探討超高層建筑施工技術管理

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［摘要］近年來，隨著眾多超高層建筑項目實踐，已形成一套適合超高層建筑的綜合多元施工技術，因此，對超高層建筑施工技術管理進行多元探究，探索超高層建筑與環(huán)境生態(tài)、智慧建造、創(chuàng)新技術等相關各種施工技術管理十分必要。基于此，以超高層建筑施工技術管理為例，敘述了超高層建筑施工中，技術管理在超高層建筑施工中的應用特點，為類似工程提供借鑒。

［關鍵詞］超高層建筑；智慧工地；綠色施工；裝配式建造；項目管理

隨著國家基礎建設的發(fā)展，城市用地日益緊張，超高層建筑建設步伐加快，超高層建筑因巨大的社會效益和經(jīng)濟效益受到人們青睞，許多國家和企業(yè)紛紛通過投資或建設超高層建筑展示其綜合實力。因此，對超高層建筑施工技術管理進行多元探究，探索超高層建筑與環(huán)境生態(tài)、智慧建造、創(chuàng)新技術等相關各種施工技術管理十分必要，這將對今后超高層建筑的施工技術管理起到推廣和借鑒作用。

1超高層建筑工程施工常見的特點和難點

超高層建筑大多位于城市的中心地帶，且具有奇特的外形、龐大的規(guī)模、多項新技術、新材料的應用等特點，常被確定為當?shù)氐臉酥拘越ㄖ?，這些因素給施工帶來了不少困難。本文以現(xiàn)有超高層項目工程為背景，通過解析超高層建筑施工中的重點和難點，綜合考慮各種因素，梳理出以下特點作為超高層建筑施工技術管理實施的關鍵。

1.1規(guī)模龐大，施工周期長

超高層建筑規(guī)模巨大，建筑面積達幾十萬到上百萬m2，造價幾十億元，甚至逾百億元，施工周期往往要3~5年時間。龐大的規(guī)模，超長的施工周期，不僅增加了風險發(fā)生的概率，也帶來了巨大的成本壓力。在整個施工過程中，要跨越幾個冬季和雨季甚至更多，惡劣天氣不可避免，除此之外，隨著施工高度的增加，施工環(huán)境的復雜性、惡劣性也成正比增長，作業(yè)環(huán)境對高度的增長更加復雜，這些都會給施工帶來巨大的困難。

1.2結構超高，技術含量高

超高層建筑區(qū)別于其他普通建筑最為顯著的是高度高、外形獨特、材料新穎、技術復雜，目前，我國超高層建筑施工高度已突破500m,600m大關，蘇州中南中心的高度達到729m，其他超高層建筑高度有繼續(xù)增加的趨勢。此外，有些超高層建筑雖然高度并不突出，但是造型奇特復雜。這些特點都對超高層建筑的施工技術管理提出了巨大的挑戰(zhàn)。

1.3空間狹小，專業(yè)穿插多

現(xiàn)代超高層建筑多建設于城市中心或繁華地帶，又多為商業(yè)綜合體，常集辦公、酒店、休閑、娛樂和購物等功能于一體，系統(tǒng)復雜，功能繁多。為實現(xiàn)繁多的建筑功能，系統(tǒng)無論從結構還是裝修而言更加復雜，除此之外，機電系統(tǒng)內部本身也包含龐大的復雜系統(tǒng)（包含給排水及供暖、建筑電氣、通風空調、智能建筑、電梯等），施工中更加強調協(xié)調性。建筑施工企業(yè)組織超高層建筑施工時難度極高，總包管理工作內容繁瑣，協(xié)調工作量大，要在限定的時間和空間內，優(yōu)質高效地完成所有施工內容，就要求總承包單位具有強有力的施工組織能力。

1.4行程超長，運輸量巨大

由于超高層建筑的超高層結構，工程施工運輸?shù)拇怪边\距為超長，超高層建筑的建筑面積增大，導致工程施工內容體量巨大，除帶來結構材料劇增外，也使機電安裝與裝飾工程所需的材料數(shù)量大增，眾多施工人員頻繁上下的運輸流量相當大，運輸行程長、運輸量大、運輸頻次高、運輸密集、組織工作繁重、安全防護等問題突出，垂直運輸體系的工作效率極大影響了施工速度。

1.5新技術多，新工藝繁復

超高層建筑多為設計標準較高的建筑，有些被列為城市標志性的超高層建筑更是如此，一般500m以上的超高層建筑，在設計和施工技術上都創(chuàng)造了多項國內外之最，超高層建筑中涌現(xiàn)了許多新技術。業(yè)主多對超高層的建設標準要求較高，因此在合同中明確約定魯班獎、國優(yōu)獎、綠色施工LEED金獎等施工目標。建設單位和建筑設計師為打造精品常采用當今世界最新科技成果，這又導致超高層建筑施工工藝繁多復雜。

