創(chuàng)新方法在超高層建筑“鋁模+爬架”組合體系中的應用研究

余子倫　儲智強　劉恒志

摘 要：隨著城市化和經(jīng)濟發(fā)展，超高層建筑的建設也越來越普遍，超高層建筑的施工對于施工技術和施工管理提出了更高要求。為了探究超高層建筑模式下的新型施工工法，基于“鋁模＋爬架”施工技術，依托武漢國博新城項目工程實例，詳細闡述了高層建筑中爬架和鋁模板施工工藝，介紹了超高層建筑中“鋁模＋爬架”配合施工的應用優(yōu)勢。通過在超高層建筑“鋁模+爬架”組合體系施工中應用TRIZ理論，解決了施工生產(chǎn)中的實際問題，為創(chuàng)新方法在其他工程施工中的應用提供了示范，也為超高層建筑施工關鍵技術積累了寶貴的實踐經(jīng)驗。

關鍵詞：超高層建筑；鋁模；爬架；TRIZ；創(chuàng)新方法

中圖分類號：TU974 文獻標識碼：A Doi：10.3969/j.issn.1672-2272.202306087

Research on the Application of Innovative Methods in the Combination System of “Aluminum Mold + Climbing Frame” for Super High-rise Buildings

Yu Zilun，Chu Zhiqiang，Liu Hengzhi

（The 7th Engineering Co.， Ltd， China Railway Major Bridge Engineering Group， Wuhan 430056， China）

Abstract：With urbanization and economic development， the construction of super high-rise buildings is becoming more and more common， and the construction of super high-rise buildings has put forward higher requirements for construction technology and construction management. In order to explore the new construction method under the mode of super high-rise building， based on the construction technology of “aluminum mold + climbing frame”， we elaborate the construction process of climbing frame and aluminum formwork in high-rise building based on the project example of Wuhan Guobo New City， and introduce the advantages of “aluminum mold + climbing frame” in super high-rise building. The application advantages of “aluminum formwork + climbing frame” in super high-rise building are introduced. Through the application of TRIZ theory in the construction of “aluminum mold + climbing frame” combined system of super high-rise building， the practical problems in construction production were solved， which provided a demonstration for the application of innovative methods in other engineering construction and accumulated valuable practical experience for the key technology of super high-rise building construction.

Key Words：Super High-rise Building; Aluminum Mold; Climbing Frame; TRIZ; Innovation Method

0 引言

在我國建筑領域，隨著技術不斷進步，越來越多的建設項目采用附著式升降腳手架和鋁合金模板等先進施工技術。鋁合金模板本身具有重量輕、結構強度高、易于操作和不易變形等優(yōu)點，同時可以通過不斷優(yōu)化設計進行結構調(diào)整，成為建筑行業(yè)技術人員青睞的選擇之一。附著式升降腳手架安裝在建筑結構上，通過升降裝置逐層升降。相較于傳統(tǒng)的懸挑鋼管腳手架，附著式升降腳手架更加安全可靠，外觀更簡潔整齊。

TRIZ理論是前蘇聯(lián)海軍專利調(diào)查員根里奇·阿奇舒勒及其同事于1946年提出的經(jīng)典技術創(chuàng)新理論。在其領導下的研究機構對篩選出的數(shù)十萬份專利進行分析，從各個發(fā)明問題的最有效解決方案中抽象出了TRIZ解決發(fā)明問題的基本方法，其中常用的有矛盾矩陣和40項創(chuàng)新發(fā)明原理[1]。盡管TRIZ理論在解決創(chuàng)新性問題方面表現(xiàn)出色，并且被廣泛應用于其他領域，但在我國建筑行業(yè)中的應用仍相對較少。應用TRIZ理論來提高建筑行業(yè)的技術創(chuàng)新水平，潛力巨大。

