室内大型机电设备转运吊装施工技术研究与应用——以国信金融大厦为工程案例

吴腾达

(福建省闽南建筑工程有限公司 福建泉州 362100)

0 引言

机电设备安装在现代建设工程中占有较大比重，特别是在高层、超高层等大型公建项目中更是不可或缺[1]。受限于其外形尺寸大、重量重及震动噪声大的特点，在建筑设计中往往将大量机电设备布置于独立的地下室设备机房中，这就需要在地下室结构施工时从结构楼板上预留设备吊装口，以便于机电设备吊运、安装。而受建筑空间条件限制，若设备吊装口设置于室内环境，则无法采用常规的汽车吊进行设备吊运施工。基于此，本文给合国信金融大厦项目的室内环境大型机电设备转运吊装施工成功经验，从施工方法、操作要点、质量控制等方面介绍其室内环境下设备吊装施工的关键控制点和施工要求。

1 工程概况

由福建省闽南建筑工程有限公司总承包施工的国信金融大厦工程，位于深圳市福田中心区，是一幢集商业、办公、服务及配套设施为一体的一类超高层办公综合楼。地下5层，地上裙楼3层，塔楼46层(局部51层)。总建筑面积104 998m2，建筑总高度228.0m。

该工程负五层制冷机房设计安装5台大型制冷机组主机(表1)，结合场地条件和吊装要求，采取统一的吊装施工方法：由首层通道预留设备吊装口下放进入负五层制冷机房。

表1 制冷机组主机参数表

室内环境条件:

(1)首层转运通道(图1)：通道净高5.4m，通道宽度：7.5m，预留洞口尺寸：7710×4650(首层至负四层)，平面无错台。

图1 首层转运通道平面图

(2)负五层制冷机房(图2)：通道净高4.55m，通道宽度：4.4m，设备基础与地面最大错台高度：150mm。

图2 负五层制冷机房平面图

2 工艺设计思路

(1)通过在机电设备下部设置地滚车，利用“滚动摩擦”原理，使用叉车或电动葫芦进行牵引，实现水平运输。

(2)在设备吊装口上方结构梁板设置多组就位吊点，并悬挂电动葫芦，各组电动葫芦协同接力摆吊，将设备由吊装口一侧摆吊至吊装口正上方。

(3)在设备吊装口上方另设置下放吊点，并悬挂多轮滑轮组。配合固定在地面的卷扬机，将设备由电动葫芦吊点转换至滑轮组吊点上，再通过卷扬机吊运下放[2]。

3 吊运方案设计及验算

根据室内环境条件和结构特点，结合设备尺寸、重量及形状等特性，规划设备进场位置、水平运输路线。对吊运设备所需吊车、电动葫芦及卷扬机数量和规格进行选型。并对吊运过程涉及的结构进行受力复核，对设备吊运所使用吊车、吊具、吊绳、卷扬机等机具承载力进行验算，以确保吊装安全。

3.1 结构概况及承载力验算

(2)负五层转运通道在地下室底板上，底板厚度1.5m，完全满足16t设备转运要求。

(3)结构吊点布置及验算

在设备吊装口上方沿钢梁边，开设6个φ100穿板洞布置钢丝绳吊点，每个吊点配置一个5t电动葫芦，6个吊点形成两两同时受力的前、中、后3组吊点。吊点采用φ100×10.0无缝钢管横挑6×19φ20mm钢丝绳置入φ100穿板洞，无缝钢管下方放置2条16#工字钢，两端搁置在结构钢梁上，钢丝绳吊点下吊挂电动葫芦(图3～图5)。

注：1-φ20钢丝绳吊点；2-φ100×10.0钢管；3-16#普通工字钢；4-结构钢梁；5-设备吊装口投影线

注：1-楼板；2-结构钢梁；3-16#普通工字钢；4-φ20钢丝绳吊点；5-φ100×10.0钢管

图5 现场吊点布置

①结构受力钢梁：材质Q345B，型号H700×250×14×25，长度分别为7.367m、6.964m，经设计单位对结构复核验算，满足吊装承载要求。

②吊点承载力：每个吊点承受力取50kN，钢丝绳公称抗拉强度1570N/mm2，破断拉力总和Fg=292.99kN，钢丝之间不均匀系数α=0.90，使用安全系数K=5.0，则钢丝绳容许拉力Fg=aFg/K=292.99×0.90/5.00 =52.74kN>50kN，满足要求。

3.2 设备下放机构设计及验算

在设备与设备吊装口垂直后，将吊点A、B合成一个下放吊点，吊点E、F合成一个下放吊点。选择使用2台3t的卷扬机，每台卷扬机的绳索配合一套4轮滑轮组，滑轮组悬挂于下放吊点上(图6～图7)。卷扬机采用直径6×19φ16mm钢芯钢丝绳，公称抗拉强度1570N/mm2，破断拉力总和Fg=161.46kN，钢丝之间不均匀系数α=0.90，使用安全系数K=5.0，钢丝绳容许拉力Fg=aFg/K=161.46×0.90/5.00=29.06kN。钢丝绳不直接受力，而是滑轮组的上下吊点受力(使用20t的钩具)，每个方向4股绳受力，使每台卷扬机的拉力达到116.24kN，2台卷扬机能够满足16t设备下放要求。

