既定工况下的超高层机电设备吊装技术

刘立广

中铁建设集团有限公司西北分公司 陕西 西安 710014

随着发展中国家城市化进程的不断加快，越来越多的人涌入大都市，超高层建筑的总体需求量很大，在繁华地段扎堆出现已经成为常态。基于技术功能考虑，在超高层建筑中设置设备层已经成为一种设计共识，300 m以上的超高层尤其如此。超高层主楼设备层位置普遍较高，设备层里往往布置有大量的机电设备且大部分具有质量大、体积大的特点，加之闹市区寸土寸金，现场场地非常狭小，安全隐患很大，这给吊装作业带来了很大挑战。如何借助既定有限的吊装机械将大型设备顺利运输到指定位置，同时节约机械租赁成本，是值得研究的课题[1-2]。

1 工程概况

马来西亚四季酒店项目位于吉隆坡市中央商务区（CBD），紧邻著名的马来西亚地标——双子塔。项目建筑总高度为342.5 m，地上77层，地下4层，是集商业、公寓和酒店于一体的超高层城市综合体（图1）。其中机电设备层分别设于59、41、27、11和地下1层，主要设有变压器、成套配电柜、发电机、冷水机组、泵组、成品水箱等机电设备，共计260台。其中质量最大的机电设备单体是位于塔楼41层供配电机房中的1 500 kVA变压器，单体净重6.4 t，吊装高度为182 m，将以此变压器作为最不利因素综合考虑确定吊装方案。

图1 项目效果图

2 难点分析

2.1 设备型号确定不及时

机电分包大部分为建设方指定分包，受制于马来西亚当地设计习惯和专业图纸深化效率，在项目开工时尚未最终完成大楼的电气负荷计算和电气系统完整设计，从而导致大型机电设备的型号未能及时确定，这些不确定因素对早期塔吊方案制定和租赁费用测算造成了较大干扰。

2.2 吊装荷载等级跨度大

机电设备吊装荷载重，质量等级跨度大，最重的变压器单体达6 t以上，但数量相对较少。在综合考虑了钢结构和幕墙专业的吊装荷载分布和其对塔吊的使用频率后，为避免长期“大牛拉小车”造成资源浪费，项目部结合当地政府对塔吊使用的相关规定和租赁市场行情，从经济性角度出发合理选定塔吊型号。

2.3 场地条件苛刻

项目是地处吉隆坡繁华市中心的超高层工程，距离最近的已有超高层建筑仅20 m，现场场地非常狭小，且各工种交叉施工造成现场可利用场地更少，这为大型设备的卸车位置选定带来很大麻烦，需要结合各专业的材料堆放布局合理规划，场地协调工作量大。

3 解决方案

3.1 塔吊选型

为兼顾实用性和经济性，拟利用现场安装于核心筒两侧的2台内爬式动臂塔吊J208PA完成吊装作业。根据项目塔吊型号和爬升方案，随着塔吊高度不断提高，双绳将更换为单绳，塔吊额定起重量降低，塔吊起重性能如表1所示。

表1 塔吊J208PA起重性能（单绳）

由表1可知，J208A型动臂式塔吊在单绳情况下的末端起吊最大质量为2.2 t，根部起吊最大质量为6 t，而变压器最大质量为6.4 t，在未考虑风载影响的情况下，塔吊额定起吊能力不能满足变压器的吊装要求。

3.2 荷载处理

拟采用“分拆法”替换“整体吊装法”，即将变压器的易组装外壳与主芯拆开分别吊装，在外壳和主芯分别吊至41层后拼装复原。通过分拆之后，变压器主芯、吊索、挂钩总质量为5.4 t。

3.3 塔吊起重能力校核

高空吊装考虑风载的影响系数为1.1，综合风载系数，计算吊装荷载为5.94 t，由此可知，在选定吊装位置上，塔吊起重能力满足吊装要求。

3.4 吊装位置选择

基于对塔吊起重能力的校核，参照表1，结合现场场地条件，最终将变压器卸车位置A选在建筑物东南侧距离2#塔吊中心30.0 m处（图2阴影填充位置），此位置场地相对开阔，便于电压器卸货，且处于塔吊37.1 m吊装半径内，可获得最大起重量6 t。在吊装施工准备前，提前清理、平整场地，保证设备运输车辆能直接到达指定范围。

图2 变压器卸车位置示意

3.5 吊索设置

设备自带的吊耳与几何中心一般呈对称布置，由于设备功能需要，设备的重心和几何中心一般不一致，而且设备的重心与吊点的几何中心也不一致。如果直接采用等长的吊索吊装，设备起吊后将处于不平衡状态，存在安全隐患。在设置吊索时要同时安装主副吊索以确保设备的吊装平衡。主副吊索的规格型号相同，在副吊索上串接倒链调整；倒链调整完成后，需在倒链处设置安全吊索。采用4条吊索平衡吊装。每条吊索长5 000 mm，吊装仰角为55°。

