周 虹 潘 峰 劉 鑫 鄔荒耘 潘 曦 吳聯(lián)定 柯小剛

1. 上海建工集團股份有限公司 上海 200080；

2. 上海建工五建集團有限公司 上海 200063；

3. 上海建工裝備工程有限公司 上海 201114

近年來，隨著建筑業(yè)持續(xù)轉型升級，我國裝配式建筑發(fā)展迅速。據(jù)統(tǒng)計，2019年全國新開工的裝配式建筑約4.2億 m2，占新建建筑面積的比例約13.4%，其中上海、北京、深圳、杭州、南京等第一批裝配式建筑示范城市的新建建筑面積比例均超過20%，裝配式建筑已成為我國未來建筑業(yè)發(fā)展的主要方向。但在裝配式建筑建造過程中，大量沿用了傳統(tǒng)現(xiàn)澆結構的施工工藝，比如采用零散的腳手架進行圍護施工，依然存在搭設周期長、材料消耗多、人工投入多等弊端，未達到與工業(yè)化建造方式相匹配的程度。為解決這一系列問題，推動工業(yè)化建造技術的進步，筆者所在單位創(chuàng)新研發(fā)出裝配式建筑防護與作業(yè)一體化升降平臺[1-5]，并在上海市浦東新區(qū)惠南新市鎮(zhèn)25號單元（宣橋）05-02地塊項目成功示范應用。該升降平臺兼?zhèn)浒踩雷o、輔助操作和材料運輸?shù)裙δ?，安裝簡單便捷、運行平穩(wěn)可靠，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)腳手架與吊籃，實現(xiàn)裝配式建筑豎向預制構件安裝與墻面裝飾裝修一體化施工，為改變裝配式建筑傳統(tǒng)施工方式提供了新型工業(yè)化建造裝備技術支撐。

1 項目概況

1.1 工程簡介

浦東新區(qū)惠南新市鎮(zhèn)25號單元（宣橋）05-02地塊項目位于上海浦東中軸線，毗鄰上海野生動物園，北至項文路，西至南六公路，南至楓丹白露別墅，東至宣樂路。

項目總用地面積為134 715.1 m2，總建筑面積為314 162.0 m2。包含16棟14層住宅、9棟8層住宅、19棟3層別墅、13棟4層別墅等（圖1），建筑結構形式主要采用預制裝配式結構體系。

圖1 宣橋05-02地塊項目總體規(guī)劃

1.2 主要施工技術難點

針對本項目預制裝配式的特點，結合以往施工經(jīng)驗分析，本項目的主要技術難點包括：

1）本工程預制剪力墻之間的豎向連接采用先預留插筋，再進行高強度灌漿施工的方法。該方法對鋼筋定位要求較高，吊裝時內外側都需要配置比較可靠的輔助安裝作業(yè)平臺。

2）在整個外墻PC（預制混凝土構件）板吊裝過程中，由于涉及輔助安裝人員施工作業(yè)面，故在建筑主體以外的輔助作業(yè)位置需要采取適當?shù)陌踩胧Ｕ习惭b人員安全施工。

3）PC板施工時的誤差控制要求比較高，主要體現(xiàn)在墻板的平面偏差、標高偏差、垂直度偏差的控制和調節(jié)。

4）工程所有外墻均采用預制外墻PC板，施工方案中外墻為無腳手架體系，需要配置外防護設施。

在本工程預制外墻PC板的施工中，如使用常規(guī)的吊籃和單層升降平臺等設備設施，雖然能夠解決部分施工困難，但是無法在功能性、安全性、便捷性和施工質量等方面提供全面助力。因此，本工程配置了專用的防護與作業(yè)一體化升降平臺來滿足裝配式混凝土建筑主體結構立面施工的各項要求。

2 防護與作業(yè)一體化升降平臺功能特點及構成

2.1 功能特點

防護與作業(yè)一體化升降平臺主要技術目標為2個“一體化”，分別是作業(yè)與防護一體化、主體施工與裝飾裝修一體化。其主要功能特點包括：

1）結構施工階段可作為外圍防護，保障安全。

2）結構施工階段可作為構件吊裝輔助安裝平臺。

3）作為結構施工階段外圍護時，可以長時間高懸臂施工。

4）外墻施工階段可2層同時施工或者流水作業(yè)，節(jié)約工期。

5）采用模塊化設計理念，工具式可拆卸外挑平臺可自由組合，適應各種建筑外形。

6）采用輕型鋁合金封閉圍護系統(tǒng)，在保證防護安全性的同時，有效減輕自身質量。

7）配有重載低速防墜安全裝置和自動調平裝置，保障運行使用中的穩(wěn)定性和安全性。

2.2 升降平臺構成

防護與作業(yè)一體化升降平臺主要由驅動系統(tǒng)、導架系統(tǒng)、底座系統(tǒng)、操作平臺及防護圍擋等模塊組成（圖2、圖3）。每套升降平臺配置2組驅動系統(tǒng)、2組導軌架，2組底座系統(tǒng)以及1組操作平臺和1組防護圍擋。

