潘 曦

1. 上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080；2. 上海建筑工程工業(yè)化建造工程技術(shù)研究中心 上海 201114

防護(hù)與作業(yè)一體化升降平臺(tái)是一種具備外圍全封閉防護(hù)與提供作業(yè)空間雙重作用的新型施工裝備，采用由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)升降雙層操作平臺(tái)，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的圍護(hù)腳手架和吊籃，用于主體結(jié)構(gòu)和裝飾裝修一體化施工[1-6]。當(dāng)其應(yīng)用于建筑工程施工時(shí)，需通過導(dǎo)軌架附著在結(jié)構(gòu)外立面上，并對(duì)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)外圍進(jìn)行環(huán)繞布置，從而最大化發(fā)揮防護(hù)作用。但在高層以及超高層建筑施工時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)的外立面通常還布設(shè)有施工升降機(jī)和外附式塔吊[7-8]，因此，存在防護(hù)與作業(yè)一體化升降平臺(tái)與施工升降機(jī)、塔吊等結(jié)構(gòu)外附施工設(shè)備共同運(yùn)行的工況。多種施工機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境相互制約、相互影響，需要在前期方案制定階段進(jìn)行精細(xì)化規(guī)劃設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)多設(shè)備高效協(xié)同作業(yè)。

防護(hù)與作業(yè)一體化升降平臺(tái)與施工升降機(jī)協(xié)同作業(yè)的難點(diǎn)，在于傳統(tǒng)施工升降機(jī)由于齒條設(shè)置方位的原因無法同防護(hù)與作業(yè)一體化升降平臺(tái)的操作平臺(tái)共軌升降。在采用防護(hù)與作業(yè)一體化升降平臺(tái)進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)施工的建筑結(jié)構(gòu)工程中，如果獨(dú)立安裝施工升降機(jī)，則會(huì)產(chǎn)生材料浪費(fèi)、重復(fù)作業(yè)以及多種形式導(dǎo)架相互干擾的問題，無法發(fā)揮各類垂直運(yùn)輸設(shè)備的綜合協(xié)同優(yōu)勢(shì)。

防護(hù)與作業(yè)一體化升降平臺(tái)與塔吊協(xié)同作業(yè)的難點(diǎn)，在于塔吊附墻桿對(duì)操作平臺(tái)的升降運(yùn)行路徑形成阻礙。塔吊與墻面距離較大，防護(hù)與作業(yè)一體化升降平臺(tái)可設(shè)置于塔吊與墻面之間的位置，如采用傳統(tǒng)的施工方法，即在塔吊附墻桿范圍的整個(gè)垂直區(qū)域，不布置防護(hù)與作業(yè)一體化升降平臺(tái)，則會(huì)留下較大范圍的建筑外立面結(jié)構(gòu)施工缺口，使后期采用搭設(shè)懸挑腳手架施工時(shí)增加額外的人力成本，降低施工效率，并產(chǎn)生較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

1 防護(hù)與作業(yè)一體化升降平臺(tái)布置方案

以某裝配式建筑工程項(xiàng)目為例，布設(shè)的防護(hù)與作業(yè)一體化升降平臺(tái)施工方案如圖1所示。建筑物總高48.9 m，地下1層，地上14層，總建筑面積約6 000 m2，標(biāo)準(zhǔn)層高3 m。共設(shè)置了6組12個(gè)機(jī)位的防護(hù)與作業(yè)一體化升降平臺(tái)用于外立面施工，建筑物南側(cè)中部位置設(shè)置QTZ200自升式塔吊，為提升塔身工作狀態(tài)下的穩(wěn)定性，設(shè)置1道附墻桿與建筑結(jié)構(gòu)連接。在主體結(jié)構(gòu)施工階段，由于防護(hù)與作業(yè)一體化升降平臺(tái)跟隨結(jié)構(gòu)作業(yè)面向上爬升，故無法進(jìn)行垂直運(yùn)輸，為提高該階段的人員和物料垂直運(yùn)輸效率，還需要設(shè)置1部施工升降機(jī)。在該項(xiàng)目方案中，防護(hù)與作業(yè)一體化升降平臺(tái)與施工升降機(jī)、塔吊的協(xié)同配合是結(jié)構(gòu)外立面施工需要解決的重點(diǎn)問題。

