[摘要]重型结构液压提升技术已在较多的工程中应用，但是还有许多技术难题没有解决，也没有形成相应的技术标准，方案设计施工过程不成熟，管理人员对液压整体提升技术不理解。文章结合工程实际，从技术管理角度分析了液压整体提升存在的安全风险，提出了安全管理的方法和对策。
[关键词]液压同步提升；风险分析；安全管理；失稳
[中图分类号]TU758[文献标识码]A[文章编号]1005-6270（2015）06-0033-03
1重型结构液压同步提升技术现状
“重型构件液压同步提升施工技术”是我国近年来逐步提出、形成、发展和完善起来的一种新型机电液一体化施工技术，在建筑工程中主要应用于超大、超高、超重等特大型构件的吊装和水平移运。由于安装效率高、高空作业少、经济效果突出，该项技术已经在较多的工程中得到了应用，取得了一定的技术和经济效果。但是，这项技术整体的理论和实践仍然不成熟，缺乏系统总结和研究，行业至今也没有形成相应的技术标准。技术的不成熟导致实施各方难以对关键环节有效把控，使项目面临较大的安全风险。在实际施工中，当确定采用液压同步提升施工方案后，由于现场总包、监理等管理人员对技术不了解，方案的具体设计和施工基本全部交由专业提升单位来完成。这些分包单位往往有一定的提升作业经验，但技术良萎不齐，有些分包单位为了超额利润甚至铤而走险。管理人员一旦不能识别其中的风险因素，有可能对工程带来灾难性后果和影响。
2液压同步提升技术安全风险特征
重型构件液压同步提升施工除了具有常规的现场施工常见的安全风险，如现场管理、作业人员、材料设备、临时用电、高空作业等安全风险外，其安全风险还具有其特殊性。具有以下重要特点：
（1）技术不成熟，系统风险巨大。目前国内仅上海市出台了《重型结构（设备）整体提升技术规程》（DG/TJ08－2056－2009），仍限于较粗线条和概念性要求，难以指导具体工程实践。由于行业没有可执行的作业标准或规范，各操作单位基本依据操作工人作业经验，实施过程极不规范。加之管理的缺失，管理者实质上是将工程全权交付了所谓的专业分包队伍。
（2）系统复杂。液压同步提升技术由承重系统（柔性钢绞线或钢性立柱）、液压提升器、传感检测系统、计算机控制系统及液压动力系统等组成，设备在计算机实时控制下，完成同步升降，负载均衡，姿态校正，应力控制，操作闭锁，参数显示及故障报警等多种功能，是集机、电、液、传感器、计算机和控制论于一体的现代化大型设备，其中任何一个任何系统或构件出现问题将产生连锁反应。
（3）风险发生后果严重。由于被提升构件或结构重量巨大，提升过程一旦有任何安全意外，其后果和损失将无法估量。即使一个处于辅助位置的支撑构件失效都有可能带来整个承重系统失稳，提升系统失稳意味着提升施工的彻底失败、被提升构件的破坏以及相邻构件、结构的影响和损失。本文主要侧重于液压同步提升施工技术风险分析与管理，其他常规安全风险各方已有系统阐述，本文不再赘述。
3液压同步提升技术系统方案适用性和可行性分析
对于液压提升是否适合项目，大部分管理者并不理解，包括部分规范编著者，如上海《重型结构（设备）整体提升技术规程》1.0.2规定“本规程适用于提升重量不超过8000t，高度不超过100m的大型建筑结构”[1]。目前已成功实施完成的工程项目如：苏州中银大厦中庭钢结构连廊，提升重量280t，提升高度18m；深圳东海商务中心钢结构连廊，提升重量700t，提升高度176m等等。提升重量从100多吨到上千吨，较大的甚至达到万吨以上，如国家图书馆钢结构万吨整体提升。[2]提升高度从15m至176m不等。这些工程的共同特点包括：
（1）构件重量大，高度高，不具备常规起重设备吊装条件；
（2）构件重量分部平面基本均衡；
（3）构件安装位置在地面或接近地面投影范围有拼装条件；
（4）从拼装位置至安装位置没有影响构件提升的其他结构或构件；