圖2 防護與作業(yè)一體化升降平臺構成

圖3 防護與作業(yè)一體化升降平臺各模塊構造示意

每組驅動系統(tǒng)以3臺3 kW的電機及減速器作為平臺的動力來源，電機與減速器安裝于上、下2層平臺之間的機位架面板上，電機下方配置有重載安全防墜器。

導架系統(tǒng)采用Q345鋼材，依靠工裝進行焊接，具有良好的互換性。每個標準節(jié)高1 508 mm，截面主立管中心距為650 mm×650 mm。標準節(jié)之間用M30螺栓相連組成導軌架。導架底部固定于底座系統(tǒng)上，側向通過附墻桿與建筑物固定。

底座系統(tǒng)由焊接鋼框架底盤與5個支撐裝置組成，底盤上的5個支撐裝置用于分散導軌架傳過來的荷載。支撐裝置配置了可調式絲桿和球形軸承。底座系統(tǒng)兩側配備有移動滾輪，方便調節(jié)機位間相對位置和離墻距離。支撐裝置底部法蘭盤通過壓板固定在混凝土基礎上，保證平臺施工的穩(wěn)定性。

操作平臺采用模塊化設計，主操作平臺標準模塊為2.0 m×1.0 m×3.0 m，分上下2層操作面，均鋪設厚3 mm花紋板。外挑擴展平臺采用工具式拼裝方式，通過伸縮挑桿及挑板實現(xiàn)平臺的擴展，滿足形式多樣化的建筑施工圍護需求。

防護圍擋及欄桿均采用鋁合金框架，圍擋面板采用厚0.5 mm沖孔鋁板作為全封閉防護網(wǎng)，形成雙層作業(yè)平臺的圍護系統(tǒng)。

3 防護與作業(yè)一體化升降平臺施工應用

3.1 升降平臺安裝流程

在升降平臺安裝前需預留出足夠空間的安裝場地，設置警戒區(qū)域并杜絕閑雜人員進入。待混凝土基礎和預埋處達到強度后，方可進行安裝作業(yè)。常規(guī)安裝方法為：先就位安裝底座，再依次進行標準節(jié)、驅動裝置、操作平臺、圍護系統(tǒng)、安全裝置和電氣系統(tǒng)的安裝，最后安裝附墻并校正導軌垂直度，完成整個升降平臺的安裝過程。本工程由于現(xiàn)場場地和工期的限制，在安裝中進行了流程簡化，實際安裝流程（圖4）如下：

1）在工廠內將底座、3節(jié)標準節(jié)和驅動系統(tǒng)預先組裝成一個整體，整體運輸?shù)浆F(xiàn)場〔圖4（a）〕。

2）將2組底座進行整體吊裝，按照事先放線的位置就位。底座暫時先不固定〔圖4（b）〕。

3）將中間一個標準操作平臺與一側驅動架通過銷式傳感器連接〔圖4（c）〕。

4）依次連接其余中間平臺，并與另一側驅動架通過銷式傳感器連接，再安裝兩側懸挑操作平臺，并調整底座位置〔圖4（d）〕。

5）依次安裝鋁合金護欄和圍護擋板〔圖4（e）〕。

6）安裝安全裝置和電氣系統(tǒng)〔圖4（f）〕。

7）安裝附墻裝置，并調整導軌架垂直度和底座位置〔圖4（g）〕。

8）完成安裝工作，通過驗收，升降平臺投入使用〔圖4（h）〕。

圖4 升降平臺實際安裝流程

3.2 升降平臺在結構施工階段的應用

防護與作業(yè)一體化升降平臺處于結構施工階段時，隨樓層升高進行防護和爬升作業(yè)。

當升降平臺到達施工作業(yè)面后（圖5），利用操作平臺頂層平臺和外圍護進行外墻構件的吊裝施工與安全防護。

當下層平臺附著處混凝土達到強度要求后，通過電機驅動操作升降平臺向上爬升一個標準層高，進行下一階段的水平樓板和外墻PC板施工，并安裝附墻裝置。待下層平臺附著處混凝土達到強度要求后，隨樓層依次循環(huán)上升直至主體結構封頂。