2超高層建筑施工技術管理中應重點把握的環(huán)節(jié)

為安全、優(yōu)質、高效完成一個工程體量龐大、結構功能復雜、安裝裝飾標準高、垂直運輸困難、施工工期緊張等超高層建筑施工任務，施工總承包單位須著力解決以下幾個方面問題。

2.1目標導向，提前科學策劃總體施工部署

超高層建筑一般是城市的標志工程，社會各界對工程環(huán)境、工程質量、工程效果都有新要求、新期望，在制訂目標時，一定要有高起點、高標準。施工組織設計是工程實施的指導性文件，施工總體部署是施工組織設計的核心和靈魂，是工程順利實施的關鍵，是影響工程成本的重要因素。施工總體部署一旦經(jīng)專家論證確定，不能輕易更改，要保證工程按要求有條不紊地實施。在工程實施前，收集盡可能多的資料，要經(jīng)施工企業(yè)的專家集體討論后制訂切實可行的施工總體部署。施工總體部署的主要內容包括：確定主要工程目標；劃分主要施工區(qū)段流水；確定主要施工順序和關鍵線路；分析工程重點和難點；確定主要工期節(jié)點；選定主要施工設備；選用主要動力來源；確定現(xiàn)場交通疏導方案；確定現(xiàn)場綠色施工標準；確定項目科技創(chuàng)新目標等。主要施工順序的確定要考慮施工隊伍的能力及力量、交通道路、機械設施及周轉量的配置、后期安裝及裝飾工程的提前插入、保證聯(lián)調聯(lián)試工作的實施等因素。施工順序及關鍵線路主要考慮盡快創(chuàng)造工作面及有利于后期工作的提前插入，要考慮季節(jié)性施工給工程帶來的不利因素。重點難點分析要結合工程的結構特點、周圍環(huán)境、氣候特征、地質條件、機械及周轉料的供應等因素，找出真正的工程重點和難點，制訂有針對性的措施。主要工期節(jié)點的確定，要結合工期總體要求，充分考慮各方不利因素，以先緊后松，搶結構保裝修，重點部位提前穿插，非重點部位根據(jù)后置的原則制訂。主要設備選用要注意現(xiàn)場環(huán)境，以寧用設備不用人工，適當放大的原則，充分發(fā)揮機械設備的作用，提前考慮大型機械設備的走行路線和設備基礎的準備。

2.2前沿引領，充分運用智慧建造技術管理

隨著我國經(jīng)濟科技的不斷發(fā)展，基于經(jīng)濟發(fā)展過程中的智慧建造技術工程規(guī)模不斷發(fā)展壯大，智慧建造技術管理也處于越來越重要的地位，智慧建造技術管理在超高層建筑施工中得到廣泛的應用和發(fā)展。智慧建造技術管理系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)+技術+移動技術的模式，以施工項目現(xiàn)場管理為核心，為采用精細化協(xié)同管理的超高層建筑工程提供簡便、智能、實用的移動化辦公管理云平臺。提高項目執(zhí)行力，利用智慧建造技術管理平臺任務通知，及時地獲取反饋信息，縮短審批流程，提高工作效率。提升工程質量，利用智慧建造技術管理平臺開展項目部質量自查、工程部質量抽查、領導質量巡查、供應商及材料品牌檢查、隱蔽工程影像驗收檢查、質量問題及所在區(qū)域圖紙化標記功能等程序運用，縝密檢查各個環(huán)節(jié)，提高工程質量。節(jié)約施工時間，利用智慧建造技術管理平臺信息共享，項目成員之間可以查看各自的工作日志及計劃，有效提升項目公開透明度，節(jié)約了施工工期。保障施工安全，利用智慧建造技術管理平臺，實現(xiàn)施工現(xiàn)場動態(tài)安全管理。通過深化設計或預制加工等模型技術，附加或關聯(lián)生產(chǎn)、防護設施、安全檢查、風險源、事故信息，基于安全管理標準確定安全技術措施計劃，采取安全技術措施，做到對超高層建筑施工全過程的可視化管理，項目管理人員在施工前就可清楚施工工序及工作區(qū)間范圍，以便在安全管理過程中確保能合理有序地進行管理，了解現(xiàn)場的資源使用情況，把控現(xiàn)場的安全管理環(huán)境，大幅增加安全管理的可預見性，保證施工現(xiàn)場安全。

