可行走式钢桁架移动操作平台.doc

研发可行走式钢桁架移动操作平台
中建八局第四建设有限公司 —— 德州万达“筑梦人”QC小组
一、课题概况
1.1工程概况
建设单位：德州万达广场投资有限公司
总包单位：中建八局第四建设有限公司
德州万达广场D区大商业购物中心位于德州市德城区湖滨南大道，总建筑面积约为17万平方米，建筑总高度为17.45m（屋面女儿墙结构顶标高）。是一座及购物、餐饮、娱乐及电影院的综合性商业建筑。“U”字型的步行街将裙房划分为两部分，步行街上空为钢结构采光顶，采光顶区域共分为五个部分，分别由直径为30.27m圆形采光顶，轴长A15.1m/B21.1m的椭圆形采光顶，宽度分别为12.194m、11.6m、10.8m的S型采光顶组成.。

图1 德州万达广场购物中心
本工程为大型综合购物中心，室内安装工程、精装工程等分项工程较多，屋面能否及时形成封闭将直接影响室内工程的进度，而且万达工程竣工即开业，有大量小业主的精装已签订进场日期，整体工期十分紧张。
二、小组概况
万达工程的工期业内有口皆碑，德州万达广场购物中心做为德州地区最大的商业中心备受瞩目，能否顺利开业影响较大。为此项目部对采光顶的工期节点及质量非常重视，为了解决施工进度及安全问题，提高施工的工效，本项目部成立技术攻关QC小组，小组成立后，展开了多次QC课题攻关的群众质量管理活动。本次活动期限从2014年8月15日至2015年5月10日。小组情况详见小组成员概况表：
表1 小组成员概况表
课题名称
研发可行走式钢桁架移动操作平台
小组名称
德州万达“筑梦人”QC小组
成立时间
2014.3
小组注册时间
2014.3
小组注册号
CSCEC84-2015-036
活动时间
2014.8-2015.5
课题注册时间
2014.3
课题注册号

课题类型
创新型
小组格言 ：中国梦、科技梦、八局梦
成员情况及责任分工
序号
姓名
性别
年龄
学历
职 称
组内
分工
职 责
QC知识教育、培训情况
1
肖仕浪
男
30
本科
高级
工程师
组长
技术指导
均参加QC专业知识培训,平均受教育时间36小时以上。
2
李朝鹏
男
28
大专
工程师
副组长
方案实施、改进
3
马红强
男
27
硕士
工程师
组员
方案实施、改进
4
王 杰
男
27
本科
工程师
组员
方案实施、检查
5
林 森
男
27
本科
工程师
组员
方案实施、协调
6
俞家斌
男
27
本科
工程师
组员
方案实施、协调
7
周露平
男
27
本科
工程师
组员
方案实施、协调
8
韩明钰
男
27
本科
工程师
组员
方案实施、协调
9
叶 辉
男
27
本科
工程师
组员
资料整理
10
戴子明
男
27
本科
工程师
组员
资料整理

制表：李朝鹏 日期：2014.8.5
三、选题理由
企业目标：科技创新促进劳动效率，降低劳动成本，实现八局梦、科技梦；
工期要求：提高钢结构安装施工进度，不影响精装提前插入，确保总工期
绿色施工：减少用钢量及木架板，避免产生垃圾，清理简便
选定课题：可行走式钢桁架移动操作平台
四、设定目标
1、成本节约目标：周转材料成本、劳动力成本综合节约50%以上。
2、工期目标：提高作业环境安全，加快施工进度，节点工期提前20天以上。
五、提出方案并确定
（一）提出方案及分析
我们小组成员组织召开讨论会，针对目前采光顶施工中存在的安全和效率低问题，进行分析讨论，小组成员提出了如下几种可供选择的方案：
方案1：采用门式脚手架代替普通脚手架。
方案2：采用悬空架体，采用工字钢做为支撑点在三层搭设架体。
方案3：寻求开发一种可行走移动的安全操作平台。
方案1 门式脚手架优缺点分析
序号
项目
分析
优点
不足
1
安全性
相比普通钢管脚手架安全性较高，顶部铺设脚手板，基本全封闭，安全可靠。
1）操作人员安全性有所提高；
2）成本增加不多。
3）相较于钢管脚手架搭设工期相对减少
1）仍然需要进行落地满搭，占用施工作业面较大；
2）劳动效率没有改变，不经济。
2
适用性
比钢管脚手架搭设方便，不影响钢结构吊装施工，但影响底部作业
3
经济性
脚手架、架板需要租赁费用较大增加
4
劳动效率
劳动效率效率较低
制表：叶 辉 日期：2014年8月20日