（5）通过已有结构或者临时结构能使提升设备提升过程产生的巨大反力可以得到有效传递。实际上，这种规定并没有任何实际意义。液压整体提升实质上是通过液压千斤顶多点同步提升实现重型结构（构件）提升，其提升能力不是受限于整体构件的总体重量，而是单点及单个千斤顶分摊的荷载，单个千斤顶的最大提升能力以及相应支承装置的最大承载力才决定了单次提升总体能力。国家图书馆虽然提升总重量达到10388t，但其设置了74台提升千斤顶，其中44台350t，20台200t，18台液压泵站[1]，单台千斤顶提升重量并不大。上海浦东国际机场科技宇航大修机库屋盖钢屋盖整体提升设备选用TJJ-2000型200t液压提升器22台和TJJ-600型60t液压提升器12台，共计34台，[3]千斤顶最大提升力控制在400t之内。因此，审查技术系统方案适用性和可行性，重点应考察各吊点及其荷载传递过程各个构件、结构的承载能力，承载力满足就可以根据千斤顶和钢绞线的提升力决定是否采用该方案。
4液压同步提升技术系统方案安全可靠性分析
根据工程实践，提示器、液压泵站、钢绞线等选型和验算已基本成熟，即使提升能力不足导致提升无法完成也有调整和改善的机会。而从根本上影响液压整体提升系统可靠性的关键因素是荷载的有效传递。高达数千吨的重力荷载通过液压千斤顶传递到整个提升系统，每个支撑构件均承受巨大荷载，任何一个构件的设计失误或缺陷均可能造成不可逆的后果和损失。目前，液压提升系统设计还没有成熟的方法和思路，系统设计大部分借用了GB50068和GB50009结构可靠度设计和荷载取值方法，将提升荷载简化为重力荷载，利用荷载分项系数进行简化运算。沈锦添计算时对被提升钢屋架重力荷载分项系数取值为1.35[3]，大部分研究者直接按衡载设定被提升结构荷载直接按固定荷载取分项系数为1.2。[4-6]DG/TJ08－2056－2009直接设定γG—永久荷载分项系数，对结构不利时取1.2，对结构有利时取0.9，可变荷载Qi的分项系数为1.4，主要荷载QGk被提升结构（设备）重量的标准值分项系数直接选用1.4；提出可变荷载效应控制的基本组合表达式如下：S（γG×Gk，1.4×QGk，ωk，0.7×QLk，γiψci∑ni=4Qi）≤R（γR，fk，αk，…）[1]
4.1设计思路上存在致命缺陷
根据工程实践，这种设计思路实际上存在致命缺陷，极可能导致个别构件失稳引起系统破坏。
（1）GB50068和GB50009所考虑的对象是正常使用、正常施工的结构和构件，利用概率利率分别考虑极限状态和正常使用状态进行结构设计。而液压整体提升施工各个阶段被提升结构、承重结构等受力状态完全不同于结构正常受力状态。
（2）垂直和水平荷载差异极大。由于系统设计主要为了解决重型结构提升问题，系统垂直荷载往往达到数百吨，而几乎没有显而易见的水平荷载。但是，因被提升结构变形、安装误差、吊点的微小变化、被提升构件的晃动等均可能产生一定的水平分力。由于被提升结构重量的巨大，这些相对垂直荷载较小的水平分量对基本依据构造设计的水平抗力构件仍是巨大的。
（3）荷载波动。虽然采用了计算机自动控制的位置及应力同步处理，但是，仍不能保证在任何一个时点各点位置完全同步，这一点在多点提升时尤其突出。一旦出现不同步现象，个别吊点荷载可能急剧增加直至系统失效，进一步传导至其他吊点产生连锁效应。因此，在采用重型构件液压同步提升系统时，不能采用简化荷载分项系数设计方法，而是应该根据系统不同状态具体分析，全面分析各种构件在各种不同状态的受力状态，才能最终确认系统安全可靠。
4.2采用重型构件液压同步提升系统的设计方法
（1）对于液压同步提升系统，提升方案应充分考虑因被提升结构变形、安装误差、吊点的微小变化、提升过程被提升构件的晃动等不同的受力状态。由于被提升结构重量的巨大，这些相对垂直荷载较小的水平分量对基本依据构造设计的水平抗力构件仍是巨大的。设计时应充分考虑各种异常状态，特别是巨大的被提升荷载有可能产生的其他方向任何分量。
（2）支撑系统受力模型可能存在多种状态。对于直接提升系统如液压千斤顶、钢绞线等，其所受荷载基本是明确的，但是需要考虑被提升结构变形情况、同步控制的水平、提升点布置的位置和数量。
（3）支撑系统设计除了考虑理论受力状态荷载分布，还应充分考虑各种异常情况影响，如拼装误差造成的重心偏移、拼装位置偏差造成的提升荷载方向改变、提升过程产生的纵向和横线震动等，这些偏差的数值往往直接决定部分支撑构件的设计和选择。
