武汉绿地中心工程总建筑面积72.86万m², 由主楼、办公辅楼、SOHO辅楼、商业裙楼组成, 其中主楼地下6层, 地上120层, 建筑高度636m, 建成后将成为武汉乃至华中地区的地标性建筑。针对工期短、体量大、难度高等难题, 企业以项目为总承包模式试点, 集合社会与企业优势资源, 探索提升管理效率的同时, 深入研究竖向作业面的管理与组织, 改进施工工艺, 优化各专业工序交叉, 提高现场工效。

相比于大部分高层建筑, 武汉绿地中心636m的高度带来的挑战不仅仅体现在面积增加、体量增大。随着建筑物高度的上升, 作业环境也越来越复杂, 施工难度急剧增加。仅从总承包管理的角度来看, 大体量意味着更多的施工参与方———专业分包, 现场同时施工的钢结构、幕墙、机电安装、二次结构、精装修、材料商、设备商等大小分包数十家, 其中仅钢结构施工就有4个加工分包和1个安装分包, 情况十分复杂。由于各家单位能力与素质参差不齐, 组织协调工作量大, 各种因素综合导致总包管理难度大大增加。

从总承包统筹全局的角度出发, 针对各专业施工, 成立两级分离的总承包管理架构。大力推行中建三局探索总承包模式的“441”课题成果, 先后新建深化设计部与计划管理部。深化设计部作为项目全专业的技术支持, 统筹管理各专业分包深化设计, 从源头解决专业之间碰撞问题, 同时, 架起一座项目施工与设计沟通的桥梁;计划管理部则是项目进度计划的总控者, 由计划管理部汇总编制总体施工进度计划, 以子项进度计划为指引, 及时优化各专业工序交接的问题, 过程中把控多专业的交叉施工, 使整体施工更为流畅。如图1所示。

响应国家政策, 充分应用产学研合作模式, 邀请知名高校、研究机构进行合作, 聘请社会相应领域专家做指导, 组成项目技术服务团队。一方面, 合力科技攻关, 提升管理手段与技术实力;另一方面, 全方位把关项目技术管理工作, 重点解决过程中关键工艺的策划与应用, 如顶模的设计与实施、大型动臂塔式起重机的部署策划等。

超高层工程施工的竖向分区是基于作业面、工期和成本的综合考虑。超高层工程的单层建筑面积普遍较小, 本工程主塔楼单层建筑面积3 500m²左右, 除去各种洞口, 单层作业面<2 000m², 作业面有限。为了保证施工进度, 在横向作业面受局限的情况下, 竖向作业面扩展与管理成为重点。

本工程结构形式为钢板剪力墙核心筒+环带桁架+伸臂桁架+外框钢骨巨型柱, 是典型的超高层钢-混凝土组合结构。钢结构含量超8万t, 单层钢结构安装、焊接量大, 施工前置条件有异于土建结构, 尤其是桁架层, 钢结构施工超过1个月, 所占工期远大于当层土建结构, 二者同步施工对工期、成本不利, 这就是内筒外框分开施工考虑的初衷。

另外, 内筒与外框之间钢梁、组合楼板、伸臂桁架等主要结构, 在后施工的条件下会更复杂, 对安全、质量等要求更高。但是在内筒外框分开施工时, 一方面, 核心筒可以借助中建三局自主研发的顶模技术迅速攀升, 满足超高层工程施工的高度节点, 确保合同履约;另一方面, 竖向作业面的增加意味着多专业的提前交叉施工, 有利于劳动力的组织配置与投入, 工期效益更明显。

通过计划部牵头组织, 交叉作业计划先行, 深化设计部解决碰撞隐患, 为多专业的交叉流水施工组织奠定基础。主要包括以下内容: (1) 土建、钢结构、幕墙、机电、精装等单位在竖向按专业分区的流水施工; (2) 多专业在同一区域的交叉流水施工, 如在顶模体系内土建、钢结构、液压等专业的流水施工; (3) 单专业水平分段、竖向分区流水施工, 如土建专业施工在水平根据建筑Y字形截面分为3个区段, 在竖向分为内筒、外框、地下室等多个作业面; (4) 根据专业特色组织的特殊流水, 如机电安装专业施工实行立管先行、机房优先的原则, 按系统分段流水施工。

