技术重新定义高层建筑电梯安装方法的未来

看看这些方法是如何从传统建筑技术发展到突破性的 

作者：Philip Hofer、Urs Püntener 和 Miguel Castro

本文于 14 年 2023 月在第 XNUMX 届电梯和自动扶梯技术研讨会上首次发表，并于 升降机 自动扶梯 图书馆

关键词： 安装、脚手架和无脚手架、爬升升降机、假车、BIM、机器人

抽象

电梯导向系统的安装对于轿厢的乘坐质量至关重要。本文将介绍典型的电梯安装方法以及建筑行业电梯安装的技术历程。传统上，电梯由装配工使用脚手架进入井道、对齐导轨并调整导轨之间的距离来安装。这个过程对安装团队来说往往非常具有挑战性，因为安全是主要考虑因素，同时在恶劣环境下工作也会带来身体压力。随后，该过程进一步发展为无脚手架安装方法，使用临时悬挂平台，根据 EN 1808 和 GB T 19155 中定义的准则，该方法提供了更高的安全标准。与此同时，随着建筑行业要求在建筑物施工阶段安装和运行电梯，爬升式电梯也应运而生。如今，新技术使机器人变得可移动，将工厂换成了建筑工地电梯的机器人安装系统。曾经挑战人类的重复性任务和恶劣环境现在可以通过机器人的高质量和高精度来完成。

1. 引言

正确安装和对齐导轨以形成电梯的引导路径是实现电梯系统可接受的乘坐质量水平的基础。安装方法不断发展以满足当今具有挑战性的市场要求。安全、人力、劳动力短缺和安装时间优化是开发未来新安装方法的关键驱动因素。

本文将简要介绍安装方法如何从传统的脚手架发展到当今和未来升降机安装的突破性施工技术。

垂直运输 (VT) 行业是建筑物内非常特殊的学科。虽然大多数学科都以逐层为基础进行设计和建模，但 VT 制造不可避免地必须一次跨越多个楼层。

由于电梯安装项目复杂且耗时，适当的现场管理和明确的流程对于项目的成功至关重要。这还包括更好的现场协调和现场材料物流，因为材料储存在大型项目中通常具有挑战性。

2. 升降机安装方法 

2.1 脚手架 

传统上，脚手架由总承包商提供，用于安装井道材料，一般来说，脚手架关系到安装人员的健康和安全。需要进行额外的工作，使脚手架达到预期的标准，以确保员工能够执行安装任务。脚手架通常会妨碍正在安装的部件（如层门），并且需要不断进行改造以适应正在安装的升降机系统，而且由于人们在彼此上方工作，安全程序通常会受到影响。

脚手架的安装效率通常很低，因为必须将材料运送到各个楼层，然后再吊入井道。这种方法也没有明确的方法说明或风险评估，无法使用提供的适当工具来定义安装顺序。通常由分包商根据之前的经验决定如何安装设备，而无需经过培训。 

尽管装配工们都穿着通过井道中的绳索连接起来的防坠落安全带，但整体工作环境仍然相当危险，对体力要求很高，因为随时都有碎石从井道中掉下来的危险。

此外，对于高达 500 米的井道，长期租用脚手架的费用非常昂贵。另外，由于高层电梯安装需要过高的高度，脚手架的结构负载也相当值得怀疑。  

2.2 无脚手架安装方法 

随着整个电梯行业的安全标准不断提高，建筑承包商也在推动更安全的安装方法，并明确定义流程。一家大型建筑承包商很高兴能有一种安装方法，它基于整个安装过程的顺序方法说明来降低风险。这使得可以在所有产品线上部署安全、独立的安装方法。该方法还具有高度的独立性，不受建筑商准备情况的影响，因此，只要井道可以移交，就可以更灵活地在施工现场开始安装工作。

无脚手架安装方法 (SLIM) 的开发和认证旨在为安装团队创造安全的工作环境，并符合 EN1808:2015《悬挂式通道设备安全要求 - 设计计算、稳定性标准、施工 - 检查和测试》规定的最高安全标准。^[1] 

SLIM 可调整以适应所有井道尺寸和行程高度。由于采用预制材料，它可以重复使用多次。悬挂平台或假车^[2] 顾名思义，它具有三个独立的安全冗余：主绳带提升机、次绳带防坠装置和作用于导轨的独立自由落体安全钳。一旦检测到没有悬挂构件，安全钳就会在弹簧力的作用下自动启动。  

