التكنولوجيا تعيد تعريف مستقبل طرق تركيب المصاعد في المباني الشاهقة

نظرة على كيفية تطور الأساليب من التقنيات التقليدية إلى تقنيات البناء المبتكرة 

بقلم فيليب هوفر وأورس بونتنر وميغيل كاسترو

تم تقديم هذه الورقة لأول مرة في ندوة تقنيات المصاعد والسلالم المتحركة الرابعة عشرة في سبتمبر 14 وتم نشرها في مكتبة المصاعد والسلالم المتحركة

: الكلمات المفتاحية التركيب، السقالة وبدون سقالة، مصعد الصعود، السيارة الوهمية، BIM، الروبوتات

الملخص

إن تركيب أنظمة توجيه المصاعد أمر أساسي لجودة الركوب في السيارة. ستتناول هذه الورقة طرق تركيب المصاعد النموذجية والرحلة التكنولوجية لتركيب المصاعد في قطاع البناء. تقليديًا، كان يتم تركيب المصاعد من قبل الفنيين باستخدام السقالات للوصول إلى ممر الرفع، ومحاذاة قضبان التوجيه وضبط المسافة بينهما. كانت العملية غالبًا صعبة للغاية بالنسبة لفرق التركيب، حيث كانت السلامة هي الشاغل الرئيسي إلى جانب الإجهاد البدني للعمل في بيئة قاسية. ثم تقدمت العملية إلى طرق التركيب بدون سقالات مع منصات معلقة مؤقتة، والتي قدمت معايير سلامة محسنة وفقًا للإرشادات المحددة في EN 1808 و GB T 19155. في الوقت نفسه، تم تطوير المصاعد الصاعدة حيث تطلبت صناعة البناء تركيب المصاعد وتشغيلها أثناء تقدم المباني في مرحلة البناء. اليوم، سمحت التكنولوجيا الجديدة للروبوتات بأن تصبح متحركة، تاركة المصانع لأنظمة التركيب الروبوتية للمصاعد في مواقع البناء. يمكن الآن القيام بالمهام المتكررة والبيئات القاسية التي تحدت البشر بجودة عالية ودقة الروبوتات.

1. مقدمة

يعد التركيب الصحيح ومحاذاة قضبان التوجيه لتشكيل مسار التوجيه للمصعد أمرًا أساسيًا لتحقيق مستويات مقبولة من جودة الركوب في نظام المصعد. تتطور طرق التركيب باستمرار لتلبية متطلبات السوق الصعبة اليوم. تعد السلامة والقوى العاملة ونقص العمالة وتحسين وقت التركيب من العوامل الرئيسية لتطوير منهجيات تركيب جديدة للمستقبل.

ستلقي هذه الورقة نظرة موجزة على كيفية تطور أساليب التثبيت من السقالات التقليدية إلى تقنيات البناء الرائدة لتركيبات المصاعد اليوم والمستقبل.

تُعد صناعة النقل الرأسي تخصصًا خاصًا للغاية داخل المباني. وفي حين أن معظم التخصصات تبني تصميماتها ونماذجها على أساس كل طابق على حدة، فإن تصنيع النقل الرأسي لابد أن يشمل أكثر من طابق في نفس الوقت.

نظرًا لأن مشاريع تركيب المصاعد معقدة وتستغرق وقتًا طويلاً، فإن الإدارة السليمة في الموقع والعمليات المحددة ضرورية لنجاح المشروع. ويشمل هذا أيضًا تنسيقًا أفضل للموقع ولوجستيات المواد في الموقع، حيث يكون تخزين المواد أمرًا صعبًا بشكل عام في المشاريع الكبيرة.

2. طرق تركيب المصاعد 

2.1 السقالة 

تقليديًا، كان المقاول الرئيسي يزود بسقالة من أجل تركيب مادة العمود، وبشكل عام، كانت السقالات تشكل مصدر قلق لصحة وسلامة موظفي التركيب. كان هناك حاجة إلى عمل إضافي لرفع السقالات إلى المستوى المتوقع لضمان قدرة الموظفين على تنفيذ مهام التركيب. كانت السقالة غالبًا ما تعيق تركيب المكونات، مثل أبواب الهبوط، وتتطلب تعديلًا مستمرًا لتناسب نظام الرفع الذي يتم تركيبه، وغالبًا ما كانت إجراءات السلامة تتعرض للخطر بسبب عمل الأشخاص فوق بعضهم البعض.

