大型醫療項目中塔吊的智慧管理與工效分析

王 偉，趙書東，王志濱，明 皓，崔建波，何 棋

（北京城建集團有限責任公司，北京 100088）

0 引言

項目的生產要緊緊圍繞施工生產五要素“人、機、料、法、環”進行，機械的科學管理和工作效率直接關系到現場生產進度，進而影響形象進度及產值。塔吊的主要作用在于解決施工現場垂直運輸的問題[1]，屬于起重設備中的高危特種設備。其主要結構包括地基、基礎節、標準節拼裝的塔身、平衡臂、平衡重、回轉塔架、轉臺、起重臂、塔頂等部分，通過塔式起重機各部分的配合進行起升、變幅、回轉下降等動作完成運輸作業[2]。隨著建筑行業的現代化，信息化管理水平不斷提高，特別是在大規模的建筑群中，需要更加科學有效的進行塔吊、塔司的管理及塔吊工效的分析。

目前，關于塔吊受力分析與安全監控方面的研究已相對成熟，但是關于在實際工程應用的智慧化管理與工效分析的研究較少，特別是在大型醫療項目與鋼結構中的應用與施工方面。本文結合北京安貞醫院通州院區建設項目對大型醫療項目中的塔吊進行智慧化管理與工效分析。

1 工程概況

北京安貞醫院通州院區建設項目為北京市重點工程，總體規模34 萬m2，建筑高度最高為49m。本工程動物實驗樓與地下室為鋼筋混凝土框架結構，地上為鋼結構+屈曲約束支撐結構。根據塔吊布置原則及結構分布情況現場共布置9 臺不同型號的塔吊。其中行政辦公區為地下一層，地上兩棟8 層，一棟4 層，一棟3 層，布置3 臺ZTT7530 塔吊；綜合醫療區地下兩層，且面積較大，故分為東、西兩個區布置塔吊，東區全部為低層裙樓共布置3 臺ZTT7530 塔吊，西區有兩棟10 層高住院樓，故布置2 臺ZTT8041 塔吊，輔以1 臺ZTT7530塔吊。

2 塔吊的智慧管理

2.1 塔吊智能化設施配置

本項目塔吊安裝了吊重傳感器、高度傳感器、變幅傳感器、無線通信模塊、攝像頭等，通過云服務器將數據、監控視頻等實時傳送至BIM+智慧工地數據決策系統。經過智慧工地管理平臺進行精準運算分析，得出科學合理的監測、工效、視頻等數據，并在PC 端、移動端進行展示。

2.2 塔吊可視化吊鉤

塔吊吊運時通常存在視線距離遠、隔物吊、溝通難等情況，現場極易因溝通不暢、盲吊等情況而產生安全隱患。本項目塔吊吊鉤安裝監控實現吊鉤可視化，塔司可以現場實時查看吊鉤運行狀態，避免因視線、溝通等問題造成安全隱患，同時大幅提高吊運效率。管理人員可通過遠程客戶端，隨時隨地查看各塔吊現場吊運情況，有效提高管理效率。

2.3 塔吊監測

塔機監測系統，可數字化顯示現場塔機的幅度、高度、重量、傾角等運行數據，塔司可實時查看吊物情況，做到提前預判，大大的消除了安全隱患。一旦塔吊操作過程中發生不安全行為，進行實時預警，塔司根據警報，可按規定操作及時將隱患排除。另外運行記錄和報警信息實時上傳到智慧工地系統，便于管理人員遠程監管和信息留存。管理人員可根據相關預警信息的統計整理，對經常出現預警的塔司進行針對性的教育和交底，也能對塔吊的檢修、隱患排查提供有力依據。

3 塔吊的工效分析

3.1 土建施工階段

本工程地下結構建筑面積10.5 萬m2，主要材料鋼筋為2.8 萬t；混凝土為20 萬m3。塔吊主要以鋼筋、模板、木方、盤扣等材料的吊運為主。根據計劃安排，土建施工階段時間為2021 年5—8 月，工期較緊張。為保施工進度，前期現場9 臺塔吊全部安排3 名塔司，實行24h 工作制。