3.3 升降平臺在外墻裝飾階段的應用

在結構施工到達頂部時，升降平臺可以無縫銜接施工進度，直接用以外墻裝飾施工（圖6），加快施工進度。按照清理基層、打膠、批膩子、涂裝的順序依次進行外墻流水施工作業(yè)。每2層附墻桿件的拆除則穿插在每次批膩子之前完成，保證每2層批膩子和涂裝時的連續(xù)性。完成頂部2層涂裝作業(yè)后平臺下降2個層高，進行下一循環(huán)的外墻施工作業(yè)。在每個外墻施工工序（打膠、批膩子、涂裝等）進行的過程中，上下2層平臺可同時進行作業(yè)，縮短施工工期。

圖5 結構施工階段升降平臺實景

圖6 外墻裝飾施工階段升降平臺實景

3.4 升降平臺拆除流程

每2層外墻涂裝工序完成之后，下降2個層高，進行頂部導軌架的拆除工作，并重新安裝限位裝置撞塊。當平臺隨樓層下降并依次拆除導軌架到達底部時，利用汽車吊平臺進行拆除，拆除順序為吊桿—圍護系統(tǒng)—操作平臺—驅動裝置—底座。

4 升降平臺工程應用關鍵技術方法

4.1 同步提升

本升降平臺每組驅動系統(tǒng)配置3臺3 kW的電機。為保證同一組驅動設備上的3臺電機同步運行，使用了區(qū)別于傳統(tǒng)三相異步電機的永磁同步電機作為動力來源。對比普通電機，永磁同步電機擁有較高的功率質量比，不僅輸出轉矩更大，體積更小，質量更輕，而且在噪聲控制和運行精度上也有著顯著的優(yōu)勢。

永磁同步電機的轉子上安裝有永磁體磁鐵，可以利用磁力拉動轉子旋轉，使轉子的轉速與定子繞組的電流頻率始終保持一致，通過控制電機的定子繞組輸入電流頻率，從而可以達到控制運行速度的目的。

如圖7所示，由多臺永磁同步電機并聯(lián)在公共變頻器上，形成永磁同步電機群調速系統(tǒng)，通過統(tǒng)一的頻率給定信號同時調節(jié)各電機的轉速，從而達到多電機同步提升的要求。

圖7 永磁同步電機群調速系統(tǒng)

4.2 自動調平

本升降平臺的2組驅動裝置通過平臺連接后共同升降，當2組驅動裝置出現(xiàn)升降速度不一致時，平臺就會產生傾斜，不僅不利于施工，而且存在安全隱患。因此，配置了自動調平系統(tǒng)，來保證平臺在運行過程中始終處于相對水平狀態(tài)。該自動調平系統(tǒng)主要由水平傾角傳感器、PLC（可編程邏輯控制器）、變頻器組成。

當平臺傾斜時，水平傾角傳感器將數(shù)據(jù)反饋給PLC，通過PLC將角度變化換算成所需修正的速度值，以此來實時調整2組電機群的運行速度，逐漸縮小平臺的傾斜角度，直至平臺傾斜角度達到要求范圍內。

正常運行中，該自動調平系統(tǒng)會始終將平臺傾斜角度控制在1°以內，超過1°即自動調平，超過1.5°則直接斷電，需手動進行調平工作。當出現(xiàn)調平異常，導致傾斜角度超過1.5°斷電停機時，需要單獨控制某一側的驅動電機，手動調節(jié)驅動裝置在導架上的位置，避免傾斜角度過大造成平臺損壞。

另外，2個驅動裝置頂部和底部都設有限位裝置，平臺每次上升或下降到底部并分別觸碰限位開關停止后，此時也會自動修正運行過程中小于1°的傾斜角度，消除運行中的累積誤差。

4.3 偏載檢查與控制

當使用過程中升降平臺堆載不平衡時，會使平臺發(fā)生傾斜，影響作業(yè)面的穩(wěn)定性，并且偏載容易造成其中一組驅動裝置始終處于高負荷狀態(tài)，造成不必要的安全隱患。除了人為控制堆載情況外，本工程還通過設置在驅動系統(tǒng)與作業(yè)平臺連接鉸點處的銷軸式超載傳感器，來防止作業(yè)平臺的超力矩操作，盡量保證乘人載物均勻分布，避免偏載運行。當一側的偏載重達到額定載重的105%時，安全連接器會在3 s的延遲后關閉電源，系統(tǒng)會停止工作。當系統(tǒng)因為偏載而停止工作時，如果載重減少到額定載重的100%并保持3 s以上，系統(tǒng)會再次正常工作。

