钢盾宝钢盾学院 - 钢结构产业互联网融媒体平台！
钢结构连廊常被用于连通两栋单体建筑，以实现建筑功能的最大化利用，但其施工也是项目管理中的重难点环节。尤其对于高空大跨度的钢结构连廊，施工环境最为复杂，需综合考虑各施工环节与工况，因此风险等级通常较高。哈尔滨工业大学郑州研究院数研产业一号园项目采用了高空大跨度钢结构连廊的结构形式，其中最大钢结构连廊跨度达50.4 m，高度49.5 m，主梁轴线宽度20.5 m，总质量约1200 t。
依据该连廊的结构形式、现场施工条件以及国内外已有的钢结构吊装技术，研究提出了三种施工方案并进行综合比选。方案一为高空散装法，即利用现场塔吊和汽车吊，支设大量支撑架体，按施工顺序完成高空拼装作业。方案二为分块吊装法，先按起重设备性能将连廊拆解为吊装单元模块，现场支设少量支撑架体，按合理顺序分块吊装，最终形成整体连廊结构。方案三为液压整体提升法，现场不支设支撑架体，在连廊投影地面将钢连廊整体拼装完成并验收后，利用液压提升装置将其整体提升至设计标高。
综合考虑三个方案的工期计划、措施成本、质量要求、安全性能以及对其他主体施工的影响范围，最终确定采用方案三。措施费计算表明，方案三因无需支设支撑架体而费用最低。采用MIDAS/Gen有限元软件对施工工况进行组合计算，方案三在安装过程中连廊的竖向位移和构件应力比均在规范允许范围内，能够满足现场施工条件下连廊的整体稳定性和精度控制要求。同时利用ANSYS对液压提升吊具节点进行仿真分析，吊具应力小于材料屈服强度，符合提升要求。为满足钢结构危大工程的施工要求，研究还利用BIM技术的可视化表达对施工工况进行模拟预演，筛查安装工况下的施工风险控制要素并实施重点管控，多角度论证了方案三的经济性与安全性。在施工过程中，部署了多项安全保障措施，对应力较大部位进行临时加固，液压提升期间利用无人机对高空作业实时监测，并采用风速测量仪监测风速。最终实现了施工速度快、安装精度高、安全风险低的预期效果。
English Abstract
Steel structure link corridors are frequently used to connect two separate buildings, achieving maximized utilization of building functions. However, their construction poses significant challenges in project management. For high-altitude long-span steel structure link corridors in particular, the construction environment is the most complex, requiring consideration of various construction phases and conditions, thus typically presenting a higher risk level. The No.1 Industry Park Project of the Zhengzhou Research Institute of Harbin Institute of Technology adopted the structural form of a high-altitude long-span steel structure link corridor, with a maximum span of 50.4 m, a height of 49.5 m, a width of 20.5 m, and an approximate mass of 1200 t.
Based on the structural form and on-site construction conditions, three construction schemes were proposed using existing domestic and international steel structure lifting techniques. Scheme 1 involves the high-altitude assembly method, utilizing on-site tower cranes and mobile cranes to erect numerous supporting structures. Scheme 2 adopts a sectional lifting method, where the corridor is disassembled into modular lifting units based on equipment performance. Scheme 3 employs hydraulic overall lifting technology, where no supporting structures are erected on-site; the entire corridor is assembled on the ground within the projection area and lifted to the designed elevation using hydraulic devices. Considering schedule, measure costs, quality requirements, safety performance, and impact on other main construction activities, Scheme 3 was adopted. Finite element analysis with MIDAS/Gen confirmed that vertical displacement and component stress remained within permissible ranges. ANSYS simulation of lifting fixture nodes showed stress below yield strength. BIM visualization was utilized to simulate construction scenarios and identify risk control elements. Multiple safety measures were deployed, achieving fast construction, high installation accuracy, and low safety risk.
