大跨距、高空間鋼結構廠房機電安裝施工的難點與對策

管文祥 吳 健 陳三多

(安徽三建工程有限公司 安徽合肥 230001)

0 引言

隨著國家對住宅產業化的大力推廣，裝配率逐年提高，全國各地紛紛建設住宅產業化廠房，以滿足市場對裝配式構件的需要。裝配式構件生產所需要的廠房均為高度高、跨距大；生產線設備密集，為了早日投產見效，工期緊，常與機電安裝同步進行，交叉作業較多，對施工進度、質量、安全影響較大。由此，如何協調解決這些問題至關重要。

本文以安徽建工北城工業有限公司長豐縣吳山PC構件生產基地為例，分析其施工難點，并提出對策，確保工程質量安全。

1 工程概況

安徽建工北城工業有限公司長豐縣吳山PC構件生產基地位于長豐縣吳山鎮，總建筑面積約4.6萬m2。其中PC構件廠房37 000 m2。其是一個高空間、大跨距的鋼結構廠房，廠房分為五跨六軸，長283 m，寬132.35 m，最高23.5 m，最低17 m。

廠房內此次的安裝主要包括：建筑給排水、虹吸雨排水、建筑電氣、設備管線預埋、壓縮空氣系統、蒸汽管道系統。其中高空作業包含：生產給水及消防給水管道約4500 m；壓縮空氣系統管道約2300 m；蒸汽系統管道約1300 m；各種規格橋架約6000 m；電氣照明線管約7000 m；大功率工廠燈585套；虹吸雨排水管道約1700 m；管道、橋架支架約使用型鋼約65 000 kg；各種規格電纜約20 000 m。

2 工程特點

2.1 操作面高

橋架、消防系統管道、生產給水水系統管道、壓縮空氣系統管道、動力電系統電纜、照明系統主電纜等，敷設高度距地10.5 m～11.3 m；蒸汽系統管道敷設高度距地7 m；虹吸排水系統敷設高度距地15 m以上；照明系統電線、電纜、管道及燈具敷設高度距地17 m～23.5 m。

2.2 跨度大

鋼結構兩柱之間相距7.5 m及以上，中間無墻，柱與柱之間管道、橋架無法設置固定支架，全憑吊架，故縱向軸線精度不易控制，影響敷設質量及觀感。

2.3 施工任務緊

前期土建及鋼結構施工時，安裝僅能加工預制，無法安裝。部分鋼結構完成柱、梁及屋面安裝后，土建緊接著澆筑車間地坪，此時安裝方能開始施工。但由于生產線設備亦同步施工，設備占位，高空作業機械無法展開，不能滿足施工進度。

2.4 安全隱患大

受場地因素制約，腳手架無法搭設，液壓升降機無法行走，唯有高空作業平臺車勉強可以使用。但因地面較多排水溝、電纜溝及設備，車輛使用有傾覆風險。另由于高空作業車操作平臺面較小，交叉作業時材料、工具有墜落打擊風險。橋架敷設、管道安裝需要2臺高空作業車協同作業，有操作失誤，不同步產生的風險。

2.5 經濟性較差

施工時需要2臺高空作業車協同完成一項工序。由于場地原因，設備移動不便，施工速度難以提高，故而機械臺班使用較多，且交叉作業，難免產生窩工現象，成本較高。

3 對策分析及管理創新

3.1 操作面高對策分析

綜合以上分析，按照操作高度拆解成兩個方面考慮，分為桁車高度以上和桁車高度以下。強弱電系統橋架、電纜、消防系統管道、生產給水系統管道、壓縮空氣系統管道、蒸汽系統管道敷設高度在桁車以下。照明系統電線、電纜、管道、燈具及虹吸排水系統敷設高度在桁車以上。按此思路，根據現場實際情況，采取以下措施，如圖1～圖3所示。

圖1 吊籃加工圖1

圖2 吊籃加工圖2

圖3 吊籃操作圖

桁車以下采用桁車掛吊籃施工，吊籃需要專門加工，通過以下技術方案實現：

一種安全經濟的組合吊籃，槽鋼框架結構。底部均勻焊接若干槽鋼和鍍鋅扁鋼，包括有木工模板底層平臺、木工模板護欄和頂部吊裝繩索。底層平臺四角分別焊接有吊籃立柱，頂部吊裝繩索安裝在每根吊籃立柱的頂部。