注：1-设备机组；2-滑轮组；3-导向滑轮；4-卷扬机

注：1-3t卷扬机；2-φ20螺栓；3-10#槽钢；4-垫板；5-结构楼板

3.3 起重机械选型及验算

起重机械选择经济适用的随车吊，根据设备重量、现场吊装场地、空间条件进行选型。以最大设备总重16t设备为例，选择80t随车吊，吊臂伸缩距S:13.7m；回转半径R:7.5m；额定起重量Q：24t。

计算载荷P=设备+吊钩+吊索卸扣=16 000+0.3+0.05 =16.35t;

负荷率=P/Q=16.35/24=0.68125;

Q>P，经过核算，该工况满足吊装要求。

4 施工工艺流程及操作要点

4.1 吊运工作准备

(1)编制设备吊运安全专项施工方案，通过原结构设计单位核算、批准，并由监理及建设单位审批同意。

(2)对操作工人进行针对性的岗前技术培训和三级安全教育，并召开专项方案技术交底会，使操作人员熟悉整个吊装工艺流程。

(3)做好吊装区域安全防护设施布置，包括洞口周边防护栏、安全网设置，安全绳拉设及警戒区域布置等，核实安全设施是否齐备，是否符合安全施工要求。

(4)检查相关机具是否齐全、完好、性能稳定，包括：地滚车、电动葫芦、滑轮组、安全绳及卡扣等，对所有机具、工具进行试用、试吊、试运行，确保可靠。

(5)对运输通道、吊装区域地面材料、垃圾进行清理，确保场地坚固平整。

4.2 设备吊运入室

(1)组织起重设备、机具进场。起重设备到场后，对设备进行外观检查、性能测试。起重机、设备按照进场线路进场，停放在指定位置，保持安全距离。放支腿、就位。起重机安全检查、调试，并进行空车试运转。为保证安全起吊，起重机支腿必须垫钢板，以确保构件在吊装回转就位过程安全。

(2)按平面布置图位置，将起重机回转中心、运输车辆停车位置在现场标出。划分吊装区域范围，清除吊装范围内障碍物，吊装期间该范围内禁止无关人员随意走动，设置警戒线并派专人看护。

(3)使用80t随车吊将设备吊运，提升摆正，根据设备高度，起重机回转、变幅，将吊钩垂直停止在设备中心上方，绑扎钢丝绳索，确保吊钩与设备顶部之间有一定的安全距离，避免吊钩、起重臂、绳索与设备擦碰。

(4)设备机组起吊，根据机组指示图和厂方指导，在机组吊点锁好钢丝绳扣入吊勾，确保机器重心稳定，避免吊装前后过程冲撞。在确认锁扣、索具安全锁好后方可吊起。两旁指派专业吊工对机组牵引扶正，负责机身在空中稳定。找好机组前后方向后将机组起吊摆正放下。起重机提升，当设备提升10cm～15cm时，吊臂回转，找好机组前后方向并将设备平稳摆入楼层内(图8～图9)。

注:1-80t随车吊；2-设备机组

图9 设备吊运入室

4.3 设备水平运输

(1)在楼面平移过程，为分散楼面受力，在设备行进路面上铺设钢板。在设备机组底部后方布置2个承重地滚车和前方布置1～2个导向地滚车。由于设备机组在通道移动是平移，除了在地滚车与设备的接触和固定措施之外，机组移动时适当采取牵拉固定；另在每个地滚车前后用枕木垫起(移动时抽出)，以达到支撑和防滑效果。

(2)地滚车选用3排9轮(或12轮)进口胶轮地滚车，每个地滚车承重8t(图10)，3～4个地滚车的总承重为24t～32t，满足机组重量16t。

图10 地滚车

(3)摆放好前后地滚车，吊车将设备机组缓慢下放在地滚车上，吊车下放的大钩吊索暂不解除，将设备机组前端的两个锁点用4m长钢丝绳连接锁死，形成V形锁套。用钢丝绳将3.5t机动叉车与V形锁套连接扣好，确认锁扣牢固后将吊车大钩吊索解除。

(4)进一步确认前进路线没有阻碍、确认锁扣、索具已锁好，且地面状况良好后，将支撑和防滑用的枕木全部撤掉，叉车向内牵拉，将机组向设备吊装口转运(图11～图12)。

注:1-设备机组；2-牵引钢丝绳；3-牵引机械；4-钢板垫板；5-地滚车

图12 设备水平运输

(5)在机组前进时，为保证机组安全、平稳，叉车牵拉速度设定在最低档速3m/min，操作中据实际状况调整。

(6)在机组前进中遇有台阶、地面不平、地面承重不够等情况，用钢板配合型钢铺垫，以改善路面情况，加强原有地面承重状况；同时减少磨擦，避免对地面破坏。在移动中随车道路线及时配合千斤顶利用导向地滚车调整设备机组方向，将机组顺利移至设备吊装口边。

