狹小空間內的主題飾面燈光塔整體安裝技術研究

朱佳杰

（上海建工集團股份有限公司，上海 200080）

0 引言

本文主要通過提出一套創新的設計與施工方案，可解決狹小空間內主題飾面燈光塔的整體安裝問題。通過結合BIM 技術和有限元分析軟件，實現了精確的胎架設計，有效應對了復雜的現場條件和嚴格的外飾面保護要求，顯著提高了施工效率，保障了施工安全，同時最大限度地減少了對已有建筑環境的影響。

1 工程概況

某大型主題樂園的擴建項目，占地面積約為23090m2，總建筑面積約為11518.11m2，共有兩個建筑單體。其中游樂設施單體的建筑面積為10080.72m2，建筑高度為14.1m。在該建筑單體的屋面上共有19 座有主題飾面的燈光塔，最重的燈光塔質量約為8.2t，最高的燈光塔高度約為14.6m。燈光塔由主鋼結構、次鋼結構、外飾面（帶主題上色效果的鋁板和玻璃鋼）和演藝燈具組成。

2 施工技術難點

（1）該單體的屋面形式為鋼結構屋面，屋面防水保溫體系為一道隔汽層+100mm 厚巖棉保溫層+二道3mm 厚高聚物改性瀝青類防水卷材+一道4mm 厚自帶碎石顆粒改性瀝青防水卷材保護層。根據材料性能，整個屋面防水保溫體系完成后是具有一定柔性的，這類暴露式防水卷材同時作為屋面保護層，并不適合在其之上進行動火作業、腳手架搭拆作業和大量人員通行，而19 座燈光塔若采用現場拼裝的方式，則不可避免的產生主鋼和次鋼的焊接作業、腳手架搭拆作業、較長周期內人員通行情況，不利于屋面防水卷材的保護，易造成漏水隱患。

（2）燈光塔周邊的其他建筑元素很多且距離非常近，例如，作為外飾面效果的主題植物（由鋼結構框架和帶噴涂油漆的金屬網組成），是和燈光塔交錯布局的，其中最近的主題植物與燈光塔僅有20mm 距離。這種極度狹小的空間，無論燈光塔施工還是主題植物施工，對腳手架搭設或者整體吊裝的要求都非常高。除兩者各自的安裝方式，還必須從各方面來綜合考慮兩者的安裝順序，以避免出現后者安裝過程中無法解決的問題。

（3）由于19 座燈光塔的安裝工況各不相同，若采用吊裝的安裝方式，需要分別設計滿足其工況的運輸和吊裝胎架。而個別燈光塔的外飾面是一圈連續的，背后沒有外露的主鋼結構供胎架連接。如果按照常規的胎架體系設計，外飾面表皮不得不被胎架連接件穿透。但業主為了確保最終外飾面效果，要求游客可見的燈光塔部位不允許有開洞后修補的情況，這對整體吊裝中的胎架設計體系提出了更高的要求[1]。

3 解決方案

結合各方面情況與限制，考慮到為減少現場施工對屋面防水的影響，減少對塔吊占用的窗口期，同時增加預制率和裝配率來加快屋面整體施工進度，決定采用燈光塔主體結構、外飾面次鋼結構、外飾面表皮和燈光一體化的整體拼裝和吊裝方案。在整個施工環節，即深化設計、整體拼裝、運輸和吊裝，實現“四位一體”裝配式施工。

3.1 整體拼裝

3.1.1 場地要求

在整體裝配式施工的前提下，燈光塔吊裝完畢后，現場已不具備調整外飾面效果的操作性和可能性，因此工廠驗收環節的重要性愈發顯著。鑒于19 座燈光塔在建筑單體上的最終位置和布局，采取了一系列巧妙的措施來較為精準的展現實際吊裝后的效果，并模擬出游客的視覺與觀感體驗，例如，①尋找合適的整體拼裝基座點位，使業主能夠在35m、45m、50m 的距離分別對燈光塔整體藝術效果進行目視驗收。②施工過程中，不能有任何建筑物遮擋或反射陰影在游客可見區域的燈光塔表面。③燈光塔需滿足坐北朝南，還原太陽光線東升西落時照射在高塔上的效果。

