上海中心大厦施工阶段垂直电梯运力分析

穆荫楠

1.同济大学 上海 200080；2.上海建工集团股份有限公司总承包部 上海 200080

超高层建筑施工垂直运输任务繁重，垂直运输体系设置的合理与否直接影响到现场的施工进度，故在超高层建筑施工中占有极为重要的地位[1-3]。根据超高层建筑施工中垂直运输对象的不同，超高层建筑垂直运输体系一般由塔吊、施工电梯、混凝土泵等设备构成。

上海中心大厦工程施工阶段垂直运输体系由塔吊、垂直电梯、混凝土泵组成。其中，塔吊布置根据项目策划阶段的吊次分析，综合考虑工程的总体进度要求，并结合类似超高层施工经验，选择布置安装4台1280D塔吊。

塔楼结构混凝土用量逾280 000 m3。在综合考虑质量、进度、安全等各项要求后，制订了混凝土一泵到顶的施工方案，混凝土最大泵送高度超过600 m。为确保施工安全，同时考虑了“两用一备”的原则，最终决定设置3路固定泵。

本工程建筑外立面扭转上升，若安装外附式施工电梯，不仅安装困难大、成本高，而且会导致外幕墙单元无法封闭，直接影响室内精装修工程，甚至影响建筑的整体密闭防水性能。经过综合研究，本工程主楼核心筒内电梯井道数量较多，电梯井道洞口尺寸也较大，利用核心筒内的电梯井道布置人货两用电梯是施工电梯布置的最佳方案。通过详细分析本工程永久电梯布置的位置、运行区间、安装交付节点要求等因素，结合各施工阶段垂直运输的需求，确定了施工电梯分阶段使用方案。最终决定依托核心筒结构布置11台人货两用电梯，施工后期随着永久电梯机房施工完毕，逐步启用9台永久电梯负责现场人员及材料设备运输，实现临时和永久垂直运输体系的转换。

本工程建筑体量大、高度高，需要运输的施工人员与材料数量极其庞大。本工程布置的4台1280D塔吊主要服务于结构施工，同时考虑到塔吊自身加油、维护保养时间以及为结构施工作业面更换焊接作业所需的氧气、乙炔等消耗的时间，基本无暇兼顾机电、二结构、装饰等系统数量庞大的材料运输任务。现场布置的3路固定泵主要负责主体结构混凝土浇筑作业，二结构混凝土浇筑作业的特点是“点多，面广，量少”，若使用固定泵，经济性极差。所以，现场二结构、机电、装饰等系统大部分的材料运输只能依赖于垂直电梯运输系统。垂直电梯方案设计的合理与否，将直接影响工程进度。后期人货电梯与永久电梯的转换计划合理与否，同样是保证工程顺利建造的关键。

本文通过收集垂直电梯运输任务最为繁重的阶段内各台垂直电梯的使用情况数据，计算电梯运力饱和度，分析其使用效率。希望分析结论能给类似超高层建筑工程施工阶段垂直电梯运输方案的制订提供数据上的支持。

1 现场垂直电梯运输体系

1.1 主体结构施工阶段

2010年9月开始，工程进入塔楼主体结构施工阶段，施工主要集中在核心筒顶及外框结构作业面。施工电梯主要用于核心筒结构施工、外框主体结构施工的人员设备及临时围挡搭设材料的运输。根据现场实际工况，分别在核心筒5#、6#宫格分别布置4台电梯（L1、L2、L6、L7）（图1）。其中L7电梯尺寸为3.2 m×1.4 m，是载重能力为3 000 kg的大型人货两用梯。

1.2 现场综合施工阶段

2012年6月塔楼机电安装工程进场施工，除了核心筒、外框主体结构施工面之外，二、三区内机电毛坯工作面也同时铺开。针对机电安装系统复杂、材料种类繁多、工作面广的特点，在核心筒7#宫格内安装2台人货两用梯（L4、L5），其中，L4电梯规格与L7电梯相同。

由于L1、L2电梯需要安装的高度超出了厂方设计最大高度，故采取接力、基础换托的方法降低施工电梯的安装高度。随着主体结构施工至48层以上，L1、L2电梯在48层进行空中基础换托，换托后在48层以上运行。此时开始48层以下核心筒5#宫格内的结构补缺施工。