3.1.1 塔吊吊次分析

通過智慧工地管理平臺數據統計分析，得出5 月份各塔吊吊次如圖1 所示。由圖1 可知，5 月份9 臺塔吊共計30d 吊次超過100 次，工作24h；且5 月中下旬進入豎向結構以后現場9 臺塔的吊次均出現明顯降低。

圖1 5 月份各塔吊吊次

選取最繁忙的1 號塔吊作為分析對象，5 月每天吊次如圖2 所示。

圖2 1# 塔吊5 月份每天吊次

根據圖2 數據統計分析得知，1 號塔只有9d 工作超100 次，平均每天吊78 次；5 月中旬以后吊次明顯下降，閑置時間較長，達不到24h 工作狀態。基于數據分析和現場實際情況，項目部立即調整方案在6—8 月份每臺塔吊減少一名塔司；考慮到現場部分區域可能需要24h 工作，配備了2 名機動塔司（ZTT8041 塔、ZTT7530塔各1 名）以滿足加班使用，減少項目成本。

3.1.2 塔吊工效分析

綜合5—8 月份數據進行分析，取代表性較強的7#塔吊（ZTT8041 塔吊，地下兩層使用，吊次最多塔）和9#塔吊（ZTT7530 塔吊，地下一層使用，吊次最少塔）進行分析。

7#塔吊（現場最大塔吊，型號ZTT8041，臂長80m，最大起重26t，最小起重4.1t）覆蓋區域為地下兩層，覆蓋建筑面積約29000m2，配備3 名塔司。

5—6 月份塔吊每天工作時間T7=18h，平均每天吊次N7=97 次，每吊使用時間可用公式“t7=T7/N7”表示，帶入相關數值得t7=11.2min。5—8 月份中每天最多吊108 次，最少吊90 次，吊次比較平穩，符合前期施工部署和計劃工期要求。

9#塔吊（現場最小塔，型號ZTT7530，臂長70m，最大起重18t，最小起重3.32t）覆蓋區域為地下一層，覆蓋建筑面積約6800m2，配備2 名塔司。

5—6 月份塔吊每天工作時間T9=12h，平均每天吊次N9=35 次，每吊使用時間可用公式“t9=T9/N9”表示，帶入相關數值得t9=20.6min。5—6 月份中每天最多吊39 次，最少吊31 次，吊次較少，塔吊工作效率較低。而7—8月份塔吊每天工作時間T9=12h，平均每天吊次N9=59 次，每吊使用時間可用公式“t9=T9/N9”表示，帶入相關數值得t9=12.2min。7—8 月份中每天最多吊68 次，最少吊50 次，吊次較少，塔吊工作效率較低。

綜上所述，通過工效分析，可看出5—6 月份現場存在部分塔吊工效較低的情況。為保證塔吊的利用率，項目部制定相關制度，通過智慧平臺對每名塔司的工作時長、工作效率進行每天排名，指定獎罰制度。通過項目工程管理與智慧平臺管評結合，充分調動了塔司的積極性，7—8 月份各個塔吊工效有明顯提升，最終土建結構提前15d 出正負零，即提前完成計劃。

3.2 鋼結構施工階段

3.2.1 工期分析

本工程鋼結構共計3.4 萬t，合同工期從2021 年8月底開始至2022 年1 月底封頂，其中南區2021 年11月底完成，北區裙樓計劃2021 年11 月底完成，北區主樓計劃在2022 年1 月底完成。根據塔吊布置和結構分布情況，項目部在鋼結構吊裝前通過計算對工期進行了分析。

北區裙樓工期分析：北區裙樓共4 層，6 臺塔吊參與吊裝，共有梁、柱構件12773 根，即需要12773 吊次。構件吊裝每吊次按ts=30min 計算，有效吊裝時間按18h 計算，每臺塔吊配3 名塔司。則需要絕對吊裝天數T=12773/0.5/18/6=60d，通過常規經驗，2021 年10 月底可以完成。