设备吊点及结构吊点平面编号如图13所示。

(a)设备机组 (b)结构楼板

4.4 接力摆吊就位

(1)步骤一：设备机组由叉车和地滚车推拉至设备吊装口前。先由吊点C、D处电动葫芦的两条绳索与设备上吊点a、b分别连接锁好。逐渐收紧吊点C、D电动葫芦绳索，将机组向右方拉进(图14)。此时叉车在后方牵引，保证机组缓慢右移。

(2)步骤二：当设备机组重心接近设备吊装口边缘时，将吊点A、B与设备吊点c、d连锁；将吊点E、F与设备吊点a、b连锁；为保证平移稳定性，吊点C、D与设备吊点a、b连接并不松开。同步收紧A～F所有绳索，将机组继续向右拉，此时左侧叉车继续保持牵拉稳定作用(图15)。当机组右边越过C、D点垂直线时，绳索C、D也呈垂直，在A、B、E、F绳索收紧同时开始缓缓放松C、D绳索，使机组保持平稳水平。

图15 接力摆吊步骤二

(3)步骤三：将A、B、E、F绳索拉紧；C、D绳索放松；在叉车牵引作用下，机组继续向右平移并同设备吊装口沿分离，在设备吊装口上方悬空(图16)。

图16 接力摆吊步骤三

(4)步骤四：右移直至A、B、E、F绳索垂直，松开C、D绳索。同步下放A、B、E、F绳索，让机组垂直，完成设备机组摆吊(图17～图18)。

图17 接力摆吊步骤三

图18 接力摆吊

4.5 设备机组垂直下放

(1)步骤1：在A、B和E、F绳索未解除状态下，把A、B侧滑轮组下端与设备吊点c、d连接锁定，E、F侧滑轮组下端与设备吊点a、b连接锁定；两个滑轮组上端绳索分别由两台3t卷扬机牵拉。根据场地状况，两台卷扬机设置在吊装口同侧或两侧，距离、角度尽量一致。

(2)步骤2：所有各项准备工作完备后进行试吊，两台卷扬机同步收绳，将设备机组提高200mm，净空悬挂10min。过程检查机组吊装工况，检查内容为：所有吊索、吊具的受力情况，卷扬机、吊点负荷、固定点情况等。吊装工况检查正常，经指挥人员确认后，方可正式吊运下放。

(3)步骤3：两台卷扬机同步放绳，使设备机组平稳降到设备层(图19～图20)。

注:1-设备机组；2-滑轮组；3-导向滑轮；4-卷扬机

图20 设备下放

4.6 设备机组转移及基座就位

(1)设备下放至设备层后，利用地滚车和电动葫芦牵引，将机组向基座位置转移。在框架柱上缠绕钢丝绳或打设膨胀螺栓作为牵引受力点，靠电动葫芦配合钢丝绳进行牵引、转向设备。

(2)利用枕木和钢板作为基座落差位置铺垫，设备按原先设计好的路线，从做好铺垫通道，慢慢移动到安装基座上初步就位(图21～图22)。

注:1-设备机组；2-钢板垫板；3-地滚车；4-牵引机械；5-枕木；6-地脚螺栓；7-设备基础

图22 设备就位

(3)利用千斤顶完成设备最终就位、地弹簧减震器安装和地脚螺栓固定[3]。

5 质量保证措施

(1)施工前，提前编制转运、吊装实施方案，明确吊装施工方法、工艺要求和控制程序，重点做好吊点、吊具受力和结构承载的设计验算。

(2)设备转运、吊装施工前，对参与施工的管理人员及作业工人进行岗前作业培训和安全技术交底，熟悉、了解设备转运、吊装的施工思路，掌握施工步骤及工序要求。

(3)吊装施工前，根据设备图纸逐一核对设备材质和重量以及外形尺寸。根据设备品牌，了解熟悉设备特点，并核查设备吊装方向、做好标记。

(4)大型吊车进场作业时，提前完成作业地面的平整、压实工作，并铺垫处理，做好吊装与运输之间的对接。设备运输至现场时，放置在便于卸车和吊装的场地，避免二次倒运。

(5)设备转运、吊装施工过程严格按设计方案执行，一丝不苟满足规范和方案的技术要求；不得出现损坏机电设备或影响结构安全的情况。

(6)在转运、吊装施工中，严格控制设备吊装的各个关键工序步骤，包括：吊装路线、场地处理、设备进场摆放、吊装工装使用、设备转运、试吊起吊、吊装检查、设备摆吊及设备下放等，做到“步步有标准，处处有检查”，使吊装施工质量达到全面控制目的[4]。

6 结语

综上，该项目机电设备转运吊装施工技术成熟、流程清晰、操作简单，受场地条件限制小，适用范围广；采用地滚车配合叉车水平牵引运输均为常规机械，省时、省力，方便快捷、成本低；多吊点、多组电动葫芦同步接力摆吊，确保吊运过程安全、可靠，结构梁板受力均衡分散，对主体结构影响小；多轮滑轮组配合卷扬机吊运下放，降低卷扬机设备规格要求，节约施工成本、提高施工效益。该施工方法值得推广借鉴。