高來(lái)先 鐘應(yīng)杰 賴婕妤

廣東創(chuàng)成建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司 廣東 廣州 510000

1 幕墻安裝施工概述

第四次全國(guó)經(jīng)濟(jì)普查數(shù)據(jù)顯示，2013年到2018年期間，全國(guó)建筑業(yè)企業(yè)生產(chǎn)能力顯著提升，生產(chǎn)規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)，承接工作量穩(wěn)步提高，行業(yè)實(shí)力明顯提升，全國(guó)建筑業(yè)總產(chǎn)值邁上20萬(wàn)億元大關(guān)[1]。伴隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，建造技術(shù)與大眾審美也不斷提升，同時(shí)具備完善建筑功能與外部裝飾美化兩大作用的幕墻，在當(dāng)前諸多超高層建筑中被廣泛應(yīng)用

1.1 幕墻材質(zhì)的分類(lèi)及特征

幕墻材質(zhì)大致分為三類(lèi)[2]：第一類(lèi)是玻璃幕墻；第二類(lèi)是金屬板幕墻；第三類(lèi)是非金屬幕墻，這類(lèi)幕墻大多采用石材、水泥、陶瓷等作為材質(zhì)，其劣勢(shì)在于重量大，其優(yōu)點(diǎn)在于在防雷、防火、防風(fēng)、防雨、隔音、節(jié)能等方面都有著不錯(cuò)的表現(xiàn)，尤其是在裝飾效果上表現(xiàn)突出，優(yōu)于其他材質(zhì)的幕墻材料，因此石材幕墻仍是現(xiàn)今市場(chǎng)的主流幕墻材質(zhì)。石材幕墻由石板和支承結(jié)構(gòu)（鋁橫梁立柱、鋼結(jié)構(gòu)、玻璃肋等等）組成。其中干掛式石材幕墻安全可靠度較高，現(xiàn)階段幕墻多采用干掛式安裝。

1.2 石材幕墻安裝施工現(xiàn)狀

目前，建筑石材幕墻安裝施工還主要依靠工人徒手完成，而且大多數(shù)建筑幕墻的安裝都屬于高空作業(yè)，需要搭設(shè)腳手架或借助高空吊籃完成安裝，這不僅加大了施工難度與施工人員勞動(dòng)強(qiáng)度，并且容易發(fā)生傷亡事故[3]。利用傳統(tǒng)的作業(yè)方式在安裝質(zhì)量較大的石材幕墻面板時(shí)，需要多名工人合作搬運(yùn)板材到龍骨上，再合力完成幕墻的定位安裝，效率較低。幕墻安裝高度的提高以及更為大型復(fù)雜的幕墻系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)致施工安裝難度加大，對(duì)施工人員的技術(shù)水平要求更高，對(duì)施工安全風(fēng)險(xiǎn)的把控也提出了挑戰(zhàn)。

近年來(lái)，隨著施工機(jī)械化的迅猛發(fā)展，基于建筑工程的施工需求，施工機(jī)具在建筑裝飾業(yè)中被廣泛使用，不僅提高裝飾施工的整體質(zhì)量水平，對(duì)于提升我國(guó)工業(yè)化發(fā)展也頗有助益。施工機(jī)械化必將在促進(jìn)復(fù)雜的建筑施工自動(dòng)化過(guò)程中發(fā)揮重要作用。

1.3 傳統(tǒng)石材幕墻安裝施工難點(diǎn)

通過(guò)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)幕墻作業(yè)人員的調(diào)研及對(duì)幕墻工程施工經(jīng)驗(yàn)的分析總結(jié)，在排除前期作業(yè)影響及保證面板安裝的精確度的前提下，傳統(tǒng)的人工徒手安裝施工工藝存在如下技術(shù)難點(diǎn)：一是石材自重大，單人或雙人難以操作，不便于安裝與拆除；二是石材間縫隙小，不滿足人工手動(dòng)安裝與拆除時(shí)手部伸入操作，阻礙石材幕墻安裝、返修進(jìn)度；三是安裝過(guò)程中穩(wěn)定性、安全性不足；四是安裝的精確度、水平度垂直度平整度控制難度大。

2 石材幕墻面板裝拆工具的研制

為了解決傳統(tǒng)石材幕墻面板安裝作業(yè)所面臨問(wèn)題進(jìn)而實(shí)現(xiàn)石材面板裝拆的高效率安全操作，結(jié)合當(dāng)前研制思路，破解得出的研發(fā)難點(diǎn)，滿足工具的技術(shù)要點(diǎn)需求，提出利用計(jì)算機(jī)建模軟件先進(jìn)行工具模型的設(shè)想，后通過(guò)工具受力分析軟件進(jìn)行靜應(yīng)力、安全系數(shù)分析、選材，接著制作成品試用，出檢查結(jié)果（詳見(jiàn)圖1）。

圖1 研制流程圖

2.1 研制思路

傳統(tǒng)的玻璃幕墻安裝過(guò)程中使用的吸盤(pán)式手持安裝工具能夠有效提升幕墻安裝的便利性，節(jié)省人力，便于操作。由于大部分石材幕墻的面板材料為有紋理的、經(jīng)過(guò)處理的粗糙表面，僅利用吸盤(pán)式安裝工具顯然是不可行的。通過(guò)借鑒日常生活中常見(jiàn)的卡扣式手機(jī)支架設(shè)計(jì)原理，兩者加以結(jié)合研制出一種石材幕墻面板裝拆工具，可以很好地對(duì)石材面板進(jìn)行固定，提高施工人員安裝的穩(wěn)定性、安全性。

2.2 研制技術(shù)要點(diǎn)