北區主樓工期分析：北區主樓共十層，五層及以上3 臺塔吊參與吊裝，共有梁、柱構件5349 根，即需要5349 吊次。按上述計算方法需要絕對吊裝天數T=50d，通過常規經驗，2021 年12 月底可以完成。

南區工期分析：南區共有梁、柱構件3689 根，其中教學樓1288 根，科研樓1832 根，會議中心569 根。每棟樓配一臺塔吊，教學樓、科研樓、會議中心分別按照12h、15h、8h，計算分別需要54d、61d、36d，2021 年10月底可以完成。

經計算，現場布置的9 臺塔吊可以按合同工期提前1 個月完成。按照工期計算及分析，項目部重新制定了鋼結構施工計劃：北區裙樓及南區10 月底完成，北區主樓12 月底完成。

3.2.2 塔吊工效分析

根據平臺數據分別選取低層3#塔吊、中層10#塔吊、高層5#塔吊作為常規塔吊進行塔吊工效分析。9—10 月份10#塔吊每天有效吊裝時間T10=12h，平均每天吊次N10=37 次，每吊使用時間可用公式“t10=T10/N10”表示，帶入相關數值得t10=19.5min。

9—10 月份3#塔吊每天有效工作時間18h，平均每天吊次N3=53 次，每吊使用時間可用公式“t3=T3/N3”表示，帶入相關數值得t3=20.4min。

9—10 月份5#塔吊每天有效吊裝時間T5=18h，平均每天吊次N5=58.5 次，每吊使用時間可用公式“t5=T5/N5”表示，帶入相關數值得t5=18.5min。

通過9—10 月份塔吊工效計算，塔吊每吊次約20min，比計劃時間少約10min，現場應比計劃提前約20 天，但因土建鋼筋、樓承板、機電管線、鋼結構施工材料等占用了塔吊部分時間，實際基本按照原計劃工期完成，并無提前，若按照此進度持續1、2 號住院樓鋼結構的吊裝，且考慮冬季施工的降效，主體結構封頂將在2022 年1 月初完成。

項目部考慮到2021 年冬天可能為寒冬，降低冬季施工的措施費用，且綜合分析了塔吊、吊車的使用費用，決定調整施工部署，計劃在12 月初完成鋼構吊裝，為混凝土澆筑創造條件。因按現有3 臺塔吊無法滿足工期，故在11 月份增加兩臺150t 汽車吊進行1、2 號住院樓吊裝，最終在12 月11 日結構封頂，提前20d 完成。設備具體費用計算如下。

使用2 臺汽車吊一個月時間費用：2 臺×7 萬元/月=14 萬元。

節省2 臺ZTT8041 塔吊和1 臺ZTT7530 塔吊使用時間費用：2 臺×14.75 萬×20/30 月+1 臺×8.1 萬×20/30月=25 萬元。

共節省費用：25-14=11 萬元，且提前20d 結構封頂，減少了工期。

4 結語

本文結合安貞醫院通州院區的實際情況，對現場塔吊進行選型與布置；通過配置智能化設施、可視化吊鉤對塔吊進行智慧化管理與監測；結合智慧工地管理平臺進行塔吊工效分析，通過數據統計分析發現問題并調整策略，最終優化施工計劃，取得較好效果。得到的主要結論。

（1）塔吊智能設施可通過云服務器將數據、監控視頻等實時傳送至BIM+智慧工地數據決策系統，再通過運算分析得出科學合理的監測、工效、視頻等數據，實現塔吊的智慧化管理；吊鉤可視化可避免安全隱患，提高吊運效率和管理效率；塔機監測系統可實現提前預判和實時預警，對塔吊的檢修、隱患排查提供有力依據。

（2）通過對塔吊進行吊次分析與工效分析，及時調整計劃，在土建施工階段節省了塔吊閑置時間成本，同時工期減少15d；在鋼結構施工階段，設備節省費用11 萬元，工期減少2 個月，綜合考慮共可節約150 萬左右。地下混凝土結構施工每吊時間在12min 以內為塔吊正常工作效率，該使用時間經現場驗證可以作為塔司和塔吊工作效率考評標準；地上箱型柱+H 型鋼梁的鋼結構，鋼構件吊裝每吊次約20min。