圖1 防護(hù)與作業(yè)一體化升降平臺(tái)施工方案

2 升降平臺(tái)與施工升降機(jī)協(xié)同作業(yè)

2.1 新型施工升降機(jī)設(shè)計(jì)

施工升降機(jī)是建筑工程中常用的載人載貨施工機(jī)械，主要由轎廂、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、導(dǎo)軌架、附墻架、底盤、電氣系統(tǒng)等部分組成，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)轎廂沿導(dǎo)軌架進(jìn)行垂直升降，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)置于轎廂頂上方，轎廂頂部還設(shè)置有吊桿，用來安裝導(dǎo)軌架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，四周設(shè)置欄桿，以便于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)檢修保養(yǎng)。施工電梯一般采用雙籠體形式，即每個(gè)導(dǎo)軌架的兩側(cè)分別設(shè)置轎廂與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，共有2套可以各自獨(dú)立沿導(dǎo)軌架升降的轎廂，這種施工升降機(jī)也經(jīng)常與塔吊、爬升模架等機(jī)械設(shè)備配合施工。

采用齒輪齒條傳動(dòng)的施工電梯導(dǎo)軌架同防護(hù)與作業(yè)一體化升降平臺(tái)的導(dǎo)軌架結(jié)構(gòu)形式相似，均由型鋼框架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)首尾連接而成，其標(biāo)準(zhǔn)節(jié)高度根據(jù)齒條模數(shù)一般為1 508 mm，但兩者的布置方向和齒條設(shè)置有所區(qū)別。從平面上看（圖2），施工升降機(jī)導(dǎo)軌架的立柱連桿垂直于墻面，每個(gè)導(dǎo)軌架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)有2個(gè)齒條，而防護(hù)與作業(yè)一體化升降平臺(tái)的導(dǎo)軌架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的水平截面則旋轉(zhuǎn)90°，其立柱連桿平行于墻面，并且每個(gè)導(dǎo)軌架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上只在遠(yuǎn)離墻面的外側(cè)設(shè)置了1個(gè)齒條，因此防護(hù)與作業(yè)一體化升降平臺(tái)的導(dǎo)軌架無法安裝傳統(tǒng)的施工升降機(jī)。

圖2 升降平臺(tái)與施工升降機(jī)的導(dǎo)軌架橫截面對(duì)比

基于對(duì)傳統(tǒng)施工升降機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和轎廂結(jié)構(gòu)形式的改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一種機(jī)位內(nèi)置的凹形截面單廂施工升降機(jī)（圖3），可實(shí)現(xiàn)同防護(hù)與作業(yè)一體化升降平臺(tái)共軌升降，充分發(fā)揮綜合協(xié)同高效作業(yè)優(yōu)勢(shì)，增加導(dǎo)軌架的利用率，進(jìn)一步提高施工效率。

圖3 傳統(tǒng)施工升降機(jī)與凹形截面單廂施工升降機(jī)對(duì)比

該新型施工升降機(jī)主要由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、轎廂、水平加強(qiáng)連桿等組成（圖4）。