该方法的主要优势之一是，安装可以在建筑物仍在施工时开始，并且仅提供临时电源。采用所谓的“分阶段安装过程”，安装团队可以在临时安装在井道中的防撞甲板的安全下工作。在分阶段安装中，将安装井道平台以及用于悬挂假轿厢的提升绳索的悬挂梁。整个安装套件随着建筑物的建造而上升。一旦达到最终建筑物高度并移交机房，电梯即可完工。  

SLIM 提供灵活、安全和定制的解决方案以满足项目规格，使客户能够在早期阶段准备好交接电梯，或在整个施工阶段进一步用作建筑电梯。

SLIM 仍需要安装导轨安装套件 (GRIK) 作为参考，以便垂直放置轴，从而准确定位导轨支架和导轨。GRIK 可将导轨定位在 0.5 毫米的公差范围内，从而能够在 10 米/秒的速度下实现卓越的乘坐质量².

总体来说，安装工的优势有：  

• 整洁、安全、明亮的工作环境
• 能够将假车移动到最佳钻孔高度
• 稳定的平台工作区取代开放式脚手架
• 井道内轨道吊装和定位的最佳空间

客户经常会面临不同的现场情况，解决方案需要根据施工现场的要求和进度进行优化和定制。

A. SLIM，顶置式安装。

已经存在带有混凝土板和机器梁的机房，用于悬挂假轿厢。

B. SLIM，分阶段安装。

整个竖井平台安装了 Lean2Beam 作为悬挂点和竖井管道模板。

该选项可以快速执行，因为它可以根据建筑物的建造而连续移动。

2.3 数字化质量保证 

在安装过程中，务必在每个停靠点进行质量检查 (QC)，以确保设备安装达到预期精度。一旦车辆安装完毕，升降系统开始运行，再进行必要的调整和轨道重新调整就非常困难了。

• QC1：导轨对中
• QC2：着陆门对准 
• QC3：系统检查

这些检查是通过 QC-APP 完全自动完成的，这使得质量检查员能够使用自己的手机以无纸化方式执行三项检查 - 测量结果、照片和报告将上传到云端，然后可以通过 Power BI（商业智能）解决方案进行分析，所有利益相关者都可以看到这一信息。

2.4 爬升电梯

爬升式升降机基本上是完全可操作的升降机系统，利用永久井道，通常位于建筑物核心的中央。它们有一个临时机房，随着建筑物的施工进展，机房在井道中向上移动（“爬升”）。

爬升式升降机的主要优点是：

• 与建筑物外部的传统齿条齿轮式 Alimak 升降机相比，升降机能够以更高的速度运行，从而加快施工过程。
• 它们使用防撞甲板或滑道上的专用悬挂点进行自行爬升，因此如果需要可以独立于建筑工地起重机。
• 安全性、保障性和舒适度均有所提高，尤其是在恶劣天气条件下，而 Alimak 通常无法使用。此外，由于位于中心位置，因此 24 小时运营且无噪音干扰，这也是一大优势。
• 大楼内永久电梯的启用时间更早，而且大楼外墙可以逐步关闭，以便客户在上面的施工继续进行的同时出租较低楼层的大楼。   
• 该方法要求在电梯井后壁设置凹槽，以便机器平台的可伸缩支撑梁能够插入，并且前梁能够牢固地固定在地板上。

爬升式升降机的一般安装方法与 SLIM 相同，使用假车作为悬挂平台。安装人员可以从假车平台安全地工作，上下移动以安装爬升式升降机上方部分的导轨。 

2.5 安装过程中使用建筑信息模型的好处

建筑信息模型（BIM）^[3] 被定义为一种使用数字技术的协作工作方式，它使建筑项目的所有参与方能够在整个项目生命周期（从概念设计到运营）中更高效地工作。以前，会向客户提供预先创建的产品系列；现在，这可以通过完全协调的 BIM 模型来实现，该模型包含构成电梯或自动扶梯系统的各个组件，并包含资产整个生命周期中使用的所有相关信息。所提供的每台电梯和自动扶梯都是针对每个项目量身定制的。这种方法的独特性保证了项目内更高水平的集成和协作，并建立了个人关系和对所执行工作质量的信任，这受到客户的积极评价，尤其是在大型和复杂工作中。

爬升机的安装不仅是一项技术挑战，而且是一项需要各方齐心协力的精细调整工作。为了协助完成此过程，BIM 提供了按时间阶段划分模型的可能性，以协调材料安装、施工现场内的材料运输、起重机操作、临时工程以及更重要的跳跃。