كانت كفاءة تركيب السقالات منخفضة بشكل عام، حيث كان يتعين نقل المواد إلى الطوابق الفردية ثم رفعها إلى العمود. كما لم تكن لهذه الأساليب بيانات منهجية محددة أو تقييمات للمخاطر لتحديد تسلسل التركيب باستخدام الأدوات المناسبة. وكان الأمر متروكًا بشكل عام للمقاول من الباطن لتحديد كيفية تركيب الوحدة بناءً على الخبرة السابقة دون تدريب. 

على الرغم من أن العمال كانوا يرتدون حزام أمان للحماية من السقوط متصلاً بحبل في العمود، إلا أن بيئة العمل العامة كانت خطيرة للغاية وتتطلب مجهودًا بدنيًا كبيرًا مع وجود خطر دائم من سقوط الحطام أسفل العمود.

علاوة على ذلك، كانت تكاليف استئجار السقالات لفترات أطول باهظة الثمن لارتفاعات أعمدة تصل إلى 500 متر. كما أن الأحمال الهيكلية على السقالات مشكوك فيها للغاية، حيث تتطلب تركيبات المصاعد في المباني الشاهقة ارتفاعات مفرطة.  

2.2 منهجية التثبيت بدون سقالة 

مع رفع معايير السلامة في جميع أنحاء صناعة المصاعد، كان مقاولو البناء يدفعون أيضًا نحو طرق تركيب أكثر أمانًا مع عملية محددة بوضوح. كان أحد مقاولي البناء الرئيسيين مسرورًا بالحصول على طريقة تركيب تخفف من المخاطر بناءً على بيانات الطريقة المتسلسلة لعملية التركيب بأكملها. يسمح هذا بنشر منهجية تركيب آمنة ومستقلة على جميع خطوط المنتجات. تتمتع الطريقة أيضًا بدرجة عالية من الاستقلال فيما يتعلق بجاهزية البناء، مما يسمح بمرونة أكبر لبدء أعمال التركيب في موقع العمل، بمجرد تسليم الأعمدة.

تم تطوير واعتماد أساليب التركيب بدون سقالات (SLIM) لإنشاء بيئات عمل آمنة لفرق التركيب، مع أعلى معايير السلامة وفقًا لمتطلبات السلامة EN1808:2015 لمعدات الوصول المعلقة - حسابات التصميم، ومعايير الاستقرار، والبناء - الفحص والاختبارات.^[1] 

يمكن تعديل SLIM لتناسب جميع أبعاد العمود وارتفاعات السفر. بفضل المادة المصممة مسبقًا، يمكن إعادة استخدامها عدة مرات. المنصة المعلقة أو السيارة الزائفة^[2] كما يطلق عليه، فهو يحتوي على ثلاث وسائل أمان مستقلة: الحبل الأساسي مع الرافعة، والحبل الثانوي مع جهاز إيقاف السقوط، ومعدات أمان السقوط الحر المستقلة التي تعمل على قضبان التوجيه. يتم تنشيط معدات الأمان تلقائيًا بقوة الزنبرك في اللحظة التي لا يتم فيها اكتشاف أي عناصر تعليق.  

تتمثل إحدى المزايا الرئيسية لهذه المنهجية في إمكانية بدء التركيب أثناء تشييد المبنى مع توفر مصادر طاقة مؤقتة فقط. يتم تطبيق ما يسمى "عملية التركيب المرحلية"، حيث يمكن لفرق التركيب العمل تحت أمان سطح الحماية، الذي يتم تثبيته مؤقتًا في العمود. في التركيب المرحلي، يتم تثبيت منصة العمود جنبًا إلى جنب مع عوارض التعليق لحبال الرفع لتعليق السيارة الزائفة. ترتفع مجموعة التركيب بالكامل مع تشييد المبنى. بمجرد الوصول إلى ارتفاع المبنى النهائي وتسليم غرف الآلات، يمكن الانتهاء من المصاعد.  

تقدم SLIM حلولاً مرنة وآمنة ومصممة خصيصًا لتلبية مواصفات المشروع، مما يسمح للعميل بإعداد المصاعد للتسليم في مرحلة مبكرة أو استخدامها بشكل أكبر كمصاعد للبناء طوال مرحلة البناء.

لا تزال SLIMs تتطلب مجموعة تركيب قضبان التوجيه (GRIK) ليتم تركيبها كمرجع لضبط العمود لتحديد الموضع الدقيق لدعامات القضبان وقضبان التوجيه. تتيح مجموعة GRIK وضع قضبان التوجيه ضمن تسامح 0.5 مم لتكون قادرة على تحقيق جودة ركوب فائقة بسرعة 10 م/ث².