一、钢结构连廊的功能定位与施工挑战
在高层及超高层建筑设计中，钢结构连廊凭借自重轻、造价低、结构受力稳定等优势，成为连接两栋单体建筑的优选结构形式。连廊的设置不仅实现了建筑功能的最大化利用，也增强了建筑群体的整体性与标志性。然而，在施工阶段，钢结构连廊一般具有跨度大、施工风险系数高、施工环境复杂等突出难点。因现场环境条件的制约，其安装过程也是现场管理控制的重点环节。尤其对于高空大跨度的钢结构连廊，施工环境最为复杂，需综合考虑各施工环节与工况，因此风险等级通常较高。
二、液压整体提升技术的发展与应用
针对大跨度重型钢结构的高空安装难题，液压整体提升技术被证明是一种有效的解决方案。该技术的历史可追溯至上海东方明珠广播电视塔天线杆的施工——乌建中等采用同步整体提升技术，通过对提升器集群的组合配置，成功将质量较大的构件提升至设计高度。此后，郭彦林等采用液压提升技术对广州白云国际机场维修机库的10号机库钢屋盖进行整体提升（提升质量约4300 t），并指出大吨位结构体系在提升状态下的受力性能与设计状态存在差异，需针对提升状态进行专门的受力分析，对薄弱环节进行加固并验算提升过程中的受力工况。鲍广鉴等通过对液压整体提升技术的系统研究，剖析了该技术的工艺流程和工作要点，指出将传统以人力为主的施工工艺转化为以自动机械为主，是该技术的最大特点。王晨等以扬州建工科技园钢结构连廊项目为例，进一步验证了液压整体提升技术在大跨度钢连廊施工中的适用性。
三、BIM技术与有限元仿真在施工方案论证中的作用
随着施工技术的不断发展，BIM技术与有限元仿真分析在复杂钢结构施工方案论证中的作用日益凸显。对于大跨度钢结构连廊这类危大工程，仅凭经验判断难以全面评估施工方案的安全性与经济性。有限元分析能够精确计算结构在各施工工况下的应力、位移等力学响应，为方案比选提供定量依据；BIM技术则通过三维可视化表达，将抽象的施工过程具象化，便于筛查施工风险控制要素、优化施工工序。两者的结合应用，使得施工方案的论证从经验判断走向科学量化，为复杂钢结构的高效、安全施工提供了技术保障。
四、工程背景与问题提出
哈尔滨工业大学郑州研究院数研产业一号园项目设计采用了高空大跨度钢结构连廊的结构形式。该连廊最大跨度50.4 m，高度49.5 m，主梁轴线宽度20.5 m，总质量约1200 t。面对如此大跨度、大吨位的钢结构连廊高空安装任务，如何在保证施工安全与质量的前提下，选择经济合理的施工方案并确保顺利实施，成为亟待解决的关键技术问题。为此，研究团队基于该工程实际，开展了施工方案的系统比选、有限元仿真分析与BIM施工模拟，为方案的最终确定与顺利实施提供了科学依据。
本文的研究主要涵盖以下四个方面：
依据钢结构连廊的结构形式、现场施工条件以及国内外已有的钢结构吊装技术，研究提出了三种备选施工方案。
方案一：高空散装法。 利用现场塔吊和汽车吊，支设大量支撑架体，按照施工顺序完成高空拼装作业。该方案的优点在于技术成熟、操作灵活，但缺点也十分明显——需要支设大量的高空支撑架体，措施费用高昂，且高空作业量大，安全风险较高。
方案二：分块吊装法。 钢结构连廊先按起重设备性能拆解成吊装单元模块，现场支设少量支撑架体，按合理施工顺序分块吊装，最终形成整体连廊结构。该方案相比方案一减少了支撑架体用量，但仍需部分高空作业，且分块吊装对吊装单元的划分精度和现场拼装精度要求较高。
方案三：液压整体提升法。 现场不支设支撑架体，在钢结构连廊投影地面将钢连廊整体拼装完成并验收后，利用液压提升装置将钢结构连廊整体提升至设计标高。该方案的最大优势在于将大量高空作业转化为地面作业，大幅降低了高空作业风险，同时无需支设支撑架体，措施费用最低。
研究从工期计划、措施成本、质量要求、安全性能以及对其他主体施工的影响范围等五个维度对三个方案进行了综合比选，最终确定采用方案三——液压整体提升法。
方案确定后，研究采用MIDAS/Gen有限元软件对施工工况进行了组合计算。计算重点考察了钢结构连廊在液压整体提升安装过程中的竖向位移和构件应力比。结果表明，在方案三的施工条件下，连廊的竖向位移和构件应力比均在规范允许值范围内，能够满足现场施工条件下连廊的整体稳定性和精度控制要求。
与此同时，研究还利用ANSYS有限元软件对液压提升吊具节点进行了专项仿真分析。吊具节点是液压提升系统的关键受力部位，其安全性直接关系到整个提升过程的成败。分析结果表明，提升吊具的应力小于材料的屈服强度，符合提升要求。上述有限元分析从力学角度验证了方案三的可行性与安全性。
为满足钢结构危大工程的施工要求，研究充分利用BIM技术的可视化表达优势，对施工工况进行了模拟预演。通过BIM三维模型，将液压整体提升的各个施工阶段——地面拼装、液压提升、高空就位、最终固定等——进行可视化呈现，使施工人员能够直观理解各工序的衔接关系与关键控制点。
在此基础上，研究筛查了安装工况下的施工风险控制要素，并据此实施施工重点管控。BIM模拟预演还帮助识别了提升过程中可能出现的碰撞、干涉等问题，为施工方案的进一步优化提供了依据。通过BIM技术与有限元分析的结合应用，从多角度论证了方案三的经济性和安全性。
为确保钢结构连廊施工全过程的安全性，研究在施工部署中采取了多项保障措施。
在结构加固方面，对应力比较大的部位采取了临时加固措施，确保在提升过程中结构的受力状态始终处于可控范围。在实时监测方面，液压提升期间利用无人机对高空作业进行实时监测，能够及时发现并处置施工中的异常情况。在环境监测方面，采用风速测量仪持续监测风速，确保提升作业在允许的气象条件下进行。
通过BIM技术与有限元分析对施工工况的仿真分析，结合上述安全保障措施的部署实施，最终实现了施工速度快、安装精度高、安全风险低的预期效果。该工程的成功实施，为今后类似高空大跨度钢结构连廊的施工提供了可借鉴的技术路径与实践经验。
综合以上研究，可得出以下主要结论：