綜上，在加工廠附近另外租借了一塊場地以滿足以上要求。

3.1.2 整體鍍鋅

燈光塔作為坐落在屋面上的十幾米高的塔式結構，其主鋼結構在焊接拼裝過程中的質量是十分重要的，必須要嚴格把關控制。由于主鋼結構的構件數量眾多，若采取傳統的分件鍍鋅后再焊接的方式，不僅會造成大量的打磨與補鋅工作，還可能影響結構的整體性和耐久性。為了解決這一問題，提出了一種創新的工藝方式：將主鋼結構的所有構件先行組裝拼接，確保整體性和精確度，再利用一個13m 長、3m 寬、2m 深的專用鍍鋅池，對已拼接完成的整體鋼結構進行一次性全浸鍍鋅處理。這種方法不僅顯著減少了后續打磨、焊接和補鋅的工作量，而且實現了鍍鋅層的均勻性和連續性，從而大幅提升了結構的防腐性能和工期效率[2]。

其中值得注意的問題如下：燈光塔主鋼結構的構件數量較多，在整體拼接后鍍鋅，需要留設的流鋅孔數量也非常多，增加了后期修補流鋅孔的工作。另外，在現場吊裝的過程中發現19 座燈光塔的重量均超過原本設計計算的重量，經追溯才發現，燈光塔較復雜、多轉折的主鋼結構形式，在整體鍍鋅的過程中會殘留較多鋅液在內，造成了重量的增加。

3.1.3 最終效果調試

在順利完成主鋼結構、次鋼結構、鋁板、玻璃鋼的整體拼裝和主題上色后，為確保燈光塔的夜間效果與創意意圖相符，配合業主采用無人機拍攝技術進行驗收。通過無人機多角度、多高度捕捉各個方位的燈光塔，供業主評估整體光影布局和特定的細節效果，為今后游客的夜間體驗增加更多的可能性[3]。

3.2 胎架設計

在整座燈光塔的深化設計、加工拼裝和運輸安裝的環節中，胎架設計是最重要也是最具挑戰性的任務。下文以B2 燈光塔為例進行分析。

B2 燈光塔周邊距離最近的主題植物僅85mm，如圖1 所示，由于該主題植物的特性和受到其周邊環境和工況影響，只能在現場搭設腳手架安裝，因此B2 燈光塔的安裝要在主題植物安裝完成后進行，B2 燈光塔的胎架設計和現場吊裝必須要克服狹小空間這一極度不利的前置條件，來滿足對自身外飾面和對主題植物的成品保護要求。

圖1 B2 燈光塔（帶胎架）與周邊建筑元素最近距離

利用Madis Gen 軟件，對胎架框架的設計進行了嚴格的合理性審核。通過模擬與分析，對整個吊裝流程以及車輛卸載翻轉過程中的結構穩定性、外觀完整性進行了全面評估，軟件精確計算了吊索具在作業過程中的內力分布、撓度變化、彎矩效應以及應力比，確保在吊裝操作中，燈光塔的結構框架、外飾面表皮和吊裝機械設備均處于最佳安全狀態[4]。

通過BIM 設計和有限元分析技術，將精確的模型預測與實際場景相結合，不僅進一步提升了胎架設計的安全性，還使得后續的運輸和安裝過程擁有了堅實的可靠保證，也最大程度地減少任何潛在的風險。

個別燈光塔造型迥異，其重心偏離了整體結構的中心線，這對胎架設計和吊裝過程中的穩定性提出了額外的要求。在常規胎架的基礎上，設計并加裝了柔性軟抱箍，并輔以張拉的拉索系統，來確保整體穩定性。

個別燈光塔的外飾面是一圈連續的，背后沒有外露的主鋼結構供胎架連接，在外飾面不允許被穿透的情況下，將胎架調整為吊耳形式。但選擇吊耳的位置時，除了要保證其結構強度和滿足受力要求外，還必須考慮到吊耳在移除后，其留下的痕跡是否會暴露在游客視線之內。為此，運用BIM 動畫技術模擬游客視角，來確保吊耳形式不會影響燈光塔外飾面效果和游客體驗。

通過以上幾種定制化的胎架設計方案，確保了每座燈光塔在吊裝時都能保持平衡和穩定。通過詳細的計算和設計上的創新，在確保安全的基礎上，提供了相對應的支撐系統，以適應這些燈光塔獨特的形狀和結構要求。