2.3運用BIM技術，合理規(guī)劃現(xiàn)場平面布置及交通組織使用

BIM相關軟件（Revit,Tekla,Magicad）對工程項目進行建模，在對所有專業(yè)（施工平面、場內外交通道路、施工過程中使用的材料、工程機械、臨時用水、臨時用電以及消防等）的各類因素進行整合后，將所有模型導入Navis-works軟件或廣聯(lián)達5DBIM平臺中，采用三維模型來表現(xiàn)效果，按照規(guī)范要求、方案要求和具體過程情況，修改問題，調整布局，通過施工組織模擬、人流疏散仿真、道路交通仿真、施工機械工作演示、消防功能模擬等檢驗施工平面布置方案，最終形成優(yōu)化的施工方案，減少施工方案執(zhí)行中出現(xiàn)的問題。建模時應特別注意以下2方面因素。（1）在建立施工現(xiàn)場平面布置模型時，應當包含施工圖設計或深化設計、場地布置等類型的模型元素，超高層建筑施工時，施工方法選擇除須考慮場區(qū)外周邊環(huán)境，還要結合場區(qū)內平面布置。（2）建模時要合理規(guī)劃模型的精細度要求，不應一味追求模型細度，既保證BIM模型與現(xiàn)場實際情況的一致，使其能更好地組織施工，又不增加過多的建模工作量。既要對現(xiàn)場場地和設計場地進行對比分析，找到兩者之間最佳結合點，又要對施工現(xiàn)場內場地布置和場地周邊環(huán)境進行結合分析，找到內外結合合理的布置方案。

2.4綠色施工，充分引入裝配式建造施工理念

超高層建筑綠色施工通過科學管理和科技進步，達到最大限度地節(jié)約資源與減少對環(huán)境的負面影響的基本要求。在保證安全、質量的前提下，將預制部件在工程現(xiàn)場進行裝配建造，臨時設施裝配化、設備管線裝配化、裝飾裝修裝配化、主體結構裝配化，從而促進構配件產(chǎn)業(yè)工業(yè)化，設備管道集成化，建筑形式多樣化，構配件供應配套化。裝配式建造施工具有減少垃圾、改善環(huán)境、節(jié)約人力、縮短工期等優(yōu)點，從而可有效實現(xiàn)節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材和環(huán)保的要求。（1）節(jié)能與能源利用：使用變頻式機械設備，減少電量的消耗；采用低壓無功補償技術，提高設備的使用率及線路輸送能力，減少線路能量損失。（2）節(jié)地與用地保護：利用BIM技術合理排布臨時設施，模擬場地使用情況，優(yōu)化調整用地方式，加大用地的使用能力，使施工活動對周邊環(huán)境的影響降至最低。（3）節(jié)水與水資源利用：通過水循環(huán)設備，加強水資源的二次利用，生活飲用排放水過濾后形成中水進行二次使用，也可通過降水集水設施，加大對自然水的利用，減少飲用水的使用，通過霧化降塵設備的使用，增強降塵的效果，減少水用量。（4）節(jié)材與資源利用：通過優(yōu)化施工方案，采用新型模板，加大模板周轉使用的次數(shù)，使用替代木結構新型材料，減少鋼材使用數(shù)量，購置廢材重生設備，加強施工中廢舊材料重新利用。（5）環(huán)境保護：通過創(chuàng)新降塵方式有效控制揚塵，減少排放，降低噪聲，降低光污染，通過固體廢棄物控制和循環(huán)利用有效達到環(huán)境保護目標。（6）配合透光混凝土和森林建筑的設計新體驗，超高層建筑將在一些建筑新技術領域嘗試更加節(jié)能環(huán)保的措施。同時，也為建筑技術理論提供了更多可供探索的空間。

3超高層建筑施工關鍵技術新突破

超高層建筑體量（混凝土用量、鋼筋用量、鋼材、裝飾材料等）的增加、建筑樓層數(shù)量上的疊加、裝飾種類數(shù)量上的增多等因素復雜交織在一起，給施工帶來更大難度。在施工技術方面須有新的突破，注入新的元素，實現(xiàn)技術創(chuàng)新，保證超高層建筑優(yōu)質高效的完成。

3.1超高層建筑大體積混凝土底板施工技術應用

為改善超高層建筑工程上部結構的受力，在設計階段其基礎底板面積、厚度都較大，混凝土的強度高，隨之帶來的就是施工過程中水化熱大，溫差控制難度高。為緩解上述現(xiàn)象，須提高基礎底板混凝土施工組織和裂縫控制的要求。首先要配置好高性能混凝土，使其滿足低熱、低收縮、低鈣、高工作性、高抗裂性。其次要做足尺模型試驗與計算，運用足尺模型現(xiàn)場試驗，結合有限元模擬計算，分析現(xiàn)場實施的可行性。在相同的條件下（工程實際地基地質條件相同的位置和環(huán)境）澆筑與底板厚度相同的立方體模型試件，并埋設溫度和應變傳感器（在模型內部和表面），測定模型內部和表面關鍵部位的溫度和應變隨時間的變化情況，進行有限元模擬計算，將模擬結果與實測結果進行分析對比，對底板混凝土的抗裂性進行科學評價，對混凝土結構的連續(xù)施工提供理論支持。最后，在澆筑混凝土時，注意外在施工條件，降低混凝土表面水分揮發(fā)速度，盡量保證混凝土水分揮發(fā)速度內外一致，這樣可有效降低混凝土裂縫出現(xiàn)的概率，保證大體積混凝土底板的結構質量。