1 工程概況

武漢國博新城項目位于武漢漢陽區(qū)新五里地區(qū)，工程總建筑面積12萬m2；5#樓（-1/45）建筑高度138m、6#樓（-1/55）建筑高度168m、7#樓（-1/32）建筑高度98m，標準層高度3m，為保證工程施工質(zhì)量、工期、經(jīng)濟效益，項目采用“鋁模+爬架”新工藝施工。

通過運用TRIZ理論的分割原理，將原有模板進行分割，使得新型鋁模容易安拆；通過運用TRIZ理論的動態(tài)特性原理，對爬架進行改進，使得爬架可進行升降；通過運用TRIZ理論的組合原理，將兩項工藝組合，形成“鋁模+爬架”新工藝。

2 鋁模爬架組合體系施工工藝

2.1 鋁模安裝

模板安裝時需要嚴格按照施工組織設計進行，第一步需要安裝的是墻柱模板，只有墻柱模板安裝完畢，整體足夠穩(wěn)定后方可進行梁板以及頂板模板的安裝，待頂板安裝完畢后及時進行周圍模板的加固操作[2]。通過運用TRIZ理論的預先作用原理，鋁模安裝前由施工員及棟號長實施定位放線，放出墻柱邊線及300mm控制線，鋁模班組拼裝前要進行復核。根據(jù)墻柱邊線焊接定位鋼筋，模板安裝前，通過運用TRIZ理論的預先防范原理，清理模板表面水泥漿并均勻涂刷水性或乳液型脫模劑，嚴禁采用油性脫模劑。先進行墻柱模板的安裝作業(yè)，從端部開始依次安裝。封閉模板之前，通過運用TRIZ理論的預先作用原理，在墻模連接件上預先套PVC錐形套管。背楞陰角處嚴禁斷開，陽角處采用45°對拉螺桿，平面連接處采用槽鋼連接成整體。斜撐桿端與地面采用膨脹螺絲或預埋鋼筋固定。頂板模板和梁板模板安裝時先安裝底模，然后再安裝側(cè)模，最后安裝陰角模板，鋁模的支撐立桿必須垂直。根據(jù)樓面配模圖依次安裝早拆龍骨、支撐、樓面模板，安裝完成后涂刷脫模劑。安裝K板，通過運用TRIZ理論的未達到或過度的作用原理，外墻外側(cè)模板應高出結構標高50mm，并準確安裝K板螺栓。

2.2 鋁模拆除

澆筑的混凝土結構強度達到要求后，需完成向監(jiān)理報備手續(xù)后，才能開始拆除模板。拆除墻柱模板應按斜支撐、螺桿背楞、墻模板先后次序拆除，采用Y型扳手，嚴禁暴力拆除；梁模拆除先拆底模再拆側(cè)模，立桿保留；樓面模板拆除應按早拆頭、龍骨、樓模板、陰角模先后次序拆除；通過運用TRIZ理論的有效作用的連續(xù)性原理，K板在上一層混凝土澆筑后才可拆除。

2.3 爬架安裝

安裝爬架前，準備好報裝資料。檢查底部基礎架體情況，驗收通過后才能開始組裝爬架。鋪設龍骨板→安裝豎龍骨、輔助豎龍骨→加輔助支撐桿及斜拉桿→水平鋼性拉結→安裝第二、三道走道板→安裝安全防護鋼網(wǎng)片→安裝導軌，第一道附墻支座件并卸荷→安裝中節(jié)龍骨→連續(xù)組拼架體直到安裝完架體為止→安裝供電線路。