3.3 現場吊裝

對于燈光塔這類整體拼裝后吊裝的大型高聳構件，在運輸期間采用平放方式以提高安全性，至現場最終進行立式安裝前，必須經歷一個翻身的過程。鑒于燈光塔自身的結構高度和穩定性要求，單一吊裝設備很難保證翻身動作的平穩性和安全性。因此采用雙機抬吊策略，結合塔吊和汽車吊的優勢，協同完成燈光塔的翻身豎立工作[5]。塔吊提供主要的垂直起吊力，而汽車吊則負責調整角度和穩定結構，這種配合方式能夠均勻地分布吊裝過程中的力，有效減少了燈光塔在翻身過程中重心移位而可能產生的外飾面變形，也同樣避免了對燈光塔底部造成損傷。燈光塔卸車的翻身豎立照片如圖2 所示。

圖2 燈光塔卸車的翻身豎立照片

繼續以B2 燈光塔為例：B2 燈光塔重約4.3t，胎架作為起吊措施，附著于主鋼結構，附著胎架后重量約為6.2t。起重吊裝時，使用扁擔梁進行輔助吊裝，吊索具配置為兩側各兩根7m 的10t 吊帶，B2 燈光塔配上吊索具扁擔梁后總重約8.5t。

雙機抬吊的80t 汽車吊，輔助半徑控制在12m 內，最大起重量約16.8t>8.5t，塔吊吊裝半徑控制在45m內，最大起重量約為12.8t>8.5t。塔吊將B2 燈光塔翻身豎立后，將其置于現場臨時基礎上，檢查并清洗外飾面表皮。

一切準備就緒后，利用登高車重新掛鉤，由塔吊單機吊裝至屋面。吊裝時緩慢移動，操作人員通過溜繩控制燈光塔在空中的位置，臨近安裝位置時，塔吊司機要與指揮緊密聯系，通過溜繩牽引移動，緩慢靠近最終位置。B2 燈光塔靠近主題植物的一側，提前布置了泡沫板，防止B2 燈光塔在最終就位過程中因風力或操作原因碰撞到主題植物。就位后燈光塔底部鋼柱端板與屋面預留結構端板緊密貼合，通過高強螺栓連接固定。燈光塔吊裝如圖3 所示。

圖3 燈光塔吊裝

吊裝工作完成后，接下來的難點是拆除與燈光塔主鋼結構相連的吊裝胎架。實際采用的吊裝胎架和主鋼結構之間的連接形式包括焊接連接和法蘭螺栓連接兩種。

通過法蘭螺栓連接的，以B2 燈光塔為例，分為上下兩層法蘭，下部法蘭通過搭設操作平臺來拆除，上部法蘭需從燈光塔內部登高至胎架連接位置處拆除。B2燈光塔內部空間為1.7m×1.4m，除去主鋼結構占位，內部仍有0.5m×0.5m 的空間滿足人員上下通行和拆除工作。在燈光塔內部的主鋼結構上設置爬梯，由主鋼結構加工時直接焊接在背部，爬梯采用25mm×25mm×2mm的方鋼作為橫桿，以滿足現場登高作業，該部分爬梯作為永久結構留在塔樓內部。

通過焊接固定的，要求在拆除胎架前必須精確切割連接部位。在切割最后一個焊點時，由于應力的突然釋放，胎架會發生劇烈晃動，存在撞擊到燈光塔的風險。為了防范這一風險，在燈光塔主鋼結構與胎架之間設置了限位裝置。這些裝置能夠有效控制胎架在切割點斷開后的運動范圍，防止其對燈光塔造成意外沖擊。

由于個別燈光塔結構本身較高，直接向上吊起胎架時所需的垂直空間超過了塔吊的最大作業高度。為克服這一問題，在綜合考慮周邊環境和吊裝工況后，采用側向平移的拆除策略，胎架先沿水平方向平移出燈光塔范圍，再通過塔吊進行垂直吊裝，順利解決高度限制問題。

4 結語

總結而言，本文的研究成果不僅為類似工程提供了可靠的施工模板，還推動了建筑工程技術的創新發展。特別是在綠色施工方面，整體裝配式施工大幅減少了現場作業所需的材料浪費和建筑垃圾的產生，同時降低了施工過程中對周邊環境的影響，有助于實現建筑項目的可持續發展目標。未來這些技術的應用將為主題樂園建設和其他建筑項目帶來更廣闊的發展前景，也將加速行業向綠色、環保、高效的建筑施工模式轉變，促進整個社會的可持續發展。