躍層電梯在超高層建筑施工中的應用

屠春軍

上海建工一建集團有限公司 上海 200120

1 工程概況

項目位于西南高海拔地區(qū)的省會城市市中心，擬建一棟高349 m的甲級寫字樓，地下4層、地上63層，總建筑面積約22.3萬 m2。塔樓為鋼混凝土框架-核心筒混合結構體系，鋼筋混凝土核心筒外圍為18根巨型柱，核心筒外框樓層板為鋼梁-壓型鋼板結構系統(tǒng)，設3道桁架層。

本工程建設周期要求41個月，基礎筏板開始至主體結構封頂29個月完成，封頂至竣工驗收投入使用12個月。

本工程地下室單層面積約5 000 m2，地上標準層面積約3 200 m2，施工電梯共配置4臺雙籠電梯，其中1臺為地下室服務，1臺為核心筒服務，2臺為塔樓主體服務，另配置2臺躍層電梯為塔樓主體服務（圖1）。

圖1 臨時電梯平面布置示意

2 躍層電梯的概念

躍層電梯是在建設施工周期內(nèi)常規(guī)選用消防電梯井道作為臨時施工電梯，當結構封頂且電梯機房完工后，將新的電梯曳引機、控制柜等機房設備安裝在最終機房內(nèi)，更換相應部件后即可轉換為建筑物的永久使用電梯。

躍層電梯應用的理念：在工程建設前期，當樓層處于低樓階段時，在永久消防電梯井道內(nèi)安裝電梯整套系統(tǒng)，利用自行爬升的臨時機房，每次跳躍若干層，即結構樓板每上升若干樓層，電梯機房便向上跳躍一次。完成跳躍后，可以將電梯作為臨時施工電梯投入運行。該安裝方式可與建筑高度同步遞增，特別適用于建筑工程施工周期較長的工程[1-6]。

每次躍層的樓層數(shù)根據(jù)各工程的需要自行確定，根據(jù)經(jīng)驗跳躍樓層數(shù)以8～10層為最佳，此時躍層電梯的跳躍周期較為合理，且能保證過程中臨時電梯使用的最高效率。

3 躍層電梯安裝技術

3.1 躍層電梯的選擇與系統(tǒng)構造

躍層電梯既作為建設周期時的臨時施工電梯，又作為建成后的永久電梯，其選擇必然需要與永久電梯進行綜合考慮。常規(guī)情況下，考慮將為建筑物的整體服務樓層覆蓋范圍最多的電梯作為躍層電梯的首選。

本工程根據(jù)分析研究，最終確定消防電梯作為躍層電梯的首選，覆蓋范圍為地下室B4層～63層最高層（圖2）。躍層電梯的系統(tǒng)構造如圖3所示。

圖2 躍層電梯的立面示意

圖3 躍層電梯系統(tǒng)構造示意

3.2 躍層電梯的安裝流程

1）在臨時機房上層設置保護層，該保護層分為防墜板和防水板，因此要求至少在使用電梯的樓層以上5層設置保護層。防墜板設置在結構的最頂層，采用承重型材料組裝，受力點依托在結構本體上，主要目的是防止重物直接掉落砸傷破壞機房。防水板設置在結構的第2層，采用非承重型防水材料，同時必須保證整體結構防水防塵的密閉性，主要目的是防止雨污水、灰塵等通過結構縫隙掉落機房，影響設備正常運行。同時，也是安裝平臺的懸掛點和限速器安裝位置。

2）安裝平臺：在井道內(nèi)垂直移動，安裝導軌和廳門。在臨時機房提升前，將臨時機房起吊梁提升至預定位置。臨時機房起吊梁和隔離平臺用以提升臨時機房，且對井道實施隔離，將井道隔離為上部安裝區(qū)域和下部電梯運行區(qū)域。控制柜、馬達、隨行電纜存儲裝置安裝于臨時機房內(nèi)。臨時機房帶自提升裝置，借助臨時機房起吊梁可自行提升（圖4）。

圖4 臨時機房設置示意

3）轎廂：為正式電梯的轎廂，但針對躍層電梯附加了反繩輪和限速器鋼絲繩存儲裝置。轎廂內(nèi)側采用臨時保護措施保護電梯內(nèi)側，廳門外側采取半永久防水、防塵措施，以免樓層污水垃圾等流入井道影響坑內(nèi)設備（圖5）。

圖5 電梯轎廂和廳門示意

4）臨時底坑平臺在安裝臨時機房和轎廂時使用，之后拆除。鋼絲繩存儲裝置位于B4和B3層廳門外，存儲曳引繩和補償繩（圖6）。

圖6 電梯儲備鋼絲繩

5）躍層電梯首次安裝完成后，向當?shù)氐氖袌霰O(jiān)督管理局特設科申報改造，由當?shù)氐奶胤N設備研究中心進行驗收。驗收主要分為技術資料和電梯安全檢測，電梯安全檢測包含7大項，驗收合格后發(fā)放使用證明。

3.3 躍層電梯的跳躍原理

躍層電梯自提防護裝置是將已完成的部分井道臨時封閉，利用塔吊或者提升梁設置吊點，并將2道保護層分別組裝在提升梁及固定梁上，再通過吊索提升躍層電梯的整體配件。

單次躍層完成后的電梯可在已封閉的井道覆蓋范圍樓層內(nèi)運行，進行施工材料、設備和人員等垂直運輸，兼作施工電梯使用；待上部井道結構完成一定數(shù)量的樓層，再次提升臨時保護層等進行躍層，再次安裝調(diào)試運行。以此類推，直至結構封頂后，將臨時機房的設備提升轉換為永久性機房，更換相關磨損性配件，再次安裝與調(diào)試，即轉換為建筑物永久的使用電梯。