圖4 凹形截面單廂施工升降機(jī)構(gòu)成

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)框架、電動(dòng)機(jī)、防墜器、電機(jī)安裝板、防墜器安裝板、滾輪。驅(qū)動(dòng)框架為型鋼焊接制成的帶有多根橫桿的矩形框架結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)框架中部設(shè)置有電機(jī)安裝板，其上通過螺栓法蘭安裝2～3個(gè)電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)框架下部設(shè)置防墜器安裝板，通過螺栓法蘭安裝1個(gè)防墜器。驅(qū)動(dòng)框架設(shè)置在凹形轎廂的中部位置，驅(qū)動(dòng)框架四周與轎廂架體桿件以焊接或螺栓連接的方式固定連接，電動(dòng)機(jī)、防墜器均位于轎廂內(nèi)部，驅(qū)動(dòng)框架上安裝有若干滾輪，滾輪可緊扣導(dǎo)軌架立柱進(jìn)行上下滾動(dòng)，從而使驅(qū)動(dòng)框架沿導(dǎo)軌架垂直升降。電氣控制系統(tǒng)包含變頻裝置和PLC控制模塊，用于控制施工升降機(jī)的自動(dòng)運(yùn)行。轎廂是由型鋼桿件、鋼板及沖孔鋼板焊接或螺栓連接而成的箱形結(jié)構(gòu)體，用于提供人員及物料輸送空間，其水平截面為凹形結(jié)構(gòu)，單個(gè)轎廂包含2個(gè)后廂門和1個(gè)前廂門，后廂門靠近建筑結(jié)構(gòu)墻面，前廂門位于導(dǎo)軌架外側(cè)。為了加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)框架與轎廂的連接整體性，在驅(qū)動(dòng)框架兩側(cè)分別間隔設(shè)置了若干道水平加強(qiáng)連桿。水平加強(qiáng)連桿為型鋼管件，分別與驅(qū)動(dòng)框架架體和轎廂架體牢固焊接。

該新型施工升降機(jī)的主要優(yōu)勢(shì)在于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的安裝方向和方式均同防護(hù)與作業(yè)一體化升降平臺(tái)相同，因此，2種設(shè)備可以共用導(dǎo)軌架進(jìn)行自動(dòng)升降。此外，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)置于轎廂內(nèi)部，便于檢修保養(yǎng)，并降低施工升降機(jī)整體高度，減小了對(duì)上方操作平臺(tái)的影響。

2.2 施工升降機(jī)布置方案與防護(hù)措施

凹形截面單廂施工升降機(jī)可安裝在防護(hù)與作業(yè)一體化升降平臺(tái)的操作平臺(tái)下方導(dǎo)軌架上，與操作平臺(tái)進(jìn)行共軌升降協(xié)同施工，每個(gè)導(dǎo)軌架可安裝1個(gè)單廂施工升降機(jī)，可根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求設(shè)置單廂施工升降機(jī)的安裝數(shù)量與位置（圖5）。

圖5 凹形截面單廂施工升降機(jī)布設(shè)

為了避免施工升降機(jī)與上方的操作平臺(tái)發(fā)生碰撞，可設(shè)置必要的防碰撞裝置和采取相應(yīng)的安全防護(hù)措施。在單廂施工升降機(jī)上方、操作平臺(tái)的下方分別設(shè)置位移傳感裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)2個(gè)設(shè)備的間距，在距離較近時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警。施工升降機(jī)的驅(qū)動(dòng)框架頂部設(shè)置行程開關(guān)，同時(shí)，在距操作平臺(tái)底部一定范圍的導(dǎo)軌架上，設(shè)置可跟隨操作平臺(tái)升降的移動(dòng)式限位裝置，當(dāng)單廂施工升降機(jī)上升至該限位裝置處時(shí)會(huì)觸發(fā)行程開關(guān)而自動(dòng)停機(jī)，從而保證施工升降機(jī)與升降平臺(tái)之間的安全距離。

3 操作平臺(tái)避讓塔機(jī)附墻桿的施工方法

在主體結(jié)構(gòu)施工階段，防護(hù)與作業(yè)一體化升降平臺(tái)的操作平臺(tái)位于主體結(jié)構(gòu)頂部施工區(qū)域，塔吊附墻桿的安裝一直在操作平臺(tái)下方進(jìn)行，不存在相互碰撞問題。但在裝飾裝修階段，操作平臺(tái)需通過往復(fù)升降進(jìn)行墻體結(jié)構(gòu)施工，塔吊附墻桿的存在會(huì)對(duì)其運(yùn)行路徑造成阻礙。雖然在一些工程中采用特定的施工程序可以避免此種工況，比如在塔吊拆卸后再由操作平臺(tái)邊下降邊自拆收尾。但為徹底解決這一技術(shù)難題，提出了借助可開合操作平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)模塊避讓塔機(jī)附墻桿的施工方法。

