大跨距、高空间钢结构厂房机电安装施工的难点与对策

2021-11-01管文祥陈三多

福建建筑 2021年9期

管文祥吴健陈三多

(安徽三建工程有限公司安徽合肥 230001)

0 引言

随着国家对住宅产业化的大力推广，装配率逐年提高，全国各地纷纷建设住宅产业化厂房，以满足市场对装配式构件的需要。装配式构件生产所需要的厂房均为高度高、跨距大；生产线设备密集，为了早日投产见效，工期紧，常与机电安装同步进行，交叉作业较多，对施工进度、质量、安全影响较大。由此，如何协调解决这些问题至关重要。

本文以安徽建工北城工业有限公司长丰县吴山PC构件生产基地为例，分析其施工难点，并提出对策，确保工程质量安全。

1 工程概况

安徽建工北城工业有限公司长丰县吴山PC构件生产基地位于长丰县吴山镇，总建筑面积约4.6万m2。其中PC构件厂房37 000 m2。其是一个高空间、大跨距的钢结构厂房，厂房分为五跨六轴，长283 m，宽132.35 m，最高23.5 m，最低17 m。

厂房内此次的安装主要包括：建筑给排水、虹吸雨排水、建筑电气、设备管线预埋、压缩空气系统、蒸汽管道系统。其中高空作业包含：生产给水及消防给水管道约4500 m；压缩空气系统管道约2300 m；蒸汽系统管道约1300 m；各种规格桥架约6000 m；电气照明线管约7000 m；大功率工厂灯585套；虹吸雨排水管道约1700 m；管道、桥架支架约使用型钢约65 000 kg；各种规格电缆约20 000 m。

2 工程特点

2.1 操作面高

桥架、消防系统管道、生产给水水系统管道、压缩空气系统管道、动力电系统电缆、照明系统主电缆等，敷设高度距地10.5 m～11.3 m；蒸汽系统管道敷设高度距地7 m；虹吸排水系统敷设高度距地15 m以上；照明系统电线、电缆、管道及灯具敷设高度距地17 m～23.5 m。

2.2 跨度大

钢结构两柱之间相距7.5 m及以上，中间无墙，柱与柱之间管道、桥架无法设置固定支架，全凭吊架，故纵向轴线精度不易控制，影响敷设质量及观感。

2.3 施工任务紧

前期土建及钢结构施工时，安装仅能加工预制，无法安装。部分钢结构完成柱、梁及屋面安装后，土建紧接着浇筑车间地坪，此时安装方能开始施工。但由于生产线设备亦同步施工，设备占位，高空作业机械无法展开，不能满足施工进度。

2.4 安全隐患大

受场地因素制约，脚手架无法搭设，液压升降机无法行走，唯有高空作业平台车勉强可以使用。但因地面较多排水沟、电缆沟及设备，车辆使用有倾覆风险。另由于高空作业车操作平台面较小，交叉作业时材料、工具有坠落打击风险。桥架敷设、管道安装需要2台高空作业车协同作业，有操作失误，不同步产生的风险。

2.5 经济性较差

施工时需要2台高空作业车协同完成一项工序。由于场地原因，设备移动不便，施工速度难以提高，故而机械台班使用较多，且交叉作业，难免产生窝工现象，成本较高。

3 对策分析及管理创新

3.1 操作面高对策分析

综合以上分析，按照操作高度拆解成两个方面考虑，分为桁车高度以上和桁车高度以下。强弱电系统桥架、电缆、消防系统管道、生产给水系统管道、压缩空气系统管道、蒸汽系统管道敷设高度在桁车以下。照明系统电线、电缆、管道、灯具及虹吸排水系统敷设高度在桁车以上。按此思路，根据现场实际情况，采取以下措施，如图1～图3所示。

图1 吊篮加工图1

图2 吊篮加工图2

图3 吊篮操作图

桁车以下采用桁车挂吊篮施工，吊篮需要专门加工，通过以下技术方案实现：

一种安全经济的组合吊篮，槽钢框架结构。底部均匀焊接若干槽钢和镀锌扁钢，包括有木工模板底层平台、木工模板护栏和顶部吊装绳索。底层平台四角分别焊接有吊篮立柱，顶部吊装绳索安装在每根吊篮立柱的顶部。