吊籃立柱的頂部打孔安裝吊裝繩索，有5 t吊環和5 t鋼絲繩。木工模板護欄的中部設有護欄立柱，護欄立柱與吊籃立柱的兩個側壁上設有外斜撐。每兩個相鄰的吊籃立柱之間焊接有連接鋼板，連接鋼板與護欄立柱頂端焊接。

吊籃便于使用且安全，通過在吊籃內施工，廠房內絕大部分區域均可到達，僅需來回移動桁車，就可進行施工。吊籃整體采用槽鋼焊接完成，再配合桁車下設置的安全繩，雙重保護，安全性很高。

采用此法施工的工作人員施工穩定性高，避免施工人員高空操作的上下攀爬，降低高墜風險，有效保證了工作人員的安全，節省了大量的機械臺班，降低了施工成本，提高了工作效率。桁車以上搭設可拆卸平臺，平臺采用組裝式，便于拆卸，重復使用，如圖4～圖7所示。

圖4 可拆卸平臺加工圖

圖5 可拆卸平臺加工側面圖

圖6 可拆卸平臺正面圖

圖7 可拆卸平臺實圖

平臺通過以下技術方案實現：一種便于組裝且經濟的桁車平臺，槽鋼框架結構，底部均勻布置鍍鋅扁鋼在槽鋼之上的垂直連接的支撐，槽鋼側面護欄，槽鋼框架內安裝有木工模板，側面圍護欄的頂部連接有槽鋼護欄。包括有多個平臺立柱，頂部有上人平臺包括底部平臺、側面圍護欄和爬梯。

多個平臺立柱之間，設置有高強度全絲螺桿互相連接加固。上人平臺底部與平臺立柱之間，連接有槽鋼斜撐。槽鋼斜撐與平臺立柱和上人平臺之間、平臺立柱與上人平臺之間、槽鋼護欄與側面圍護欄之間通過螺栓連接。

此平臺優點是：

(1)便于拆卸。通過螺栓固定，即可實現平臺的安裝與拆卸，方便重復使用，節約成本。

(2)便于使用。通過在平臺上施工，廠房頂部的線管、燈具基本能全部安裝完畢，僅需來回移動桁車，就可進行施工。

(3)施工人員通過專用爬梯進入到桁車檢修平臺后，沿爬梯進入平臺施工、制成穩定性高，桁車采用遙控器操作，由施工人員親自操作，避免誤操作，有效保證工作人員的安全，節省大量的機械臺班，降低了施工成本，提高了工作效率。

3.2 大跨度對策分析

鋼結構廠房跨度大、空間高，鋼柱之間距離基本在7.5 m及以上，之間無結構墻。故而，除柱上可以敷設固定支架外，柱中只能敷設吊架，普通橋架長度為2 m，管道長度為6 m卡箍連接。敷設以后，難以保證縱向軸線精度。因橋架敷設后還需要敷設電纜，即使前期調整好，電纜敷設后亦還需要重新調整一次，費時費力。

解決這個問題，首先需要解決整道軸線的強度，形成一個相互牽制的整體。消防系統管道及生產給水系統管道采用鍍鋅鋼管溝槽柔性連接，不具備強度。壓縮空氣系統采用無縫鋼管法蘭連接，敷設高度與消防系統、生產給水系統管道一樣，且在最下同層，采用共用支架，有一定的強度。上面幾層為強、弱電橋架，不具備強度，解決此事即可。分析論證后，決定采用定制大跨距電纜橋架，長度以柱間距離為準，如圖8所示。

圖8 水管、氣管、橋架安裝

柱與柱之間采用兩道吊架，間距2.5 m，吊架采用上方桁車梁開孔懸吊，所有橋架與支吊架采用螺栓固定防止位移，加上下排管道，形成一個整體，保證了使用功能與觀感。

3.3 管理創新

(1)搭設平臺桁車選用

裝配式廠房鋼結構完成封頂后，土建即進行地坪施工，設備安裝隨后展開。設備安裝需要桁車，故桁車安裝一般與鋼結構施工同步。每道生產線都有5臺桁車，噸位不同，分別為10 t和15 t兩種。應選用15 t桁車，相對更安全，應避開設備來安裝需要經常使用的桁車，避免搶用。一般使用首端或末端桁車，搭設平臺的桁車，不得再作他用，待施工結束后盡快拆除，以免發生意外。吊籃使用無此顧慮，所有閑置桁車均可使用，下班后必須將吊籃放置到安全位置，嚴禁懸吊在桁車上，并將桁車吊鉤上升到安全高度。