3.2超高層建筑垂直運輸施工技術應用

超高層建筑行程高、垂直運輸體系任務重、運輸密集、投入大、效益高，因而在施工中占有極為重要的地位，要保證超高層建筑施工順利進行，須合理選擇、配備垂直運輸機械。超高層建筑施工垂直運輸設備是一套相互補充的擔負建筑材料設備、建筑垃圾和施工人員運輸?shù)氖┕C械設備。隨著超高層建筑高度的不斷增加、建筑結構的日趨復雜以及對施工工期的嚴苛要求，傳統(tǒng)的垂直運輸設備的運力及配置不足也逐漸顯現(xiàn)。物料和人員運輸是超高層建筑施工垂直運輸中需解決的一大關鍵技術。因此需通過合理的配置，發(fā)揮不同型號塔式起重機的吊運能力，充分利用各個塔式起重機的工作性能，進而減少塔式起重機費用的投入。施工電梯也是超高層建筑施工垂直運輸體系的重要組成部分，在施工人員上下、中小型建筑材料、機電安裝材料和施工機具的運輸中發(fā)揮了重要作用，特別是在塔式起重機拆除以后作用更加突出，大量的機電安裝材料、裝修材料和施工人員都要依靠施工電梯進行運輸。隨著超高層建筑高度的不斷增加，現(xiàn)有施工電梯存在占用裝修作業(yè)面大、布置數(shù)量過多、承載質量和運行速度遭遇瓶頸等問題。因此，在有限的條件下對現(xiàn)有施工電梯增加梯籠，可增大梯籠的承載質量，提升運行速度。3.3超高層建筑核心筒智能頂模系統(tǒng)施工技術應用隨著建筑高度不斷刷新，建筑結構越來越復雜，傳統(tǒng)工藝已很難適應超高層施工。研發(fā)運用超高層智能頂模系統(tǒng)技術，具有明顯優(yōu)勢，運用其支撐點少、承載力大的特點，使頂模與支撐鋼柱頂部形成剛性連接，以最少的支撐點，形成一個鋼桁架結構，滿足在平臺上堆放較大集中荷載的需求，以此釋放塔式起重機運能，提高施工效率，支點少有利于頂模系統(tǒng)的智能同步頂升控制，安全可靠。采用大噸位、長行程油缸控制特性設備使之帶動頂模上所有機械設備在短時間內完成長行程樓層頂升，有效加快施工速度。全電腦智能液壓控制系統(tǒng)的運用是利用電腦智能化控制頂升每個細節(jié)動作，實現(xiàn)頂升作業(yè)全過程、全自動控制，單點或多點實現(xiàn)自動調整，自動找平，報警停止，實現(xiàn)自身安全智能化控制。無線智能安全監(jiān)控系統(tǒng)的運用，對施工過程中的風力、應力、應變、位移、垂直度、液壓系統(tǒng)頂升壓力等重要參數(shù)進行實施監(jiān)控?？臻g三維可調模架，實現(xiàn)模架整體滑動，滿足墻厚變薄、直變斜或直變弧度，實現(xiàn)模板滿足層高變化的要求，也可進一步探究，使塔機模架一體化頂升，降低塔式起重機爬升和模架頂升間的相互影響。

3.4基于BIM技術外立面幕墻施工技術應用

結合工程的幕墻特點及實際情況，在既有BIM技術基礎上，對BIM的新技術應用進行研究，發(fā)掘BIM技術在超高層建筑工程施工中的價值，積極利用BIM技術解決幕墻施工中的重難點。為更好地確定各種幕墻系統(tǒng)，優(yōu)化幕墻細部節(jié)點做法，改進既有幕墻施工工藝，可采用基于BIM的幕墻系統(tǒng)模型建模，研究幕墻細部節(jié)點做法，建立BIM幕墻節(jié)點族庫；基于BIM技術研究新型幕墻主橫梁連接方式，發(fā)明新型適用于本工程的幕墻橫梁連接系統(tǒng)，推動幕墻施工技術的進步；基于BIM的三維可視化功能，核檢設計方案并進行優(yōu)化改進實施。未來超高層建筑的施工將不斷適應個性化要求而進行前所未有的人性化設計，超高層建筑技術的施工將會涌現(xiàn)新的技術課題。不斷提升施工技術水平，優(yōu)化技術方案，是保證超高層施工安全、優(yōu)質、高效、環(huán)保的關鍵所在。

參考文獻

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作者：尹韶哲 單位：中鐵建工集團有限公司