首次將超高層建筑施工的大型塔機(jī)直接集成于平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)塔機(jī)、模架一體化安裝與爬升，并將核心筒立體施工同步作業(yè)面從3層半增至4層半。

通過塔機(jī)與模架一體化安裝與爬升，突出解決了塔吊爬升與模架頂升相互影響、爬升占用時(shí)間長、爬升措施投入大等制約超高層建筑施工的問題。以北京第一高樓“中國尊”項(xiàng)目的“空中造樓機(jī)”為例，自帶的2臺(tái)M900D塔吊相比常規(guī)塔吊安裝方式，可減少塔吊自爬升28次，節(jié)省塔吊爬升影響的工期約56天，減少塔吊預(yù)埋件400噸?！爸袊稹逼脚_(tái)采用封閉式全鋼結(jié)構(gòu)，平臺(tái)面積1600平方米，施工荷載2300噸，工人置身其中，如履平地，可同時(shí)進(jìn)行4層樓、幾個(gè)工種流水作業(yè)，可抵御10級大風(fēng)，完全不用擔(dān)心高空墜落的風(fēng)險(xiǎn)。目前，該平臺(tái)已應(yīng)用于北京“中國尊”、武漢綠地中心、沈陽寶能國際金融中心項(xiàng)目。

從第一代低位頂模到第二代模塊化低位頂模、第三代微凸支點(diǎn)頂模，再到升級版的“空中造樓機(jī)”，超高層建造神器成為中建三局在激烈市場競爭中致勝的“殺手锏”。截至目前，中建三局承建、參建20個(gè)省區(qū)市第一高樓、500米以上摩天大樓8座、300米以上高樓50余座。一座座拔地而起的摩天高樓，仿若天地畫卷中顆顆璀璨的明珠，交織成一曲曲扣人心弦的華彩樂章，匯成“拔高”中國城市天際線的雄渾交響。