(2)確定制作方案

根據桁車上部小車規格尺寸制定方案，確定采用的材料，確保材料滿足安全需要，型鋼質量滿足國家標準。螺栓連接件采購正規廠家產品，并附質量保證資料，焊接位置必須經過檢查并合格。方案需要論證，并報公司技術、安全部門審核批準后再報監理、業主審批，整體制作完成后需要檢測、試驗，合格后方可使用。

(3)使用管理

吊籃制作完成及平臺安裝完成，經檢查合格后，交付班組使用。使用前必須對操作人員進行培訓交底，合格后方可上崗，不得更換未培訓人員使用平臺及操作桁車。施工時必須設置安全繩、安全鎖，桁車遙控器必須掌握在操作人員手中，嚴禁外人操作而產生意外。每天施工前對平臺及吊籃進行檢查，查看鋼絲繩、卡扣、安全繩、安全鎖、連接螺栓、焊接部位及圍欄擋板是否完好，對連接螺栓、鋼絲繩、卡扣等進行緊固，消除隱患。工具及使用材料必須放置在平臺或吊籃內部，防止墜落產生危險。由于處于高處作業，故作業區域內必須設置臨時圍欄及警示牌，并安排專人監護，避免高墜打擊。移動式操作平臺搭,拆及施工登高作業過程中,貫徹執行安全生產方針,國家技術經濟政策,做到技術先進,經濟合理,安全適用,確保質量,按照《建筑施工高處作業安全技術規范》(JGJ80-91)執行[1-2]。

3.4 安全管理

本工程特點是高處作業工作量大,作業環境復雜多變,手工操作勞動強度大,多工種交叉作業危險因素多,極易發生事故。建立健全各級人員施工現場安全責任制，確保各級人員的安全責任。結合過程情況，編制施工方案，制定相應的安全技術操作規范。當使用廠家生產的產品時，檢查、閱讀合格證書及安裝、使用和維護說明書等有關資料。平臺、吊籃升降機作業時，由經過培訓的人員專門負責，并相對固定，如有人員變動必須重新培訓熟悉作業環境。作業前必須進行安全教育和安全交底，有書面記錄，履行簽證手續。

檢查、維護方面，平臺、吊籃在投入使用前必須經動作檢驗(升降)安裝，并按設計使用要求進行荷載試驗，驗收合格后方準投入使用。使用過程中定期檢查和維護。按照安全生產責任制，由作業人員履行日常檢查，定期檢查制度，由專職人員進行檢查。定期檢查應有記錄，履行簽字手續，定期對平臺、吊籃進行保養，確保符合要求再投入使用。

3.5 經濟分析

(1)測算使用機械臺班費用

①各類支吊架安裝測算需要高空平臺車臺班約60個；橋架、管道安裝約需要臺班100個；照明系統敷設約需要臺班60個；電纜敷設約需要臺班60個；支吊架及管道涂刷面漆約需要臺班20個。合計約需要使用機械臺班300個，每個臺班詢價為700元，此項需要支出210 000元。此外，還需要使用至少4臺剪刀式升降機，時間按照4個月計算，剪刀式升降機每臺每月租賃費2500元，此項支出需要40 000元。

②大跨距橋架定制與普通橋架價格略高，但考慮節約人工成本，此項可以忽略不計。

以上總計約需要支出250 000元。

(2)測算使用制作吊籃及搭設平臺費用

①搭設2個平臺材料、人工合計約需要5000元；平臺重復使用，拆裝約需要人工費2500元；完工后拆除約需要人工費1000元。以上合計需要支出不超過10 000元。

②吊籃制作每個約需要2000元，制作10個吊籃，約需要支出20 000元。

③桁車無法到達位置，需要使用機械臺班預估：需要高空平臺車臺班約50個，費用35 000元；剪刀式升降機2臺，使用2個月，費用10 000元。

以上總計約需要支出75 000元。

兩種方案對比：250 000元>75 000元，制作吊籃和搭設平臺比使用機械更經濟。

4 結語

采用桁車搭設平臺及桁車下掛吊籃施工，對于施工高度高、空間大、場地情況復雜的機電安裝項目施工，其在安全性、經濟性及工期方面具有一定優勢。一種為便于組裝安全且經濟的桁車平臺，另一種為安全經濟的組合吊籃，這兩項現已獲得國家知識產權局專利申請受理。