在符合規(guī)范要求的條件下，為滿足“保證石材面板安裝質(zhì)量，提升石材幕墻面板裝拆效率”的需求，同時(shí)考慮設(shè)備實(shí)用性、市場(chǎng)推廣等因素，裝拆工具需滿足以下要點(diǎn)：第一是方便攜帶，操作簡(jiǎn)易，以垂直運(yùn)輸裝置結(jié)合使用為主，手持使用為輔，能夠滿足個(gè)人獨(dú)立操作；第二是工具所用材料剛性強(qiáng)，承受50kg重量的石材時(shí)安全系數(shù)達(dá)1.5以上；第三是滿足不同尺寸的石材面板；第四是能夠有效固定石材面板；第五是抓臂卡扣能有效伸入石材間縫隙進(jìn)行石材面板拆裝作業(yè)。

2.3 研制方案分析對(duì)比

通過(guò)借鑒思路中玻璃幕墻吸盤(pán)式手持安裝工具和卡扣式手機(jī)支架的技術(shù)特點(diǎn)，利用有限元分析軟件進(jìn)行工具模型設(shè)想，相對(duì)于分體式設(shè)計(jì)，整體式工具為一個(gè)單體，對(duì)于卡扣石材面板具有很好的穩(wěn)固作用，而且可以安裝水平儀等附件，可行性更高。整體式工具主要由主體連接板、抓臂、把手組成。

由于石材幕墻面板自身質(zhì)量較大，為了滿足現(xiàn)場(chǎng)大部分施工人員的安裝需求，通過(guò)對(duì)作業(yè)人員舉重量的調(diào)查分析，工具質(zhì)量宜≤5kg。

石材幕墻面板裝拆工具抓臂分為橫臂和豎臂，而抓臂又可以使用旋轉(zhuǎn)式或固定式。由于此兩部分受力情況不一樣，豎臂幾乎受到來(lái)自石材的全部重量，而橫臂在安裝過(guò)程中受到石材的重量相對(duì)極小，經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)固定裝置部分采用“橫臂+旋轉(zhuǎn)式擋條、豎臂+固定式”擋條的方案更優(yōu)（詳見(jiàn)表1）。

表1 石材幕墻面板裝拆工具固定裝置分析對(duì)比

工具的伸縮方式存在嵌入式與穿入式兩種。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)抓臂伸縮方式部分采用“橫臂+嵌入式、豎臂+穿入式”的方案更優(yōu)（詳見(jiàn)表2）。

表2 石材幕墻面板裝拆工具伸縮方式分析對(duì)比

通過(guò)用作工具設(shè)備的常用材料金屬、塑料、橡膠、石材、木材、陶瓷各種材料的對(duì)比分析，金屬大部分為塑性材料，耐久性好，不易老化，彈性模量較大，滿足石材幕墻面板裝拆工具的材質(zhì)要求。利用有限元分析軟件對(duì)不同材質(zhì)的工具模型（包括固定裝置和伸縮方式）進(jìn)行受力分析計(jì)算。為了滿足承受50kg重量的石材時(shí)，最小安全系數(shù)達(dá)1.5以上的材質(zhì)要求，最終選取4032鋁合金作為工具制作的原材料。

在確定了4032鋁合金作為選材后，根據(jù)選材與正常人托舉重量，對(duì)4032鋁合金整體式石材幕墻面板裝拆工具進(jìn)行模型測(cè)算。通過(guò)分析最終得到工具可伸縮范圍：長(zhǎng)0.25～1.00m，寬0.30～0.90m。

2.4 工具使用方法

依據(jù)3.3節(jié)方案比選后最終確定工具研制方案，制作出石材幕墻面板裝拆工具模型及樣機(jī)。該工具可結(jié)合垂直運(yùn)輸裝置如電葫蘆進(jìn)行使用，通過(guò)工具主體連接板上的固定環(huán)與垂直運(yùn)輸裝置進(jìn)行連接，利用工具可伸縮抓臂來(lái)對(duì)石材面板進(jìn)行卡扣固定，然后借助垂直運(yùn)輸機(jī)對(duì)石材面板進(jìn)行提升安裝到幕墻龍骨上，最后通過(guò)工具把手及水平儀對(duì)石材面板進(jìn)行調(diào)整、緊固。若在無(wú)垂直運(yùn)輸機(jī)或者無(wú)法使用垂直運(yùn)輸機(jī)的極端條件下，施工人員也可以通過(guò)工具把手進(jìn)行手持操作，有效解決搬動(dòng)石材面板時(shí)無(wú)處借力的情況。

3 應(yīng)用及展望

整體式手持石材幕墻面板裝拆工具研制后即投入到公司所參與建設(shè)的幕墻工程中進(jìn)行使用，使用發(fā)現(xiàn)操作性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、安裝精確度提高。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)反饋，工具適用范圍內(nèi)的石材面板，基本可以實(shí)現(xiàn)個(gè)人獨(dú)立操作。同時(shí)，在整體式手持石材幕墻面板裝拆工具投入使用過(guò)程中，返工率較同項(xiàng)目其他施工方案降低了41%，且提高了整改效率，未出現(xiàn)質(zhì)量安全事故，整體施工過(guò)程安全可控。

2021年，石材幕墻面板裝拆工具共制作樣機(jī)10臺(tái)，在公司參與建設(shè)的幕墻工程中進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，效果良好。石材幕墻面板裝拆工具的研制應(yīng)用，有效滿足現(xiàn)階段工程高質(zhì)量高效率的要求，且安全系數(shù)提高，加快了總體工程進(jìn)展和提升客戶滿意度，具有廣闊的推廣前景。