建筑工程机电安装整体提升技术应用研究

建筑工程机电安装整体提升技术应用研究

余翔 曾候辉 刘虎 龚勋 杨鑫

中国建筑第八工程局有限公司 上海

摘要：随着我国建筑业的持续高效发展，整体提升技术越来越多的应用于建筑工程领域，整体提升滑移、分段吊装、高空组拼等技术手段广泛用于建筑及钢结构等工程。本文结合工程实例，阐述了穿心式整体提升技术在建筑机电安装工程中的应用，供同类工程参考借鉴。

关键词：整体提升 穿心式千斤顶 数字建造

杭州奥体中心体育馆、游泳馆工程走廊机电管线密集，平均内场走廊宽度2.7米，可容纳管线布置的走廊高度6.2米,走廊内风管最大截长度2.0米、管道最大直径DN600。通过BIM管综，30%的走廊内机电管线多于4层。根据项目特点，项目团队开展技术可行性、安全、进度、成本综合比选，确定了部分区域采用基于BIM技术的穿心式千斤顶管线整体同步提升施工方案。

1. 整体提升方式

针对于机电管线密集的走廊，传统的散装法施工效率低，进度不能有效得到保障。故杭州奥体中心项目对于设备管道拟采用穿心式千斤顶对称顶升，千斤顶钢绞线穿过设备顶面的楼板，通过在板顶设置钢垫板，并在其上布置钢套筒，钢套筒上部设置穿心式千斤顶，通过控制千斤顶的顶升来提升设备管道。

在布置千斤顶之前，需要考虑千斤顶的布置，因安装支架满足设备的自重需要，因此考虑在安装支架上焊接提升钢梁，通过提升该钢梁将整个设备管道提升到指定标高。

尽管千斤顶是对称布置，但是千斤顶的反力却不相同，与管道布置和弧线长度等有关，这里千斤顶提升能力足够，采用PLC系统同步控制千斤顶的提升行程，使每个时刻各个点的提升位移量统一，当任何一处千斤顶行程使用完毕之后，对该处千斤顶回油收缸，继续下一个提升行程。为了便于施工，提高效率，设置所有千斤顶行程一致，便于统一操作。

图1-1 拟提升方式布置图

2. 整体提升方案

2.1、穿心式千斤顶对称顶升

在施工过程中将根据桥设备总重量来设计液压系统的布置，考虑每个千斤顶周围3个千斤顶的提升位移偏差造成的力分配不均，千斤顶的提升能力安全系数不小于4.0。该装置在千斤顶上部和套筒下部均设置有夹片锚固系统，在千斤顶提升时，上部夹片锚固，在千斤顶回油时，下部套筒处夹片锚固。提升千斤顶的平面布置同安装构架的位置，安装构架位置一般依据BIM深化管线综合图进行计算布置，需满足受力计算相关规范及技术标准。

以杭州奥体中心体育馆弧形走廊为例，杭州奥体体育馆某段单根管线约55m的弧形设备管道及桥架，管道平面图如图2-1所示。根据提升要求，该设备管道提升高度约3.7m，设备在地面处安装完成后，通过提升到达指定高度后，再进行安装固定。设备管道安装完成后的三维BIM示意图见图2-2示意。