各专业在竖向按合理间距分为多个作业面, 最上方为核心筒施工, 目前核心筒领先外框钢结构近20层 (理想状态为10~15层) ;外框钢结构与外框楼板、巨型柱相差5层左右, 外框楼板领先内筒楼板5~10层, 外框巨型柱与幕墙相差10~15层;机电根据内筒和外框组合楼板的进度合理组织流水施工。整体工序如图2所示。

在各工艺环节, 通过合理的分区分段进行劳动力安排, 提高施工效率。以顶模施工环节为例, 水平分为3个区段, 竖向分4个施工层铺开作业———钢结构吊装层、钢筋绑扎层、混凝土浇筑层、混凝土养护及洞口埋件处理层。

核心筒采用中建三局自主研发的顶升模架体系施工, 动臂塔式起重机采用附墙或外挂自爬升式塔式起重机系统作为材料的垂直运输路径。

整个核心筒施工按照竖向流水, 钢结构与土建结构施工在竖向不同作业层进行交叉施工, 每次以核心筒混凝土浇筑为控制节点, 浇筑完成后进行顶模平台顶升 (4.5m/次) , 再重复之前施工流程。由于3台大型动臂塔式起重机是独立的自爬升式塔式起重机, 塔式起重机与顶模平台的初始安装高差略>18m, 故顶模平台每顶升4次, 塔式起重机需自爬升1次, 以确保塔式起重机与顶模平台之间的作业高差, 避免碰撞。如图3所示。

在顶模平台内部, 除去最顶部的顶模系统层、材料堆放层外, 在施工挂架内, 从上到下依次是钢结构吊装安装层、钢筋安装层、混凝土浇筑层、混凝土养护及埋件剔凿层, 如图4所示。

在施工时, 竖向上核心筒各道工序分别在各自作业层施工, 形成竖向流水, 各工序间均有自己的作业面, 互不影响;同时, 在水平作业面上, 核心筒分为3个区段 (见图5) , 钢结构安装与钢筋安装在不同区段内施工, 避免钢结构安装时焊接火花下落伤人;而混凝土浇筑时, 则利用顶模平台上部的3台横折臂式布料机3个区段同步浇筑, 既能够减少施工缝的留置, 又能够提高施工进度, 确保混凝土浇筑完成后的顶升。

鉴于超高层工程普遍采用钢-混凝土组合结构, 多为内筒外框的结构形式, 本文提及的内筒外框分开施工的方法也是国内行业数代人的智慧结晶, 其中顶模技术更获得国际称赞。

但是, 顶模长达3个月的安装时间 (Y字形截面, 顶模安装时间较长) 以及高达数千万元的投入, 与后续带来的工期效益, 是管理者需要权衡的重点。据估算, 顶模体系的投入与工期效益的平衡点在300m左右, 即超过300m的超高层工程建议采用;低于300m的工程采用顶模技术时, 安装工期与后续的工期效益相差不大, 反而增加了措施投入。

随着时代的不断发展, 人口的不断增长, 地上空间逐渐变得拥挤, 建筑物需要不断利用高空空间来获得更大的使用面积, 高层、超高层建筑则会越来越多。随之而来的便是施工高层建筑时竖向作业的管理与组织。超高层施工流水作业组织的好坏, 直接决定项目工期进度的快慢。

本文以武汉绿地中心项目的超高层组织施工作为简单介绍, 将项目管理与现场施工相结合, 提前策划, 模拟各种工况下的流水施工, 合理利用水平、竖向工作面, 最大限度地发挥空间组合效益, 确保各工序间的有序穿插与互不影响, 为类似超高层建筑施工提供参考。