吊篮立柱的顶部打孔安装吊装绳索，有5 t吊环和5 t钢丝绳。木工模板护栏的中部设有护栏立柱，护栏立柱与吊篮立柱的两个侧壁上设有外斜撑。每两个相邻的吊篮立柱之间焊接有连接钢板，连接钢板与护栏立柱顶端焊接。

吊篮便于使用且安全，通过在吊篮内施工，厂房内绝大部分区域均可到达，仅需来回移动桁车，就可进行施工。吊篮整体采用槽钢焊接完成，再配合桁车下设置的安全绳，双重保护，安全性很高。

采用此法施工的工作人员施工稳定性高，避免施工人员高空操作的上下攀爬，降低高坠风险，有效保证了工作人员的安全，节省了大量的机械台班，降低了施工成本，提高了工作效率。桁车以上搭设可拆卸平台，平台采用组装式，便于拆卸，重复使用，如图4～图7所示。

图4 可拆卸平台加工图

图5 可拆卸平台加工侧面图

图6 可拆卸平台正面图

图7 可拆卸平台实图

平台通过以下技术方案实现：一种便于组装且经济的桁车平台，槽钢框架结构，底部均匀布置镀锌扁钢在槽钢之上的垂直连接的支撑，槽钢侧面护栏，槽钢框架内安装有木工模板，侧面围护栏的顶部连接有槽钢护栏。包括有多个平台立柱，顶部有上人平台包括底部平台、侧面围护栏和爬梯。

多个平台立柱之间，设置有高强度全丝螺杆互相连接加固。上人平台底部与平台立柱之间，连接有槽钢斜撑。槽钢斜撑与平台立柱和上人平台之间、平台立柱与上人平台之间、槽钢护栏与侧面围护栏之间通过螺栓连接。

此平台优点是：

(1)便于拆卸。通过螺栓固定，即可实现平台的安装与拆卸，方便重复使用，节约成本。

(2)便于使用。通过在平台上施工，厂房顶部的线管、灯具基本能全部安装完毕，仅需来回移动桁车，就可进行施工。

(3)施工人员通过专用爬梯进入到桁车检修平台后，沿爬梯进入平台施工、制成稳定性高，桁车采用遥控器操作，由施工人员亲自操作，避免误操作，有效保证工作人员的安全，节省大量的机械台班，降低了施工成本，提高了工作效率。

3.2 大跨度对策分析

钢结构厂房跨度大、空间高，钢柱之间距离基本在7.5 m及以上，之间无结构墙。故而，除柱上可以敷设固定支架外，柱中只能敷设吊架，普通桥架长度为2 m，管道长度为6 m卡箍连接。敷设以后，难以保证纵向轴线精度。因桥架敷设后还需要敷设电缆，即使前期调整好，电缆敷设后亦还需要重新调整一次，费时费力。

解决这个问题，首先需要解决整道轴线的强度，形成一个相互牵制的整体。消防系统管道及生产给水系统管道采用镀锌钢管沟槽柔性连接，不具备强度。压缩空气系统采用无缝钢管法兰连接，敷设高度与消防系统、生产给水系统管道一样，且在最下同层，采用共用支架，有一定的强度。上面几层为强、弱电桥架，不具备强度，解决此事即可。分析论证后，决定采用定制大跨距电缆桥架，长度以柱间距离为准，如图8所示。

图8 水管、气管、桥架安装

柱与柱之间采用两道吊架，间距2.5 m，吊架采用上方桁车梁开孔悬吊，所有桥架与支吊架采用螺栓固定防止位移，加上下排管道，形成一个整体，保证了使用功能与观感。

3.3 管理创新

(1)搭设平台桁车选用

装配式厂房钢结构完成封顶后，土建即进行地坪施工，设备安装随后展开。设备安装需要桁车，故桁车安装一般与钢结构施工同步。每道生产线都有5台桁车，吨位不同，分别为10 t和15 t两种。应选用15 t桁车，相对更安全，应避开设备来安装需要经常使用的桁车，避免抢用。一般使用首端或末端桁车，搭设平台的桁车，不得再作他用，待施工结束后尽快拆除，以免发生意外。吊篮使用无此顾虑，所有闲置桁车均可使用，下班后必须将吊篮放置到安全位置，严禁悬吊在桁车上，并将桁车吊钩上升到安全高度。