3.1 可開合操作平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)模塊

防護(hù)與作業(yè)一體化升降平臺(tái)的操作平臺(tái)穿越塔吊附墻桿升降的總體思路：在方案設(shè)計(jì)階段，將防護(hù)與作業(yè)一體化升降平臺(tái)的2個(gè)導(dǎo)軌架分別布置在塔吊的兩側(cè)，在2個(gè)導(dǎo)軌架上分別安裝各自的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和操作平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，當(dāng)操作平臺(tái)下降或上升至接近塔吊附墻桿時(shí)，控制操作平臺(tái)的運(yùn)行速度，在升降過程中使操作平臺(tái)各層的橫桿、走道翻板、圍護(hù)網(wǎng)板依次伸縮或開合，逐步穿越塔吊附墻桿。

為此，塔機(jī)附墻桿位置處的操作平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)需要采用專項(xiàng)設(shè)計(jì)（圖6）。操作平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的頂層、中層和底層的水平鋼梁下方，分別固定3層套管，每層設(shè)置2個(gè)套管，伸縮桿穿入套管內(nèi)部，并可在套管內(nèi)部滑動(dòng)，每層的2個(gè)伸縮桿穿出套管的端頭通過連桿連接，連桿中部設(shè)置絲套，絲桿從絲套中穿過，并由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)通過固定桿與套管連接，當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿進(jìn)行正反轉(zhuǎn)時(shí)，可帶動(dòng)伸縮桿在套管內(nèi)進(jìn)行往復(fù)水平移動(dòng)。伸縮桿的另一端設(shè)置有銷軸連接頭，可通過銷軸與對(duì)向的伸縮桿端部連接形成鉸接約束，從而將塔吊兩側(cè)的操作平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接形成一個(gè)整體操作平臺(tái)。上伸縮桿、下伸縮桿的上方分別鋪設(shè)翻板，翻板靠近套筒的端部設(shè)置鉸鏈，翻板以鉸鏈為軸可向上旋轉(zhuǎn)翻起。在伸縮桿及翻板的外側(cè)安裝2個(gè)對(duì)開的圍護(hù)網(wǎng)板，圍護(hù)網(wǎng)板靠近操作平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的側(cè)邊通過若干鉸鏈固定在平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的立桿上，圍護(hù)網(wǎng)板可向外側(cè)翻轉(zhuǎn)與折疊。通過上述附加裝置和措施，在塔吊附墻桿處形成可開合的操作平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)模塊。

3.2 操作平臺(tái)避讓塔吊附墻桿的施工流程

當(dāng)操作平臺(tái)從塔吊附墻桿下方開始向上爬升時(shí)，其避讓塔吊附墻桿的流程如下：

1）驅(qū)動(dòng)操作平臺(tái)沿導(dǎo)軌架爬升，操作平臺(tái)的頂部運(yùn)行至塔吊的附墻桿下方一定距離時(shí)，暫停爬升，將塔吊附墻桿下方的圍護(hù)網(wǎng)板向外翻開，并固定在相鄰的操作平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上，將上層走道的上翻板翻轉(zhuǎn)到豎直位置，解除上伸縮桿端部的鉸接約束，再將上伸縮桿分別向兩側(cè)相鄰操作平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)內(nèi)收回，從而形成能夠容納塔吊附墻桿的空間，之后再緩慢爬升操作平臺(tái)。

2）當(dāng)塔吊附墻桿位于上伸縮桿與中伸縮桿之間的位置時(shí)，暫停爬升，將上伸縮桿伸出并重新將桿端部通過銷軸連接，將上翻板向下翻轉(zhuǎn)，使其重新擱置在上伸縮桿上，解除中伸縮桿端的鉸接約束，再將中伸縮桿分別向兩側(cè)相鄰操作平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)內(nèi)收回，將下翻板翻轉(zhuǎn)到豎直位置，再啟動(dòng)操作平臺(tái)進(jìn)行緩慢爬升。

圖6 操作平臺(tái)避讓塔機(jī)附墻桿升降方法示意

3）當(dāng)塔吊附墻桿位于中伸縮桿與下伸縮桿之間的位置時(shí)，暫停爬升，將中伸縮桿伸出，并重新將桿端部通過銷軸進(jìn)行連接，解除下伸縮桿端鉸接約束，再將下伸縮桿向相鄰操作平臺(tái)內(nèi)側(cè)收回，然后繼續(xù)緩慢爬升，使操作平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)通過塔吊附墻桿。