1.3 精装修进场施工阶段

2013年3月，随着低区永久电梯安装调试完毕，立即启用位于核心筒2#、3#宫格内的永久电梯Y1、Y2、Y3（图2）。此时，机电毛坯施工作业面已进行至3区以上、主体结构施工至6区。根据现场工况，在38层核心筒电梯井道内安装2台人货两用梯（L8、L9）。低区永久电梯启用后，二、三区设备材料及人员运输压力逐步得到缓解，开始拆除L6、L7电梯50层以下楼层的电梯门，提前封闭电梯井道进行二结构施工。

图1 人货电梯平面布置

图2 永久电梯平面布置

1.4 后期施工阶段

随着核心筒结构封顶，开始拆除核心筒5#宫格内的L1、L2电梯，并补缺49层以上核心筒5#宫格内的主体结构。为解决L1、L2拆除后7区以上人员运输问题，在81层核心筒8#宫格内安装2台人货两用梯（L10、L11）。待L10、L11电梯正式投入使用后开始拆除L1、L2电梯。塔冠结构施工前，在119层结构楼板上安装L12电梯，用以运送塔冠施工作业面的施工人员。随着高区永久电梯安装调试完毕，适时启用6台永久电梯（Y4～Y9），其中Y9电梯规格与Y3电梯相同。随着9台永久电梯的全部启用，逐步拆除核心筒内人货两用梯，移交全部电梯井道（图3）。

2 垂直电梯运能分析

2.1 材料分类

图3 垂直电梯拆除及启用节点

1）I类材料：包括钢管脚手架、各类龙骨、内幕墙框架系统材料、水管、电线管、风机机组部件、各类电柜、石膏板。此类材料单件尺寸较大，需要优先安排大型货梯运输。

2）Ⅱ类材料：包括外幕墙钢构件、架空地板、风管及管配件、吊顶板。这类材料单件尺寸相对较小，对运输电梯轿厢尺寸要求较低。但由于每组材料质量较大，二次搬运较为困难，应该尽可能减少二次驳运运距。

3）Ⅲ类材料：包括混凝土、砂浆、防火材料、岩棉、砌块等。这类材料虽然现场需求量大，但是对运输工具的适应性强、易于搬运，既可以装箱集中运输也可以散件搬运。

2.2 统计数据来源

2013年4月始，施工现场进入主体结构、综合机电、二结构、室内精装修交叉施工阶段，现场各专业施工面同时展开，施工作业人员大量进场。至2014年12月现场实物量基本完成，工程进入收尾阶段。本文通过对2013年4月—2015年4月期间各台电梯每天的使用情况进行数据追踪，统计并分析各台电梯的实际使用负荷。

由于昼间有各路施工人员频繁使用电梯，且有大量的业主、监理及现场管理人员至各个工作面指导工作，现场电梯主要服务于人员运输。材料运输则安排在夜间进行。

2.3 主要垂直电梯运力统计

2.3.1 大型电梯

L4电梯至2014年3月31日停止使用，L7电梯至2014年7月8日停止使用，L4及L7作为大型人货电梯主要服务于现场材料运输。Y3电梯自2013年4月1日正式启用，Y9电梯自2014年5月6日正式启用，Y3及Y9昼间除上下班高峰时段外主要服务于现场材料运输，夜间则服务于材料运输，保养周期均为两周一次，保养主要安排在8：00～16：00。

超高层建筑施工过程中应尽可能多地配置能到达卸货层的大型货运电梯。统计数据表明，大型货梯是所有电梯中运输任务最为繁重的。为减少搬运，大型货梯还应尽可能到达更高的楼层，让货物一次到位，减少货物中转环节所占用的时间，提高垂直运输效率。

同时，应尽早启用永久货运电梯。实践表明，因永久电梯运行速度快、人员和货物运输效率为同尺寸人货两用电梯数倍，运输效率较人货电梯大大提升，本工程就是在1部载重3 500 kg的永久货梯投入使用后全面改善了人员上下班的拥挤状况。

2.3.2 小型人货电梯及永久电梯

L8电梯自2013年4月1日启用至2014年5月6日停用，L9电梯自2013年5月13日启用至2014年5月13日停用，L10电梯自2013年9月22日启用至2014年6月5日停用，L11电梯自2013年9月22日启用至2014年6月11日停用。L8、L9、L10、L11电梯皆为双笼人货两用梯，昼间除个别电梯服务于现场材料运输外，主要服务于现场人员运输。夜间则配合L4、L5以及后期启用的Y4、Y5、Y6电梯用于材料运输。