方案2 型钢悬空脚手架优缺点分析
序号
项目
分析
优点
不足
1
安全性
顶部铺设脚手板，基本全封闭，但扰动较大。
1）安全性较高；
2）劳动效率较方案一有所提高。
1）型钢加工量较大；
2）劳动效率有所改变，但仍
不经济；
3）需在三层设置三道锚固点，影响三层施工作业；
2
适用性
圆形直径较大，型钢长度不够，圆心处需设置落地架，仅可用于S型采光顶
3
经济性
需采购型钢数量较多，投入较大
4
劳动效率
劳动效率提高一些
制表：叶 辉 日期：2014年8月20日

方案3 优缺点分析
序号
项目
分析
优点
不足
1
安全性
能保证施工过程中的安全可靠
1）加工安装周期短方便快捷；
2）适用性较强，且材料可周转重复利用；
3）劳动效率大大提高
1）仍需购买材料一次性投入较大；
2）技术要求高，难度大，无参考案例
2
适用性
适用性较强
3
经济性
操作平台成本增加不多，且可周转使用
4
劳动效率
操作人员无须上下操作平台，劳动效率提高较多
制表：叶 辉 日期：2014年8月20日

（二）确定最佳方案
针对以上3个方案的分析，我们分别从安全性、适用性、经济性、劳动效率等四个方面采用加权评分法对3个方案进行评估，权重和为10，各项目分配分均为10，小组成员对各方案、各项目进行打分，汇总后如下表所示：
方案综合评估表
序号

项目
权数
方案一
方案二
方案三
落地门式脚手架
分配分
实得分
型钢悬空脚手架
分
配
分
实得分
行走式移动钢桁架操作平台
分配分
实得分
1
安全性
3
较低
10
6
较低
10
7
高
10
10
2
适用性
2
范围较小
10
6
范围广
10
10
范围较广
10
8
3
经济性
2
不经济
10
5
较经济
10
7
较经济
10
9
4
劳动效率
3
低
10
5
较高
10
7
高
10
10
综合得分
3*6+2*6+2*5+3*5=55
3*7+2*10+2*7+3*7=76
3*10+2*8+2*9+3*10=94
制表：叶 辉 日期：2014年8月21日

通过评估表可以看出方案三综合得分最高，因此确定方案三为最佳方案。
（三）最佳方案施工工艺流程

图2 施工方案工艺流程图
（四）最佳方案关键装置及原理
方案3 关键装置就是利用塔吊中心旋转基座的装置，将两端钢桁架连接在基座之上，钢桁架与混凝土结构挑板接触点安装一组万向轮。原理通过本操作平台中心绞盘基座为圆心，万向轮做行走移动，实现钢结构安装焊接只须根据施工部位进行移动，大大加快了施工进度。具体构造详见下面的构造详图：

图3 中心绞盘连接基座

图4 单轴向示意图 图5 行走节点详图
六、制定对策
针对行走式钢桁架操作移动平台实施方案：即采用中心旋转装置和行走装置，实现钢桁架操作平台的移动使用。但实际使用及加工中质量控制存在如下问题：椭圆长短轴调节问题、万向轮行走限位问题、中间绞盘塔身底座问题。针对上述问题按照5W1H原则制订相应对策，具体详见对策表。