بشكل عام، المزايا التي يتمتع بها فنيو التركيب هي:  

• بيئة عمل نظيفة وآمنة ومشرقة
• القدرة على تحريك السيارة الزائفة إلى موضعها على الارتفاع الأمثل للحفر
• منطقة عمل منصة مستقرة بدلاً من السقالات المفتوحة
• غرفة مثالية لرفع وتثبيت القضبان في العمود

غالبًا ما يواجه العملاء مواقف مختلفة في الموقع؛ لذا يجب تحسين الحلول وتكييفها وفقًا لمتطلبات موقع البناء والتقدم المحرز.

أ. تركيب نحيف وذو سقف مرتفع.

غرفة الآلة مع بلاطة خرسانية وعوارض آلية موجودة بالفعل لتعليق السيارة الزائفة.

ب. سليم، التثبيت على مراحل.

يتم تثبيت منصة العمود بالكامل باستخدام Lean2Beam لنقاط التعليق والقوالب الخاصة بسباكة العمود.

يتيح هذا الخيار التنفيذ السريع لأنه يمكن تحريكه بشكل مستمر بما يتماشى مع تشييد المبنى.

2.3 ضمان الجودة الرقمية 

أثناء عملية التثبيت، من المهم إجراء فحوصات الجودة في كل نقطة تثبيت للتأكد من تثبيت المعدات بالدقة المتوقعة. بمجرد تثبيت السيارة وتشغيل نظام الرفع، يصبح من الصعب للغاية إجراء التعديلات اللازمة وإعادة محاذاة القضبان.

• QC1: محاذاة السكك الحديدية
• QC2: محاذاة باب الهبوط 
• QC3: فحص النظام

يتم إجراء هذه الفحوصات بشكل تلقائي بالكامل باستخدام تطبيق QC-APP، والذي يسمح لمفتش الجودة بتنفيذ الفحوصات الثلاثة بطريقة خالية من الورق، باستخدام هاتفه المحمول - سيتم تحميل القياسات والصور والتقارير إلى السحابة حيث يمكن تحليلها عبر حل Power BI (Business Intelligence)، شفاف لجميع أصحاب المصلحة.

2.4 مصاعد التسلق

المصاعد الصاعدة هي في الأساس أنظمة رفع تعمل بكامل طاقتها وتستخدم عمودًا دائمًا، يقع عادةً في وسط قلب المبنى. تحتوي على غرفة مؤقتة للآلات تتحرك لأعلى ("تصعد") في العمود مع تقدم تشييد المبنى.

المزايا الرئيسية لمصعد التسلق هي:

• عملية بناء أسرع، بفضل قدرة المصاعد على السفر بسرعات أعلى مقارنة بمصاعد Alimak التقليدية ذات الرفوف والتروس الموجودة خارج المبنى.
• إنها تتسلق ذاتيًا باستخدام نقاط تعليق مخصصة في سطح الاصطدام أو تنزلق منها وبالتالي يمكن أن تكون مستقلة عن رافعة موقع البناء إذا لزم الأمر.
• زيادة السلامة والأمان والراحة، خاصة أثناء الظروف الجوية القاسية، عندما تكون طائرات أليماك غير صالحة للاستخدام بشكل عام. كما أن الميزة الإضافية المتمثلة في التشغيل على مدار الساعة دون إزعاج الضوضاء ترجع إلى الموقع المركزي.
• التوفر المبكر للمصاعد الدائمة في المبنى وحقيقة أن واجهة المبنى يمكن إغلاقها تدريجيًا للسماح للعميل بتأجير المبنى في الطوابق السفلية بينما يستمر البناء أعلاه.   
• تتطلب المنهجية وجود جيوب في الجدار الخلفي لعمود المصعد للسماح بإدخال عوارض الدعم القابلة للسحب لمنصة الماكينة مع بقاء العوارض الأمامية بشكل آمن على لوح الأرضية.

تتبع طريقة التركيب العامة لمصاعد التسلق نفس منهجية SLIM مع عربة وهمية كمنصة معلقة. يمكن لعمال التركيب العمل بأمان من منصة العربة الوهمية، والتحرك لأعلى ولأسفل لتثبيت قضبان التوجيه في القسم الموجود أعلى مصعد التسلق. 