(2)确定制作方案

根据桁车上部小车规格尺寸制定方案，确定采用的材料，确保材料满足安全需要，型钢质量满足国家标准。螺栓连接件采购正规厂家产品，并附质量保证资料，焊接位置必须经过检查并合格。方案需要论证，并报公司技术、安全部门审核批准后再报监理、业主审批，整体制作完成后需要检测、试验，合格后方可使用。

(3)使用管理

吊篮制作完成及平台安装完成，经检查合格后，交付班组使用。使用前必须对操作人员进行培训交底，合格后方可上岗，不得更换未培训人员使用平台及操作桁车。施工时必须设置安全绳、安全锁，桁车遥控器必须掌握在操作人员手中，严禁外人操作而产生意外。每天施工前对平台及吊篮进行检查，查看钢丝绳、卡扣、安全绳、安全锁、连接螺栓、焊接部位及围栏挡板是否完好，对连接螺栓、钢丝绳、卡扣等进行紧固，消除隐患。工具及使用材料必须放置在平台或吊篮内部，防止坠落产生危险。由于处于高处作业，故作业区域内必须设置临时围栏及警示牌，并安排专人监护，避免高坠打击。移动式操作平台搭,拆及施工登高作业过程中,贯彻执行安全生产方针,国家技术经济政策,做到技术先进,经济合理,安全适用,确保质量,按照《建筑施工高处作业安全技术规范》(JGJ80-91)执行[1-2]。

3.4 安全管理

本工程特点是高处作业工作量大,作业环境复杂多变,手工操作劳动强度大,多工种交叉作业危险因素多,极易发生事故。建立健全各级人员施工现场安全责任制，确保各级人员的安全责任。结合过程情况，编制施工方案，制定相应的安全技术操作规范。当使用厂家生产的产品时，检查、阅读合格证书及安装、使用和维护说明书等有关资料。平台、吊篮升降机作业时，由经过培训的人员专门负责，并相对固定，如有人员变动必须重新培训熟悉作业环境。作业前必须进行安全教育和安全交底，有书面记录，履行签证手续。

检查、维护方面，平台、吊篮在投入使用前必须经动作检验(升降)安装，并按设计使用要求进行荷载试验，验收合格后方准投入使用。使用过程中定期检查和维护。按照安全生产责任制，由作业人员履行日常检查，定期检查制度，由专职人员进行检查。定期检查应有记录，履行签字手续，定期对平台、吊篮进行保养，确保符合要求再投入使用。

3.5 经济分析

(1)测算使用机械台班费用

①各类支吊架安装测算需要高空平台车台班约60个；桥架、管道安装约需要台班100个；照明系统敷设约需要台班60个；电缆敷设约需要台班60个；支吊架及管道涂刷面漆约需要台班20个。合计约需要使用机械台班300个，每个台班询价为700元，此项需要支出210 000元。此外，还需要使用至少4台剪刀式升降机，时间按照4个月计算，剪刀式升降机每台每月租赁费2500元，此项支出需要40 000元。

②大跨距桥架定制与普通桥架价格略高，但考虑节约人工成本，此项可以忽略不计。

以上总计约需要支出250 000元。

(2)测算使用制作吊篮及搭设平台费用

①搭设2个平台材料、人工合计约需要5000元；平台重复使用，拆装约需要人工费2500元；完工后拆除约需要人工费1000元。以上合计需要支出不超过10 000元。

②吊篮制作每个约需要2000元，制作10个吊篮，约需要支出20 000元。

③桁车无法到达位置，需要使用机械台班预估：需要高空平台车台班约50个，费用35 000元；剪刀式升降机2台，使用2个月，费用10 000元。

以上总计约需要支出75 000元。

两种方案对比：250 000元>75 000元，制作吊篮和搭设平台比使用机械更经济。