4.4 導軌架安裝及精度控制

為保證升降平臺運行穩(wěn)定，在安裝和加節(jié)時需要對導軌的垂直度進行較為精確的控制。首先清潔標準節(jié)之間插管接頭和齒條端部，涂抹適量的黃油。通常情況下，用吊桿提升標準節(jié)，對準下面標準節(jié)立管和齒條上的銷孔，用螺栓緊固，以300 N·m的擰緊力緊固全部螺栓。本工程因有塔吊配合安裝，為了安裝快捷，以每4節(jié)標準節(jié)為一個單元在地面上進行組裝，在地面初步調整垂直度后用塔吊一次吊起4個標準節(jié)，一起安裝到應放的位置，再依次相連直至所需的高度。在對導軌架加節(jié)的過程中，應同時安裝附墻架，并用經(jīng)緯儀和線錘檢查導軌架2個方向上的垂直度，通過調整附墻桿的方式來進行導軌架垂直度的控制。

4.5 底架自適應調節(jié)

由于現(xiàn)場基礎無法做到相對水平，但又必須保證導軌架的垂直度，為此本工程采用了自適應的底架來匹配現(xiàn)場基礎。如圖8所示，自適應底架的調平支撐裝置上配有調節(jié)絲桿、球面軸承和底部法蘭盤，通過球面軸承的轉動，使得底部法蘭盤可以在任意角度下進行固定，并且與基礎較好的貼合，受力較好。

圖8 底架調平支撐裝置結構簡圖

4.6 基礎底部支撐

本工程基礎落在地下室頂板上，地下室頂板厚度為120 mm。為保證能夠承受升降平臺運行時的荷載要求，需要對基礎范圍內的地下室頂板進行加固，加固方式為鋼管扣件支撐架。如圖9所示，地下室頂板支架設由下至上的豎向連續(xù)式剪刀撐，支撐立桿縱橫向間距不大于600 mm，剪刀撐與地面夾角控制在45°～60°，剪刀撐鋼管為φ48 mm×3 mm。槽鋼剪刀撐間距不大于6 m。在升降平臺底座的5個支撐腳位置需另外設置方鋼進行支撐。

圖9 地庫頂板支撐示意

4.7 安全保障裝置

為保障升降平臺安全運行和使用，本升降平臺上配置了安全防墜器、上下限位開關、上下極限限位開關、安裝限位開關和門限位開關等常規(guī)安全裝置。同時，在導軌架最頂部一節(jié)標準節(jié)不配置齒條，當平臺超過極限限位到達此位置時，安裝限位脫離齒條并給出信號，升降平臺自動斷電停止運行，防止發(fā)生沖頂現(xiàn)象。

另外，由于在結構施工階段需要長時間懸停高空，為了避免僅靠驅動電機制動來使平臺長時間靜止，對電機造成損耗，本升降平臺還配置了齒條鎖定裝置，如圖10所示，依靠齒條之間的嚙合防止平臺墜落，代替電機承擔平臺自重。

圖10 齒條鎖定裝置

5 總體應用效果

在本次工程應用過程中，該平臺發(fā)揮了作業(yè)與防護一體化、主體施工與裝飾裝修一體化的作用，具體表現(xiàn)為：較好地適應了復雜造型的建筑外墻體形，顯示了較好的通用性；無論是在結構施工階段還是在墻面裝飾施工階段，都具有良好的防護性，保障了人員安全；2層平臺可同時施工或流水作業(yè)，也可長時間懸停作為建筑主體圍護，極大地提高了施工便捷性；升降平臺有著較大的承載力，極大地便利了物料運輸，在結構施工階段輔助外墻PC板吊裝時設備穩(wěn)定性好，作業(yè)人員在操作平臺上可以平穩(wěn)施工，使預制構件的安裝精度得以保障。

此外，設備在升降狀態(tài)下運行平穩(wěn)，噪聲小，并在高懸臂狀態(tài)下穩(wěn)定性較好，無明顯晃動，保障了高效高質量施工。

6 結語

總體而言，防護與作業(yè)一體化升降平臺在本工程中的順利應用，成功滿足了裝配式混凝土建筑高效建造要求，體現(xiàn)了工業(yè)化建造裝備的技術優(yōu)勢。此外，根據(jù)不同的應用場景需求，可對平臺各模塊進行專項設計調整，逐步拓展并適應于既有建筑改造、大型場館修繕和修造船等業(yè)務領域，使該平臺具有更加良好的推廣應用前景。