使用 BIM 可让您利用传统项目管理工具（如甘特图）中可用的数据（数据源），并将其链接到 BIM 模型中的特定组件。通过链接这些数据，现场团队将获得项目的直观概览，并且可以将任务分配给组件、组件组等。（粒度将取决于每个特定场景和要执行的任务）。模型设置完成后，现场团队将在必要时修改数据源，模拟将自动更新以反映当前安装状态。

3. 机器人安装方法

随着我们进入建筑行业数字化的新时代，一个问题出现了：技术如何帮助我们塑造智能高层建筑的未来。答案之一是看看机器人在建筑行业有哪些应用，更具体地说，在需要重复和体力要求高且精确度高的电梯安装中。

电梯机器人安装系统 (RISE) 将人工智能与电梯技术相结合，使电梯安装更安全、更高效，并具有自动化的精确度。 

Schindler RISE 由安装在可移动平台上的工业机器人组成：电源要求为 400 V/50 Hz、30 A、三相 + 中性线 + 地线。平台通过绞盘沿竖井向上吊至下一个定义的钻孔位置，在此位置释放平台支撑系统并将其锁定到位。机器人自动从 BIM 模型获取定位数据，以确定钻孔的位置。

然后，机械臂选择钢筋扫描仪扫描井壁，识别混凝土下钢筋的位置。根据钢筋位置信息，可以将轨道支架的孔位置与上传的数字数据进行比较，并进行相应调整，以避免在钢筋上钻孔。

然后机械臂返回工具站，选择冲击钻在预定位置钻出所有孔。钻孔完成后，设置并预紧锚栓，为安装支架做好准备。

所有孔都钻好并锚栓设置好后，安装团队可以从安装平台（如电梯轿厢或假车）快速安装导轨和支架。 

Schindler RISE 机队已成功部署在四大洲，令客户、主要建造者、^[4] 数十个 Schindler 大型项目的主管和装配工。 

Schindler RISE 的优势包括： 

• 在井道内工作不会损害人员的健康和安全。 
• 显著减少测量、钻孔过程和锚栓设置的时间。 
• 重复任务的高精度和高质量。
• 带有安装协议的自动文档。
• Schindler RISE 操作员的职位描述非常吸引人。

3.1 Schindler RISE – 双向通信

智能BIM模型可以将锚栓的坐标传输到Schindler RISE。这个过程应该是无缝和双向的，换句话说，机器人将从BIM模型中获取坐标，一旦锚栓安装完成，Schindler RISE就会将坐标信息发送回BIM模型，以获得前所未有的竣工信息精确度。

得益于机器人所采用的先进技术，机器人提供的信息非常准确。除了锚栓设置外，机器人还配备了激光仪，用于测量每个支架高度处的轴尺寸，以及钢筋扫描仪，用于检测嵌入混凝土中的钢筋的位置，并在发生碰撞时重新定位锚栓。锚栓设置完成后，可以将这些信息发送回 BIM 模型。

4. 结论 

VT 行业已经从传统的脚手架安装转变为基于风险评估的安装流程。电梯井是潮湿的恶劣环境，无论使用哪种安装方法，员工的安全都是首要考虑因素。为了使电梯系统最佳运行，必须根据其设计的建筑以高精度安装电梯系统。 

数字工程、新技术和人工智能的使用正在改变电梯安装流程。Oetterli 表示，^[5] 大量的新技术和新机遇也可能促使整个建筑行业重新思考，将技术提供商更早地纳入建筑设计过程，为客户提供一流的整体解决方案。

数字创新和最先进的技术增强了整个行业的流程，不仅改变了内部流程和项目的交付方式，还改变了建筑师、开发商、建筑商和顾问在整个项目周期内接收信息的方式。

未来的电梯安装也将见证预制和模块化结构的增加，其中预组装的组件可以组装成完整的电梯系统。

新的和未来的工程发展不仅将使客户受益，而且创新技术还将有助于激励和发展员工。

案例

[1] EN 1808:2015，悬挂式通道设备的安全要求 - 设计计算、稳定性标准、结构 - 检查和测试。 

[2] Wurtec 假车安装指南。 

[3] “电梯行业和 BIM：一个早就应该采用但通常被忽视的项目推动因素。”Miguel Castro，第 13 届电梯和自动扶梯技术研讨会，第 13 卷

[4] “迪拜 Uptown 大厦成为世界上第一座采用机器人安装电梯的超高层建筑” — BESIX

[5] CTBUH杂志2019，“咨询CTBUH专家：Thomas Oetterli。”