2.5 فوائد استخدام نمذجة معلومات البناء أثناء التثبيت

نمذجة معلومات البناء (BIM)^[3] يُعرَّف بأنه طريقة عمل تعاونية باستخدام التقنيات الرقمية التي تسمح لجميع الأطراف في مشروع البناء بالعمل بكفاءة أكبر طوال دورة حياة المشروع (من تصميم المفهوم إلى التشغيل). في السابق، كان يتم توفير عائلات من المنتجات التي تم إنشاؤها مسبقًا للعملاء؛ الآن، يمكن القيام بذلك من خلال نماذج BIM المنسقة بالكامل مع المكونات الفردية التي تشكل نظام المصعد أو السلم المتحرك وتحتوي على جميع المعلومات ذات الصلة المستخدمة طوال دورة حياة الأصل. يتم تصميم كل من المصاعد والسلالم المتحركة المقدمة خصيصًا لكل مشروع فردي. يضمن تفرد هذا النهج مستوى أعلى من التكامل والتعاون داخل المشاريع ويخلق علاقات شخصية وثقة في جودة العمل المنجز، وهو ما يقدره العملاء بشكل إيجابي، خاصة في الوظائف الكبيرة والمعقدة.

لا يشكل تركيب مصاعد التسلق تحديًا فنيًا فحسب، بل إنه أيضًا تمرين ضبط دقيق حيث يتعين على جميع الأطراف العمل في انسجام. للمساعدة في هذه العملية، توفر BIM إمكانية تحديد مراحل زمنية للنماذج لتنسيق تركيب المواد ونقلها داخل موقع البناء وتشغيل الرافعات والأعمال المؤقتة والأهم من ذلك القفزات.

يتيح لك استخدام BIM الاستفادة من البيانات المتاحة في أدوات إدارة المشاريع التقليدية مثل مخططات جانت (مصدر البيانات) وربطها بمكونات محددة في نماذج BIM. من خلال ربط هذه البيانات، سيحصل فريق الموقع على نظرة عامة مرئية على المشروع، ويمكن تعيين المهام للمكونات ومجموعات المكونات وما إلى ذلك (ستعتمد التفاصيل على كل سيناريو محدد والمهام التي يجب تنفيذها). بمجرد الانتهاء من إعداد النموذج، سيعدل فريق الموقع مصدر البيانات عند الضرورة وسيتم تحديث المحاكاة تلقائيًا لتعكس حالة التثبيت الحالية.

3. طرق التثبيت الروبوتية

مع دخولنا عصرًا جديدًا من التحول الرقمي في صناعة البناء، يثور السؤال حول كيف يمكن للتكنولوجيا أن تدعمنا في تشكيل مستقبل المباني الشاهقة الذكية. كانت إحدى الإجابات هي النظر في التطبيقات المتاحة للروبوتات في صناعة البناء، وبشكل أكثر تحديدًا، في تركيبات المصاعد التي تتطلب مهام متكررة ومتطلبة جسديًا بمستوى عالٍ من الدقة.

يجمع نظام التثبيت الآلي للمصاعد (RISE) بين الذكاء الاصطناعي وتكنولوجيا الرفع لجعل تركيبات المصاعد أكثر أمانًا وكفاءة مع الدقة الآلية. 

يتكون Schindler RISE من روبوت صناعي مثبت على منصة متحركة: متطلبات مصدر الطاقة هي 400 فولت/50 هرتز، 30 أمبير، ثلاثي الطور + محايد + أرضي. يتم رفع المنصة على طول العمود إلى موضع الحفر المحدد التالي حيث يتم تحرير نظام دعم المنصة، مما يؤدي إلى قفلها في موضعها. يحصل الروبوت على بيانات تحديد المواقع تلقائيًا من نماذج BIM لتحديد موضع حفر الثقوب.

ثم يقوم الذراع الآلي باختيار ماسح قضبان التسليح لمسح جدار العمود، وتحديد موضع قضبان التسليح تحت الخرسانة. وباستخدام المعلومات المتعلقة بموقع قضبان التسليح، يمكن مقارنة موضع الفتحة الخاصة بأقواس السكك الحديدية بالبيانات الرقمية المحملة وتعديلها وفقًا لذلك لتجنب الحفر في قضبان التسليح.

ثم يعود الذراع الآلي إلى محطة الأدوات حيث يتم اختيار المثقاب الصدمي لحفر جميع الثقوب في الموضع المحدد مسبقًا. بمجرد حفر الثقوب، يتم ضبط مسامير التثبيت وإحكامها مسبقًا استعدادًا لتركيب القوس.

مع حفر جميع الثقوب وضبط مسامير التثبيت، يمكن لفريق التثبيت تثبيت السكك الحديدية والأقواس بسرعة من منصة التثبيت مثل عربة الرفع أو العربة الزائفة. 

تم بالفعل نشر أسطول Schindler RISE بنجاح في أربع قارات، مما أسعد العملاء والبنائين الرئيسيين،^[4] المشرفين والمهندسين على العشرات من المشاريع الكبيرة لشركة شندلر. 