3.6 吊装方法选定

在吊装方法上，国内传统的“夺吊法”不符合当地政府部门JKKP（职业卫生与安全局）安全要求，只能选用“平台转运法”，即现场采用已有撑杆式卸料钢平台作为中转平台，完成变压器的吊装和转运。

3.7 撑杆式卸料钢平台的合理应用

撑杆式卸料平台（又叫可移动式卸料平台）在当地建筑行业中普遍使用，有别于国内的斜杆式钢平台，其将承载力分配到上下2层结构板中，无需预埋任何锚固件或者埋件，安全性高、可靠性好、适应性强，安拆方便快捷，能反复无损耗周转使用，经济效益极好，如图3～图5所示。

图3 钢结构平台平面

图4 钢结构平台前视

图5 吊装实景

现场配置有3套上述撑杆式卸料钢平台，每台载重10 t，得益于其安拆方便的特性，合理安排工序插入时间和现场布局可同时满足结构、幕墙、装修和机电施工时倒运材料的需求，无需为机电设备转运单独配置平台，可节省措施费用。在分析了现场既有的卸料平台性能后，经过对机电设备的外形尺寸和平台尺寸比对，确定通用型4 014 mm（宽）×4 500 mm（长）尺寸平台可满足变压器的转运需求。其主要承重构件为20#槽钢和16#槽钢，底板通长铺设厚5 mm钢板，侧板三面加装成品模块化钢制护栏。

3.8 吊装转运流程

本方案由于卸车位置选在建筑物东南侧，综合考虑塔吊的回转范围，以及结构、幕墙预留尺寸，将撑杆式卸料钢平台安装在41层7—8/E—F轴位置，悬挑5 m，内置4 m支撑框架，如图6所示。

图6 平台位置示意

用塔吊先将设备由自卸车位置A吊装至撑杆式卸料钢平台B上，然后通过二次运输到达指定位置。

3.9 设备二次运输技术

3.9.1 运输路线选择及处理

设备二次运输路线以钢平台位置为路由起始，机房为路由结束。提前规划二次搬运路线，根据设备尺寸预留二次结构门洞。在转运前对地面进行平整并铺设薄钢板，在保护楼板表面的同时减少载重小车和楼板地面的摩擦力。

3.9.2 牵引设备的选型

使用卷扬机和倒链相互配合将设备牵引至安装位置。为确保牵引过程重设备平稳，应选择额定速度小于10 m/min的慢速卷扬机，额定拉力应大于75 kN。

3.9.3 设备运输方法

在正式搬运前，提前策划选定线路上各方向的卷扬机和倒链固定位置，牵引着力点应在变压器中下部位置，确保卷扬机钢丝绳与地面夹角小于15°，以避免设备在运输过程中发生倾斜甚至倾倒，整个牵引过程应保持缓慢均匀的速度，保证设备平稳前进。

4 注意事项

4.1 吊装时机选择

吉隆坡气候属于热带海洋季风气候，常年平均风速7.5 km/h，200 m高空风速可达20 km/h。为确保吊装安装，吊装前根据设备移交计划表和现场实际进度，兼顾幕墙封闭计划，提前制定详细的吊装计划，同时提前观测查询天气状况，必须选择无风天气吊装。

4.2 正式吊装前试吊

变压器就位后开始起吊时，应先将设备吊离地面200～300 mm后停止起吊，并检查起重机的稳定性、制动装置的可靠性、设备的平衡性和绑扎的牢固性，待确认无误后，方可继续起吊。

4.3 吊装准备措施

在钢平台上提前放好载重小车（地牛车），由塔吊将设备缓慢提升到41层钢平台上方，缓慢落钩，直到设备底座完全落到载重小车上后，再将塔吊松钩，拆除吊索。

4.4 安全防护

吊装开始前对吊装机械的索具、夹具、卡环、卡具等关键部件进行细致检查或试验，各部位正常后才可进行正式吊装。同时做好防止高空坠落措施，吊装人员应戴安全帽，吊装工作区设有明显标志，并设专人警戒。

撑杆式卸料钢平台在安装完毕后，需经过当地政府安全部门JKKP验收合格后方可使用。

4.5 设备尺寸和型号的提前确认

本工程之所以遇到上述困境，主要是因为项目前期受到当地设计习惯和专业图纸深化效率的影响，未能及时确定大型机电设备的型号，而这些信息对塔吊选型非常重要。因此，在以后的工程项目中：首先，应在进场伊始就提前以正式书信向设计顾问和业主索要相关信息，制定详细的负荷确认和设备确认计划表，留好过程记录，作为索赔依据；其次，为了避免耽误整体进度，可采用相似工程类比法，预估可能的设备尺寸和质量，在留有余量的基础上综合考虑钢结构、幕墙、结构施工的吊装荷载分布情况，从而确定塔吊型号。

5 结语

本文依托的应用实例具有地域特性，在面对行业共性问题时，项目部慎重策划并对比分析后，通过采用“分拆法”将设备由大化小，以满足现场既定工况要求；同时克服场地不利因素，借助现场已有的撑杆式卸料钢平台，通过验算和校核，采用“平台转运法”将设备吊装就位，在解决了吊装问题的同时，节省了费用。