Y1、Y2电梯为低区消防服务电梯，自2013年3月中旬正式启用，昼间主要服务于现场人员运输，夜间主要服务于材料运输，保养周期为两周一次，保养时间主要安排在8：00～16：00。2013年4月至2013年12月，由于精装修尚未进场，Y1、Y2电梯主要服务于二结构及机电毛坯施工作业面。2014年3月，随着精装修单位进场，Y1、Y2电梯使用负荷进入高峰期，至2015年9月，44层以下精装修作业面实物量基本完成，Y1、Y2电梯使用率降低。

Y4、Y5、Y6电梯为一组3台8 m/s的高速服务梯，自2013年12月4日正式启用，昼间主要服务于现场人员运输，夜间则服务于材料运输，保养周期为两周一次，由于Y4、Y5、Y6电梯井道为通井道，需要一起保养，保养主要安排在18：00～次日5：00。Y5、Y6电梯不仅可以配合L10、L11电梯接力完成82层以上施工作业面人员、材料的运输，也可以配合L8、L9完成38～82层之间作业面的人员、材料运输任务。

Y7、Y8电梯是大厦的消防及VIP服务电梯，服务于从地下3层到121层的每一层。2014年6月上旬安装调试完成后启用，昼间主要服务于现场人员运输，夜间则用于材料运输，保养周期为两周一次，由于Y7、Y8电梯井道为通井道，需要一起保养，保养主要安排在18：30～次日5：00。Y7、Y8自启用以来，除春节期间以外，一直处于高负荷使用状态。

安装在高区的垂直电梯因无法直接到达卸货层，所以使用频率相对偏低。针对此类情况，应该鼓励各专业单位将大宗散装材料，如防火涂料、砌块、石膏板等材料装箱后先借用塔吊吊至高区楼层内，然后再利用高区相对空闲的电梯将材料向下驳运进行逆向运输。既可充分利用塔吊吊装间隙的碎片时间，又可挖掘高区闲置电梯的运能。

在永久消防电梯启用以后，各台接驳电梯的使用效率直线下降，可以考虑提前将此类电梯归还业主。同时，由于永久消防电梯是除大型货梯外运输任务最为繁重的电梯，故电梯的日常保养及运行中的保洁工作十分重要，要保持轿厢整洁，避免由于人为使用不当导致的电梯故障。

2.4 垂直运输任务专项分析

本节主要对运输任务最为繁重的大型人货两用梯、永久货运电梯使用情况作专项分析，统计现场主要的三类材料分别使用电梯的时间。

统计数据反映出现场I类材料是大型货梯主要的运输对象。现场Ⅰ类材料的比例在二结构、机电、装饰工程进场后大量提升。故建议在机电毛坯、二结构工程进场前，启用作业面所在楼层的永久电梯以提高运输效率。

现场Ⅰ类材料运输占用L7与Y9的时间比例接近80%。由于Ⅰ类材料尺寸较大，无法利用小型电梯运输，材料运输只能依靠现场大型货梯。所以在安排使用大型货梯，尤其是为高区楼层服务的货梯时，必须提前制订Ⅰ类材料每周进场计划，结合材料进场计划分配垂直运输资源，方可确保材料能按计划运至专业施工作业面，否则一旦Ⅰ类材料无计划集中到场就会发生材料滞运的问题，现场施工进度将会受到直接影响，甚至可能造成局部作业面停工。

3 结语

1）统计数据表明，地面至楼中电梯周转层这个阶段常为垂直运输工作量最大区域。各个运输周转层场地管理需要予以高度重视，避免在运输周转层设置临时仓库或类似占地行为，保证运输通道的畅通。

2）通过统计数据可以发现，在同层永久电梯启用之后，人货电梯的使用频率大大降低，施工现场在保证人员运输的同时可考虑提前拆除人货电梯厅门，封闭井道并移交井道于永久电梯安装单位，有利于工程总进度计划的提前。

3）垂直运输方案设计时应首先选择启用消防电梯及货梯。消防电梯的优势在于作为服务梯停靠楼层数量多，材料运输无需接驳，减少材料周转过程中的时间及劳动力损耗。货梯优势在于轿厢尺寸大，大多数材料无需做分段或者拆散件处理，提高了现场施工效率。