序
号
方 案
要 素
对 策
（What）
目 标
（Why）
措 施
（How）
地 点
(Where)
完成时间
(When)
负责人
(Who)
1
椭圆长短轴问题
采用伸缩式桁架
伸缩长度5.8~6.2m
1）采用桁架。
2）确定可以改进的地方。
3）增加伸缩承插限位点
4）专家论证及加强操作人员使用交底
现场
会议室
2014.10.5
林森
2
万向轮行走及限位
增加行走轮的限位措施
吊杆安装完成后，吊杆安装紧固装置方便脱离
1）挑檐端部设置100×100角钢做限位
2）万向轮处增加4组M25丝腿，就位后进行顶升固定。
3）定型吊杆安装紧固装置的螺帽套。
现场
办公室
2014.10.15
王杰
3
塔身底座
采用加大底座
使塔身无明显晃动
1）进行详细的岗前技术交底。
2）做好复核计算。
3）做好测量定位复验工作确保测量放线正确性。
办公室
现场
2014.10.10
马红强
表2 对策表
制表： 叶 辉 日期：2014年9月10日

七、对策实施
实施一：椭圆长短轴问题控，小组成员采取了如下四项措施：
措施1：采用可伸缩式桁架
小组成员召开研讨会，对椭圆位置进行分析讨论，形成统一意见，决定采取承插伸缩式组合桁架；当伸缩最小距离大于6.2m时易从檐板滑落，为保证安全根据椭圆形采光顶结构长短轴，确定伸缩长度限制在5.8~6m，直接在桁架承插处设置限位点和插销。
措施2：确定可改进的方面
根据研讨会意见，小组成员确定操作平台可以改进地方，整理出三大条，7小条问题，形成具体改进措施。
措施3：增设伸缩承插限位装置
根据按照可改进的方面，在桁架连接上采用可调整承插式连接方式，保证调整长度在6~6.2m。
措施4：专家论证及加强操作人员使用交底
对整体方案进行专家论证，安装作业前对操作人员进行技术交底，并形成文字交底记录作备案。
实施效果：通过上述对策的实施，安装人员在加工过程中根据新调整方案进行改进，可以进行伸缩操作，
实施二：针对万向轮行走及限位。
措施1：挑檐端部设置角钢做限位
QC小组成员在施工现场选用在檐板的端部位置固定角钢做为限位装置，角钢宽度为万向轮直径二分之一，规格100×100×5，膨胀栓规格12，如下图所示：

图6 檐板结构大样图 图7 角钢节点大样图
措施2：万向轮增加顶升丝腿，就位后进行顶升固定
根据现场试验采用在万向轮上安装刹车片难以百分百保证作业时桁架不移动，小组根据千斤顶原理采用大直径丝腿做为顶升装置，就位后丝腿放下顶升使万向轮悬空无法移动。根据桁架重量及整体稳定性采用四根直径为25的丝腿为一组，具体情况如下图：

图8 限位顶升底板 图9顶升装置详图
措施3：进行详细的岗前技术交底
因为此类平台为第一次使用，相关人员缺乏使用经验，项目部从安全操作及技术使用方面对操作工人进行全方面的详细交底及培训，指定相应操作规章制度及方法，。

图10 圆形采光顶行走效果

图11 圆形采光顶整体应用效果
实施效果：通过上述措施的实施，确保了万向轮使用过程中的脱轨和定位问题，限位及顶升装置安全可靠。
实施三：针对塔身底座稳定性问题，小组成员进行了探讨，总结出如下三项措施。
措施1：进行详细的岗前技术交底
施工作业前，对作业班组成员做好详细的技术交底，对施工质量控制重点在交底中集中阐述，并成交底记录。
措施2：做好复核计算
负一层顶板结构梁最小截面250×550，混凝土强度等级为C35，板配筋12@150，活荷载承载力15KN/㎡，经严格计算，底部采用长9m长，250×250方钢做为塔身底座可满足使用要求，计算简图如下：

图12 板弯矩图 图13 荷载分布图 图14 裂缝分析图

措施3：做好测量定位复验工作确保测量放线正确性
测量定位的精确性，直接决定操作平台安装的正确性，如果中心绞盘无法居中定位，移动操作时就不能满足施工要求，且易造成安全事故，基座安装定位前必须做好测量定位工作复验，将每根基座方钢管的尺寸进行弹线定位，尤其是基座绞盘中心点定位。
下面是具体实施的一些照片：