具體流程如下：

1）正常施工狀態(tài)下，由控制機房的固定梁將電梯整體固定于主結構之上，電梯轎廂在曳引機房電機的動力下正常工作（圖7）。

圖7 跳躍流程1、2

2）提升前，躍層電梯停止使用，電梯仍通過控制機房的固定梁承載自身結構質量。此時，斷開提升梁與主結構連接，利用上部設置和曳引機房的卷揚機將提升梁提升至上部樓層。

3）提升梁提升至相應樓層到位后，將其固定于主體結構之上。

4）斷開控制機房固定梁與主體結構的連接，利用已固定完成的提升梁和卷揚機，反向以提升梁為支點，將控制機房、曳引機房、電梯轎廂提升到位（圖8）。

圖8 跳躍流程3、4

5）到達預定位置后，將控制機房固定梁與主體結構連接，提升完成。

3.4 轉換至正式電梯

當躍層電梯完成最后一次的跳躍后，先行拆除臨時機房起吊梁和隔離平臺、安裝平臺以及第2/3層保護板，再將正式電梯馬達、控制柜利用塔吊吊運至屋面，再駁運至機房內(nèi)。

在機房內(nèi)安裝完成馬達、控制柜之后，利用起重葫蘆將轎廂和對重懸掛在井道內(nèi)，然后依照躍層電梯安裝步驟反向順序，依次拆除鋼絲繩、隨行電纜、臨時馬達、臨時控制柜、臨時機房自提升裝置、隨行電纜存儲裝置、臨時機房。

在機房內(nèi)安裝正式鋼絲繩、正式隨行電纜，然后松開懸掛轎廂和對重的起重葫蘆，使轎廂和對重懸掛于正式鋼絲繩上。拆除井道和底坑內(nèi)臨時裝置和廳門口的鋼絲繩存儲裝置，最后安裝B4和B3層的廳門。

再次對所有部件進行檢查，合格后開始調(diào)試和試運行，通過政府驗收后投入使用。

4 實施效果

4.1 轉換正式電梯的效果

本工程躍層電梯為達到更多周期內(nèi)作為臨時電梯使用的目的，根據(jù)施工數(shù)據(jù)以8～10層跳躍一次，后期超過10層以上可采取連續(xù)躍層連續(xù)驗收的方式，以達到快速驗收轉換為永久電梯的目的。

類似的超高層消防電梯安裝周期為6～7個月，而采用躍層電梯轉換成正式電梯僅需40～45 d，極大地加快了安裝進度。

4.2 與臨時電梯的運輸效能對比

躍層電梯運行速度遠高于臨時施工電梯（躍層電梯4 m/s，轉換為正式電梯后6 m/s，而臨時施工電梯僅1 m/s），運輸效率高于臨時電梯，在上下班高峰期間尤為明顯。

實際使用過程中，在33～61層（高層區(qū)間）施工階段，躍層電梯白天作為施工人員運輸專用梯，晚上作為材料運輸專用梯，極大提高了塔樓垂直運輸效率，如表1、表2所示。

表1 高峰期運輸容量與效率統(tǒng)計對比

表2 電梯功能性對比

4.3 躍層電梯的管理措施

1）本項目共有2臺躍層電梯，第2臺電梯的躍升須安排在第1臺電梯完成躍升后7 d內(nèi)執(zhí)行；第2臺電梯開始躍升時，第1臺電梯必須已完成躍升，達到使用的階段。每臺躍層電梯的躍升在36 h內(nèi)完成，躍升安排在周末執(zhí)行，盡量避免影響建設工期。

2）在塔樓建設到10層時，即可移交電梯井道并開始電梯安裝工作，待電梯安裝完畢并通過驗收后即可投入使用。在建設過程中，躍層電梯可跟隨塔樓高度往上提升，滿足塔樓垂直運輸?shù)囊蟆?/p>

3）在塔樓封頂后，躍層電梯僅需一個多月的調(diào)整安裝，即轉換為正式永久電梯投入使用。相比傳統(tǒng)的永久電梯安裝方式，安裝時間大大縮短。

4）本工程2臺躍層電梯自從2017年12月投入使用以來，在現(xiàn)場復雜環(huán)境下已連續(xù)安全運行21個月（其中，躍層時間階段12個月，永久電梯9個月），并保障塔樓于2019年9月順利實現(xiàn)竣工驗收，為塔樓的垂直運輸方面做出了巨大貢獻。

5）制定躍層電梯可運輸材料的進場計劃，采取分區(qū)段晝夜合理化運輸，濕作業(yè)材料、大型材料原則上在外圍臨時施工電梯拆除前提前進場。

6）躍層電梯自帶臨時電梯管理系統(tǒng)，根據(jù)工程需要由管理方對電梯運行樓層等進行控制，避免人為因素的干擾，可采取單雙號或低高區(qū)等分區(qū)管理，極大提高電梯運行效率。

5 躍層電梯的應用前景

躍層作為一種新型的電梯安裝技術，不受任何氣候影響，在使用過程中具有更高的施工效率和更便利的施工運輸。在主體結構封頂后，可快速從臨時電梯轉換到建筑永久電梯，而高層建筑中電梯安裝時間往往占用安裝周期最長，與常規(guī)方法相比，可節(jié)約6個月的建設工期。

躍層電梯越早投入使用，使臨時電梯越早具備拆除的條件，為塔樓外墻完整封閉創(chuàng)造了先決條件，也為工程提前整體竣工奠定基礎。

躍層電梯的安裝技術理念是專為建筑工程施工周期較長、用戶急需電梯投入運行、竣工營業(yè)周期較短等要求而設計的，雖然相對投入設備成本較高，但間接達到降低建設成本、節(jié)約工期、加快投資回報的目的。