（4）被提升结构（设备）重及附件重QGk荷载计算设定的形心位置并不完全准确，而且由于加工误差、施工荷载等的不均衡，进一步加剧了这种不平衡，方案设计也有相应的安全储备和对策。
（5）方案审查时还应确认针对被提升结构、提升结构变形造成的荷载重分布。
5提升过程安全控制重点
重型构件液压提升过程控制已经有了较多的系统总结，特别是DG/TJ08－2056－2009有较为系统的阐述，其他也有较多研究者相关的案例讨论，但大多停留在方案介绍[3-6]对具体施工缺乏指导。根据工程实践，重型构件提升过程中可能出现的重大风险因素包括：
（1）施工与方案设计偏离。在工程实践中，大部分提升方案均由提升单位自行设计、施工，没有形成有效的监管。出于各种考虑，工程提升单位经常在具体实施过程中往往简配相关安全设施，如缩小提示器规格、支撑系统缩水、废旧材料代用、承重结构和被提升结构加固过程偷工减料等等，随意变更方案，虽然提升单位根据自身经验认为这些简配在安全范围之类，但是一旦不能识别其他管理各方均面临严重系统风险，如被提升结构失稳、承重构件破坏、提升系统失稳等等。所以，提升前验收至关重要，只有确认各个系统已经严格按照设计方案施工完成方可组织试提升。
（2）误差控制超过设计考虑幅度。如被提升结构拼装位置偏差超过设计值，造成提升起吊时荷载方向改变产生附加荷载，有可能影响侧向支撑安全；未设置防幌装置提升过程由于阵风、千斤顶规律性提升造成被提升构件摆幅超过设计值；同步控制精度不足导致实质上的不同步等等。这些误差一旦超过设计值，则意味着系统有超出预期的状态，导致不可预料的风险事件发生。
（3）局部超载。在多点提升系统，一旦控制不当，极易出现局部超载现象。工程实践中，同步控制主要依据位移控制为主，由于安装偏差、构件变形等因素，个别提升点在某一时点可能会发生超前或滞后，其承担的荷载或应力将快速增加，一旦超过设计值将可能造成破坏并进一步引起系统安全问题，因此，必须采取措施防止个别提升点超载。施工前应根据预先通过计算得到的液压同步提升工况各吊点液压提升力数值，在计算机同步控制系统中，对每台液压提升器的最大提升力进行设定并在各个液压提示器油路中设置旁通阀。当遇到提升力超出设定值时，液压提升器自动采取溢流卸载，以防止出现局部个别提升点应力超出设计值或提升荷载分布严重不均。
（4）信息反馈滞后。如前所述，液压同步提升是一个复杂的系统工程，包含钢绞线、提升油缸集群、液压泵站、传感检测及计算机(控制部件)等多个系统，空间从地面到空中数十米或几百米高空，参与人员至少数十人，信息的及时传递和反馈至关重要。由于系统的不成熟，提升过程必然面临各种异常情况，典型的如各点提升不同步、局部支撑系统变形、被提升构件变形、摆动、油管爆裂、停电、传感器执行器故障等等，如果处理及时各项异常均可以在受控范围，但一旦处理滞后，这些微小的故障将突破安全范围。解决这一问题的关键点在于事前详细的预案和充分的演练，并及时保持信息畅通，指挥到位，充分利用传感监测和计算机集中控制。目前计算机控制技术完全可以实现通过计算机人机界面的操作，实现自动控制、顺控（单行程动作）、手动控制以及单台提升器的点动操作，从而达到钢结构整体提升安装工艺中所需要的同步提升、空中姿态调整、单点毫米级微调等特殊要求。为了确保安全可控，各点位的辅助检查、验证手段必不可少，各个重点部位均应安排观察岗随时监控和反应。
参考文献
[1]DG/TJ08－2056－2009重型结构（设备）整体提升技术规程[S].上海市地方标准，2009.
[2]张文学，等.国家图书馆钢结构万吨整体提升施工技术[J].建筑技术，2008，39（4）.
[3]沈锦添.大跨度钢结构屋架整体提升支架选型的研究与应用[J].建筑施工，2014（6）.
[4]周杰平，薛冬永.2200t大跨度钢连廊地面整体拼装技术[J].建筑施工，2013（5）.
[5]张岳云.澳门东亚运动会多功能场信钢结构主桁架整体提升技术[J].工程建设与设计，2005（2）.
[6]陈志阔.超大体量钢结构屋盖整体提升技术的研究与应用[J].建筑施工，2010（3）.
作者：孔海峰 单位：江苏建科建设监理有限公司