图15 塔身底座现场安装示意图
实施的效果：方钢塔身底座安全可靠，上部操作无明显晃动，全部安装完成后检查板面未出现裂缝。
现场安装调试完成后项目部对方案组织进行内部评审及专家论证，进一步分析确认方案的可实施性及安全保证，论证结果专家对此方案一致通过，并受到当地专家及同行们好评，

图16 项目内部评审会 图17 专家论证会

图18 钢平台施工方案 图19 专家论证验收意见
八、实施效果检查
1、可行走钢桁架移动操作平台工效对比分析
由于采用新型操作平台，整个项目采光顶安装施工工期从原来计划期120天，缩短到85天，且玻璃安装时仍可继续使用，采光顶步行街安装工人劳动强度减轻一半多，劳动生产率提高近1.7倍。
人工成本节约分析：
1、作业人员投入：
架子工：20人，搭设12天，拆除13天；200×20×（12+13）=10万元
电焊工（组装加工、拆除）：10人，加工8天，拆除7天；200×10×（8+7）=3万元
安装工，5个人一组，5组人员，整个项目需要安装完成需要120天。
传统劳动力成本：200元/工日×5工/组×5组×120日=60万元
采用新技术，5个人一组，4组人员，整个项目吊杆安装工期：85天。
新技术劳动力成本：200元/工日×5工/组×4组×85日=34万元
节约劳动力成本= （60-34）+（10-3）=33万元
2、材料成本节约分析：
落地脚手架:180万米×0.03元×90天=486万元
自行采购费用（方钢管、塔吊节、基座、桁架）：25万元
节约周转材料=486-25=461万元
3、实际节约成本（未包含管理费）：（10+60+486）-（3+34+25）=494万元
整体成本节约率：<494÷（10+60+486）>×100%=88.8% ＞ 50%（成本节约目标）
工期缩短：120-85=35＞20（工期缩短目标）
完全满足成本节约的目标！

2、安全效益
采用新型操作平台，避免了大型超高落地脚手架的搭设，提高现场文明施工、操作简便，大大降低了操作人员的劳动强度，避免了重大危险源风险，且操作人员劳动条件更加安全。
该操作平台安全可靠，满足了安全目标要求！
3、社会效益
新型操作平台技术操作创新在德州万达项目上成功实践，取得良好社会效果，本方案获得了当地同行及专家的一致好评，在当地同行中的技术水平获得良好口碑，具有很大的行业推广价值；本操作平台具有施工简便、现场安装难度小、更安全可靠、工效高等多方面的优势，也减少了钢材和木材的直接损耗，符合绿色施工要求，社会经济效益显著，受到社会各界的好评在采光顶施工领域具有相当广阔应用前景。
九、标准化
组织QC小组骨干撰写技术论文，编写总结《可旋转式行走钢桁架操作平台》《可行走式钢桁架移动操作平台》实用新型专利两项，上报公司科技质量部申请国家实用新型专利，并总结形成工法，于2016年申报省级工法。
十、总结和打算
1、总结
可行走式钢桁架移动操作平台是开创性的技术革新，它开创了采光顶施工脱离常用的落地脚手架操作平台的先河。与传统施工方法相比，具有施工简便、现场安装难度小、更安全可靠、工效高等多方面的优势，社会经济效益显著，受到社会各界的好评，在采光顶、钢结构安装施工领域具有相当广阔应用前景。
通过本次QC小组活动，激发了小组成员的创造性思维，提高了小组人员的技术创新素质，取得良好的效果。同时小组成员在诸如：团队精神、创新意识、质量意识、进取精神、工作热情和干劲及QC工具运用技巧方面得到较大的提升，具体详见下面综合素质评价雷达图。

2、下一步打算
通过本次QC活动的成功实施，我们将继续组织小组成员，积极开展科技创新活动，将创新技术应用到工程实践中去，提高工作效率，降低施工成本，进一步提高项目科技创新水平。
我们小组下一步将以“研发混凝土及砂浆试块管理系统”为课题，解决目前试块管理不规范、统计复杂等一系列系统性技术难题。