4）待塔吊附墻桿位于下伸縮桿下方后，將下伸縮桿伸出并恢復(fù)桿端部的鉸接約束，將下翻板向下翻轉(zhuǎn)，使其擱置在下伸縮桿上方，將兩側(cè)的圍護(hù)網(wǎng)板翻轉(zhuǎn)閉合，從而完成穿越塔機(jī)附墻桿的流程。

當(dāng)遇到多道塔吊附墻桿時(shí)，重復(fù)以上步驟，可將操作平臺(tái)穿越塔吊附墻桿爬升至既定位置。當(dāng)操作平臺(tái)下降的過程中遇到塔吊附墻桿時(shí)，逆向重復(fù)上述步驟即可。

3.3 升降過程安全防護(hù)措施

采用信息化監(jiān)控技術(shù)是保障操作平臺(tái)穿越塔吊附墻桿進(jìn)行安全升降的有效措施。可在塔吊附墻桿上安裝位移基站，同時(shí)在操作平臺(tái)與3道伸縮桿等高位置處分別設(shè)置定位標(biāo)簽，位移基站與定位標(biāo)簽采用無線方式進(jìn)行組網(wǎng)，自動(dòng)感知各道伸縮桿與塔吊附墻桿的垂直距離，從而判斷塔吊附墻桿與各道伸縮桿的相對(duì)位置。

在操作平臺(tái)上設(shè)置工控機(jī)和報(bào)警裝置，位移基站與工控機(jī)采用無線連接，可將定位標(biāo)簽與位移基站的垂直距離位置信息發(fā)送至工控機(jī)，工控機(jī)根據(jù)距離限制控制報(bào)警裝置發(fā)出相應(yīng)的聲光警報(bào)和停機(jī)信號(hào)，保障最小安全距離。

翻板、圍護(hù)網(wǎng)板閉合處可安裝行程開關(guān)，當(dāng)翻板、圍護(hù)網(wǎng)板未按照正確流程完全閉合，即行程開關(guān)未完全觸碰到位時(shí)，禁止操作平臺(tái)升降運(yùn)行，防止發(fā)生墜落事故。

4 結(jié)語

建筑結(jié)構(gòu)建造是多種機(jī)械設(shè)備協(xié)同作業(yè)的綜合工程。采用防護(hù)與作業(yè)一體化升降平臺(tái)施工時(shí)，常會(huì)遇到與其他施工設(shè)備相互影響、相互協(xié)調(diào)的情況，本文從技術(shù)研究的角度出發(fā)，提出了一種機(jī)位內(nèi)置的凹形截面單廂施工升降機(jī)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置于轎廂內(nèi)部，便于維修保養(yǎng)，轎廂水平截面為凹形結(jié)構(gòu)，可安裝在防護(hù)與作業(yè)一體化升降平臺(tái)的下方進(jìn)行共軌升降，用于垂直運(yùn)輸物料及人員，充分發(fā)揮高效協(xié)同作業(yè)優(yōu)勢(shì)，有效提升了導(dǎo)軌架的利用率和施工效率；提供了防護(hù)與作業(yè)一體化升降平臺(tái)避讓塔機(jī)附墻桿的施工方法，可使操作平臺(tái)穿越塔吊附墻桿進(jìn)行垂直升降，并且在穿越避讓過程中，通過自動(dòng)化伸縮與開合作業(yè)，操作平臺(tái)在垂直方向上始終保持2層伸縮桿的連接，保障了操作平臺(tái)整體運(yùn)行安全，實(shí)現(xiàn)防護(hù)與作業(yè)一體化升降平臺(tái)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)全圍護(hù)布置，避免了防護(hù)缺口，可有效解決傳統(tǒng)方法后期施工人力成本高、安全風(fēng)險(xiǎn)大等問題，有效提升建筑結(jié)構(gòu)外立面的施工工效。

當(dāng)然，實(shí)際建筑工程均有著系統(tǒng)上的復(fù)雜性，應(yīng)根據(jù)施工項(xiàng)目具體情況進(jìn)行分析，因地制宜采用高效的建造機(jī)械設(shè)備與協(xié)同作業(yè)模式，從而取得最大化的綜合效益。