图2-1 拟提升的设备管道平面图 图2-2 拟提升的设备管道立面示意图

2.2、吊点明确及荷载计算

1、根据拟提升综合管线图计算本节需提升设备总重量：

此重量不同于管道支架选型重量，因提升过程中不需要考虑介质重量，故提升设备总重量为：28.58吨。

表2-1 拟提升的设备管道重量计算

2、根据管道支架间距进行吊点确认：

按强度条件计算的管架跨距：

L_max——管架最大允许跨距（m）

q——管道长度计算荷载（N/m）,q=管材重+保温重+附件重

W——管道截面抗弯系数（cm³）

Φ——管道横向焊缝系数，取0.7

[δ]^t 钢管许用应力——钢管许用应力（N/mm²）

按刚度条件计算的管架最大跨距的计算公式：

L_max——管架最大允许跨距（m）

q——管道长度计算荷载（N/m）,q=管材重+保温重+附加重

E_t——刚性弹性模量（N/mm²）

I——管道截面惯性矩（cm⁴）

i₀——管道放水坡度，取0.002

根据表2-1加上介质计算得出管道长度荷载：53.24吨。

查相关资料得：

管道截面抗弯系数W=616 cm³

钢管许用应力[δ]^t =112

管道截面惯性矩I=10016 cm⁴

刚性弹性模量E_t=2.1×10⁵ N/mm²

根据以上公式分别计算得强度条件下的L_max1=5.14m

根据以上公式分别计算得刚度条件下的L_max2=12.40m

取最小值，故该管道的最大允许管道间距为5.14m，考虑系统稳定及现场条件选用支架间距4米，则总支架吊点26个。

如果每个吊点处均设置提升点，共需要26个吊点，如果沿弧线每隔一个吊点设置一个提升点，则需要17个吊点。吊点越多，安全性越好，提升系统的冗余度越高，可以确保在个别吊点提升不统一的情况下，不影响管道的受力安全，但是吊点过多，必然带来控制点增多，液压系统的工作效率降低，提升时间延长的问题。如果提升点减少到一半，可以提高工作效率，但是会降低提升系统的冗余度，比如，提升点间距设置为8米，计算管道受力计算等均没有问题，在某个吊点位移提升误差以及转换行程时锚具锚固误差等造成的提升量不一致，会使得管道的支撑距离变成16米，对管道的连接和强度就可能造成不利影响。因此，出于安全考虑，建议采用26个提升点的方案进行同步提升。

根据管道和支架总重，每个吊点的重量不会超过2吨，考虑4倍的安全系数，千斤顶的额定提升吨位不应小于8吨，这里采用的千斤顶额定提升能力为30吨，可以满足设计冗余度和安全要求。

由于施工的提升荷载较小，因此采用30t的穿心式千斤顶作为主要的提升设备。

表2-2 穿心式千斤顶选用

2.2、吊装施工流程

图2-3 设备整体提升流程图

2.3、数字建造应用

1、多点同步顶升控制系统：

采用PLC计算机控制多点同步顶升系统，该系统主要由液系统（油泵、油缸等）计算机控制系统等几个部分组成，其示意图如下所示。液压系统由计算机控制，可以自动完成同步位移，实现力和位移的控制、位移误差的控制、行程的控制、负载压力的控制；误操作自动保护、过程显示、故障报警、紧急停止功能；油缸液控单向阀及机械自锁装置可防止任何形式的系统及管路失压，从而保证负载有效支撑等多种功能。

2、位移监控系统

整个提升过程用位移传感器进行实时动态监控。监测设备所示。型号为 MPZ-S-P-500-ABZ，行程为500mm。NS-WY06型，行程为300mm的拉线式位移传感器及数据采集系统。

图2-4 PLC液压控制系统 图2-5 位移监测系统

2.4、整体提升注意事项

1、顶升时，左右侧的提升精度控制在1mm 以内。

2、安放千斤顶之前，将楼板开孔后铺设钢垫板作为上部的支点，如果板面有不平情况，可以用快速水泥进行找平，或者用 2~3mm 厚的橡胶片垫在钢垫板下方，以减小局部的应力集中。

3、顶升到位后，并及时锁紧各个千斤顶处的分油阀，以防止意外落梁情况的发生。

4、及时焊接支架节点与楼板的连接，并检查管道的位置有无明显变化，管道及连接有无破坏的情况。

3. 安全保证措施

1、基本原则

以安全生产作为标准化管理重点，严格执行《现场标准化管理规定》及相关措施，施工现场必须严格执行《建筑施工高处作业安全技术措施》、《建筑机械使用安全技术规范》、《施工现场临时用电安全技术规范》、《建筑施工普通脚手架安全技术规范》、《施工现场机械设备安全管理规定》、《施工现场电气安全管理规定》等有关各项规定，做到“安全第一，预防为主”。

2、严格执行吊装方案的编制审批流程，现场落实安全管理

（1）根据公司文件《施工现场安全生产责任制》规定建立健全安全生产管理责任制，并与之签订安全生产协议书。

（2）明确项目经理是安全生产第一责任人，安全员对安全生产有否决权，同时明确谁负责生产谁负责安全，在安排任务时，必须做好安全交底。

（3）施工现场设专职安全员，建立定期安全检查制度，要查有记录，对查出的隐患及时整改，对严重情况有权停止施工，并向项目经理汇报。

（4）所有参加施工的作业人员，须经安全技术操作培训合格。操作人员有权拒绝违反安全规定的指令，严禁酒后作业。

（5）各工种、工序施工前由方案编制人进行书面交底。

四、结束语

在二十一世纪我国建筑业飞速发展的今天，如何快速、高效的施工已成为建筑工程不变的话题。整体提升技术手段将会越来越多的应用于机电安装工程，虽然存在的问题以及不足之处还有许多，但推进建筑业整体的快速发展、提高人工利用率、提高经济效益一直是建工人不变的目标与追求。不断的区探索新技术手段、节约施工成本、提高施工效率，为我们敬爱的建筑岗位贡献除自己的力量。

参考文献

1. 《重型结构和设备整体提升技术规范》GB 51162-2016

2. 李久林.信息技术与先进建造技术融合助推建筑产业现代化.智慧建造理论与实践.2017