2.4 爬架提升

架體組裝完成后，需要由專業(yè)分包組織總包單位、監(jiān)理單位及相關人員進行正式驗收。只有驗收合格，并獲得相關部門的批準后，才可以進入正常使用階段。在準備工作完成確認后，可以開始爬架提升，通過運用TRIZ理論的分割原理，提升時需要分組分片進行，部分提升后需要進行位置調(diào)整并安裝相關的支撐斜撐桿。在提升時需要注意，當?shù)竭_底部時停止提升，并將該附墻支座支座卸下移往頂部安裝好，然后才能繼續(xù)提升[3]。在爬架提升的過程中，通過運用TRIZ理論的預先作用原理，需要將所有斜撐桿的定位和防墜措施全部松掉，直到提升到位后再次安裝好定位和承重斜撐桿。在部分斜撐桿位置過高時，需要先將斜撐桿固定好，然后再進行卸荷工作。進行倒鏈時，電動葫蘆電機需要反轉(zhuǎn)，通過運用TRIZ理論的反饋原理，自動倒鏈系統(tǒng)將把傳力倒鏈環(huán)鏈恢復到提升前的狀態(tài)?？傊?，在架體提升的整個過程中，需要嚴格按照操作規(guī)程進行操作，安全穩(wěn)定地完成每個步驟，保證架體安全可靠地進行提升和施工。

3 鋁模爬架組合體系應用優(yōu)勢

3.1 安全方面

爬架相對于傳統(tǒng)的懸挑式鋼管外防護腳手架，極大提高了主體結構防護的安全性。傳統(tǒng)的腳手架通常使用懸挑式扣件鋼管腳手架，外加密目安全網(wǎng)和竹跳板。爬架的搭設方式則完全不同于傳統(tǒng)的懸挑腳手架，通過運用TRIZ理論的組合原理，爬架主要以定型鋼支架為骨架結構，采用螺栓連接鋼網(wǎng)片和定型鋼結構作業(yè)平臺，以達到封閉式防護的目的，主體結構與架體間的間隙采用翻板封閉，有效保證了施工人員的作業(yè)安全。通過運用TRIZ理論的預先作用原理，鋁模施工過程中通過預留的傳料口進行材料傳遞，減少了材料設備的吊裝，提高了施工作業(yè)的安全性。

3.2 質(zhì)量方面

木模的加工制作及安裝均需要人工完成，存在一定誤差。采用傳統(tǒng)的木模時，模板、方木浸水易變形翹曲，成型的現(xiàn)澆結構觀感差，尺寸誤差較大的部位需要后期修補打磨處理后方可進行裝飾裝修及門窗安裝作業(yè)[4]。

通過運用TRIZ理論的復合材料原理，鋁合金模板系統(tǒng)的組成部分包括鋁合金板、鋼背楞、支撐立桿及其他附件，這些部件組裝完成后可以形成一個整體框架。由于這個框架采用了鋁合金板、鋼背楞等材料，具有輕量化、高強度等特點，并且每個部件結構合理，安裝牢固，整體框架穩(wěn)定可靠，不會出現(xiàn)脹模。鋁合金模板的組件光滑清潔，按要求涂刷脫模劑，規(guī)范進行安拆，墻體平整度和垂直度就能達到施工要求。

3.3 進度方面

鋁合金模板組裝簡單，安裝不需要任何機械設備的協(xié)助，可完全由人工進行拼裝，操作熟練的安裝工人每天可安裝20～30m2。鋁合金模板系統(tǒng)是一種建造周期短、拆卸快速的模板系統(tǒng)，一般可以在3～4天內(nèi)完成一層結構的正常施工。這種模板系統(tǒng)的優(yōu)點在于拆卸方便、施工效率高，能夠極大地改善施工進度，同時也方便于交叉施工。作業(yè)速度相較傳統(tǒng)木模有較大提升。傳統(tǒng)的作業(yè)方式在鋼筋混凝土施工過程中，嚴重依賴技術過硬且有豐富經(jīng)驗的施工人員。一般來說，完成一層鋼筋混凝土的流水作業(yè)至少需要5天時間，施工周期長，效率低下。