تتمثل فوائد Schindler RISE في: 

• لا يتم المساس بصحة وسلامة الموظفين من خلال الخضوع للعمل في العمود. 
• تقليص كبير في الوقت في عملية القياس والحفر وضبط مسامير التثبيت. 
• الدقة العالية وجودة المهام المتكررة.
• توثيق تلقائي مع بروتوكول التثبيت.
• ملف وظيفي جذاب لمشغل Schindler RISE.

3.1 Schindler RISE – الاتصال ثنائي الاتجاه

يمكن لنماذج BIM الذكية نقل إحداثيات مسامير التثبيت إلى Schindler RISE. هذه العملية من المفترض أن تكون سلسة وثنائية الاتجاه، أو بعبارة أخرى، سوف يلتقط الروبوت الإحداثيات من نماذج BIM، وبمجرد الانتهاء من تركيب مسامير التثبيت، سيرسل Schindler RISE معلومات الإحداثيات مرة أخرى إلى نماذج BIM للحصول على مستوى من الدقة في معلومات البناء لم يسبق له مثيل من قبل.

إن دقة المعلومات التي يقدمها الروبوت ممكنة بفضل التكنولوجيا الحديثة التي يدمجها الروبوت. بالإضافة إلى ضبط مسامير التثبيت، يشتمل الروبوت أيضًا على ليزر يقيس أبعاد العمود عند كل ارتفاع للدعامة، بالإضافة إلى ماسح حديد التسليح الذي يمكنه اكتشاف موضع قضبان التسليح المضمنة في الخرسانة وإعادة وضع مسامير التثبيت وفقًا لذلك في حالة حدوث تصادم. يمكن إرسال هذه المعلومات مرة أخرى إلى نماذج BIM بمجرد الانتهاء من ضبط مسامير التثبيت.

4. اختتام 

لقد قطعت صناعة المصاعد شوطًا طويلاً منذ تركيبات السقالات التقليدية مع عمليات التركيب القائمة على تقييم المخاطر. إن أعمدة المصاعد عبارة عن بيئات قاسية ذات ظروف رطبة ومبللة، حيث تكون سلامة الموظفين هي الأولوية الرئيسية لأي طريقة تركيب. لكي تعمل أنظمة المصاعد على النحو الأمثل، يجب تركيبها بمستوى عالٍ من الدقة للمباني التي صُممت من أجلها. 

إن استخدام الهندسة الرقمية والتقنيات الجديدة والذكاء الاصطناعي يغير عملية تركيب المصاعد. وفقًا لـ Oetterli،^[5] إن النطاق الواسع من التقنيات والفرص الجديدة قد يؤدي أيضًا إلى إعادة التفكير عبر قطاع البناء حول دمج مقدمي التكنولوجيا في وقت مبكر في عملية تصميم المباني، لتقديم أفضل الحلول الشاملة في فئتها للعملاء.

لقد ساهم الابتكار الرقمي والتقنيات الحديثة في تعزيز العمليات في جميع أنحاء الصناعة، ليس فقط في الطريقة التي يتم بها تسليم العمليات والمشاريع الداخلية ولكن أيضًا في الطريقة التي يتلقى بها المهندسون المعماريون والمطورون والبنائون والمستشارون المعلومات طوال دورة المشروع.

سيشهد مستقبل تركيب المصاعد أيضًا زيادة في البناء الجاهز والوحدات النمطية حيث يمكن تجميع المكونات المجمعة مسبقًا في نظام مصعد كامل.

إن التطورات الهندسية الجديدة والمستقبلية لن تفيد العملاء فحسب، بل ستساعد التقنيات المبتكرة أيضًا في تحفيز الموظفين وتطويرهم.

مراجع حسابات

[1] EN 1808:2015، متطلبات السلامة لمعدات الوصول المعلقة - حسابات التصميم، معايير الاستقرار، البناء - الفحص والاختبارات. 

[2] دليل تركيب السيارة المزيفة Wurtec. 

[3] "صناعة المصاعد ونمذجة معلومات البناء: أداة تمكين المشاريع التي طال انتظارها والتي عادة ما يتم تجاهلها." ميغيل كاسترو، الندوة الثالثة عشرة حول تقنيات المصاعد والسلالم المتحركة، المجلد 13

[4] "برج أبتاون في دبي يصبح أول برج شاهق الارتفاع في العالم يعتمد على الروبوتات في تركيب المصاعد" - BESIX

[5] مجلة CTBUH 2019، "اسأل خبيرًا من CTBUH: توماس أويترلي".