3.4 經(jīng)濟效益方面

一套鋁合金模板配有3套支撐結構，使用鋁合金模板快拆支撐體系，就可以快速周轉(zhuǎn)，提高施工效率。相較于傳統(tǒng)采用木模板的施工方式，工期至少縮短20%，同時可以大大節(jié)省傳統(tǒng)模式耗材費用及機械設備租賃費用[5]。合理運用鋁模爬架一體化技術，在施工現(xiàn)場產(chǎn)生的建筑垃圾量顯著減少。同時，鋁合金模板和傳統(tǒng)木模板滿堂支撐腳手架相比，需要的支撐撐架體周轉(zhuǎn)料明顯減少，材料損耗也更少。

4 創(chuàng)新方法應用

鋁模安拆過程中，銷釘銷片并不是同時被卸下，因此掉落位置會相對不集中，散落各處，如果僅僅依靠人工去一個一個撿拾，不僅工作效率低下，而且還無法做到收集齊全，容易導致不必要的損耗。針對銷釘銷片收集的問題，運用TRIZ理論的多用性原理，將磁鐵和彈簧加以組合發(fā)明了一種鋁模銷釘銷片收集裝置如圖1所示，結構輕巧，方便攜帶，操作簡單，可以使人在站立的狀態(tài)下進行作業(yè)，節(jié)約人工成本，從而提高鋁模銷釘銷片收集的效率。

在爬架提升過程中，爬架的鋼絲繩在錯層位置很容易和主體結構發(fā)生摩擦，為解決鋼絲繩摩擦問題，運用TRIZ理論的曲面化原理，將原來直線移動的鋼絲繩通過定滑輪導向，將裝置安裝在錯層結構上為鋼絲繩導向如圖2所示。因此，在提升全鋼爬架時可以避免鋼絲繩直接與錯層凸出層結構摩擦，通過滑輪結構為鋼絲繩導向，減少鋼絲繩的摩擦損傷，可以降低安全風險。

5 結語

鋁合金模板和附著式升降腳手架組合體系在施工過程中充分發(fā)揮了鋁模和爬架的優(yōu)勢，不僅在安全質(zhì)量、進度和經(jīng)濟方面表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，同時也符合國家建筑工業(yè)化和標準化的發(fā)展趨勢。隨著施工方法的不斷升級，這種組合體系將逐漸得到更廣泛應用，可提高施工效率和施工質(zhì)量，為建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出更大貢獻。

本文對“鋁模＋爬架”施工工藝、應用優(yōu)勢等進行了詳細介紹，并把TRIZ理論在項目中的應用進行了研究分析，為更多的項目采用本施工技術提供了借鑒經(jīng)驗。但對TRIZ理論在其他建筑施工技術上的應用分析還有待開展。在后續(xù)研究中，可通過系統(tǒng)分析各類專利成果，深入研究TRIZ理論，進而有效把握建筑行業(yè)未來的發(fā)展趨勢，并推動技術創(chuàng)新在行業(yè)中的應用進程。

參考文獻：

[1]鄭稱德.TRIZ的產(chǎn)生及其理論體系——TRIZ：創(chuàng)造性問題解決理論（I）[J]．科技進步與對策，2002，19（1）：112-114．

［2］王小軍.超高層施工階段豎向變形的研究現(xiàn)狀[J]．建筑施工，2021，43（8）：1671-1676．

［3］王天亮.淺談“鋁模-爬架”在高層建筑中的配套應用[J]．居舍，2022（7）：35-37．

［4］霍建科.鋁模爬架一體化技術在高層建筑施工中的應用[J]．工程機械與維修，2023（3）：198-200．

［5］劉首安，楊學康，王佳楠.鋁模與爬架體系在高層住宅工程中的施工技術[J].建筑技術開發(fā)，2022，49（13）：63-65．

（責任編輯：張雙鈺）

基金項目：湖北省創(chuàng)新方法推廣應用基地服務能力建設項目（2020IM020800）

作者簡介：儲智強（1997-），男，中鐵大橋局第七工程有限公司助理工程師，研究方向：建筑建造技術。