哈利法塔的设计师们又来捣乱了，武汉绿地中心擦窗机设计巧妙

21世纪以来，随着我国城市化进程的快速展开，大型商厦、宾馆酒店、商务写字楼等超高层建筑如雨后春笋之势在我国各城市中拔地而起。这些建筑物的外墙保洁、维护、检修以及构件的更换都需要“建筑物室外维修用动力平台”）这种专业的设备辅助，我国一般将其简称为“擦窗机”。由于不同的建筑外立面造型不同，与其配套的擦窗机也要根据建筑整体结构、立面造型和设备运行空间限制等现有条件来进行针对性的设计。武汉绿地中心是华中地区的标志性建筑，三叶曲面的造型和636m的高度都使得其配套擦窗机的设计有着巨大的难度。

1武汉绿地中心项目概况及擦窗机设计难点

武汉绿地中心项目位于武昌滨江商务区核心区，与汉口百年外滩隔江相望。绿地中心楼总高636m，地上125层，建成后将成为中国第一高楼，本项目预计2018年竣工，建成后将成为中国第一，世界第二高楼。武汉绿地中心大厦主塔底座俯视图成“三瓣形”，是武汉三镇地势的抽象化体现；整个主塔外观呈流线型，下粗上细，顶部为无平台光滑穹体塔冠。根据建筑师规划，在59F和118F设计为擦窗机的安装层面。为减小风压，主塔共设有3个区域风洞，每个风洞高度约20m。塔冠主体顶部有60m高的双层塔冠钢结构，中间为穹顶。

该项目配套擦窗机的难度在于以下几个方面：

（1）超级高度与巨大工作面的问题

该项目塔楼636m高，外幕墙面积15万m2。擦窗机选型和布置台数位置是设计的要点。根据以往的经验，对于超高层建筑，优先选用的是安全性能最高的轨道卷扬式擦窗机，无论操作时的安全、紧急情况的处理，相对其他类别擦窗机都更有优势，考虑到超高层作业时风载荷会非常大，大厦还必须装有固定平台的装置。对于外幕墙面积如此巨大的超高层建筑，完成一次清洗往往要耗时几个月。根据擦窗机的工作效率特点，建筑的区域特点，合理设定擦窗机的台数，以满足经济性与高效性。

（2）曲面造型的问题

该建筑造型为三瓣曲线，由下到上收分。设计擦窗机时需考虑到如何使其工作面有效覆盖建筑外表面的所有清洗区域，根据各个区域建筑条件选用针对性的机型，不同机型综合形成整栋建筑的擦窗机系统。停机时，擦窗机设备需隐藏以保证建筑造型的完整美观。

（3）无平台穹顶的问题

由于造型不同于常规建筑的双塔冠穹顶造型，该建筑没有屋顶平台可以设置擦窗机设备，这一问题成了全项目擦窗机设计最大的难题。此部分的擦窗机设计有着极大的难度。需要详细考虑擦窗机如何与钢结构连接、设备的安装与钢构安装如何衔接、开启幕墙与擦窗机的空间配合以及后期的设备维护的方便性等因数。

2擦窗机总体方案布置及特色

根据建筑的造型及结构特点，最终将擦窗机建筑清洗区域划分为4个：1—59F外幕墙区域（A区）、60—118F外幕墙区域（B区）、塔冠穹顶幕墙区域（C区），118—塔顶幕墙区域（D区域）（图1）。

图1 总体方案布置

全楼共布置10台擦窗机设备。共采用了折臂机、折臂+伸缩臂机、顶升+伸缩臂机3种型式的擦窗机。本工程项目擦窗机系统由于是超高层、立面及结构造型复杂，形成了擦窗机以下几点特色：

①多款式设备组合的幕墙维护系统，本项目用于幕墙维护设备的种类有：擦窗机、蜘蛛车、高空专业升降平台、自爬升式升降吊篮、安全线等等设备，采用一个复杂的多类设备，保证今后的幕墙维护工作能够安全可靠实施。

②擦窗机在BIM模型中的应用，由于本项目结构造型异常复杂，以往在从典型的CAD平面图或者剖面图去复核擦窗机的工作空间是否足够、擦窗机的轨道是否与其他专业干涉、擦窗机的工作面是否存在盲区等等问题上，往往需要花费大量的时间和人力资源，本项目中擦窗机融入到BIM模型系统后，可以很直观地发现问题和解决问题，节约了大量的时间并保证了方案的准确性。

③塔冠630擦窗机与建筑一体化，以往擦窗机只是建筑物里的独立设备，需要尽量避让幕墙、钢构等已留出足够的操作空间，而本项目塔冠630擦窗机方案中，把幕墙的开启窗与擦窗机固定为一体，与擦窗机大臂共同升降，节约了大量的空间需求，也保证了建筑整体的外观效果，该方案是擦窗机历史中的首开先河，相信今后类似的案例会越来越多。

3分区介绍

3.1A区（0—59F）及B区（60—118F）擦窗机系统设计

A区与B区平面相似，擦窗机分别布置在59F及118F两层。平面为相同的三瓣，故在3个角部圆弧区域布置各一台擦窗机及其轨道。工作时，擦窗机大臂穿过可开启的幕墙，下降平台作业。停机时，擦窗机大臂收缩折叠，收缩于停放空间内，幕墙关闭隐藏。方案主要考虑的因素有以下几点。

①由于建筑平面留出给擦窗机运行的空间非常有限，而且要考虑幕墙开启的高度及宽度尺寸，此两区域的擦窗机采用主臂下沉式以控制整机的高度。由于59F与118F平面空间不同，59F擦窗机轨道设置如图2所示：直线型轨道的末端位置设置可开启幕墙。而118F轨道布置设计为井字型（图3），开启窗位置设置在3个轨道末端，轨道的井字型布置使得擦窗机能够运行至最大接近开启窗的位置，最大化缩小擦窗机大臂的设计长度，以匹配现有的紧促的停机空间。

图2 59F擦窗机轨道平面布置图

图3 118F擦窗机轨道布置图

②本楼层每台擦窗机需要在开启墙打开后，伸出大臂工作开启窗两侧的幕墙，这种工况下，擦窗机机型一般选用折臂机，但考虑到停机位置及转换工位所需的空间尺寸限制，大臂需要设计成伸缩型式，大臂伸出窗口后可以旋转伸缩臂，折臂+伸缩使平台可覆盖开启窗两侧的工位（图4~6）。

图4 折臂+伸缩臂卷扬式擦窗机

图5 59F擦窗机三种状态示意图

图6 118F擦窗机轨工作示意图

③59F的楼层标高为296.9m，近300m的工作高度在擦窗机类别里是非常高的级别，118F更是标高561m。采用卷扬式升降系统擦窗机，以及平台配备防风的装置，可以保证整机的安全性能及可靠性。

3.2C区塔冠穹顶幕墙擦窗机系统设计

塔冠中间位置是有约30m高度的穹顶，穹顶是一个圆锥型立面，对于穹顶的幕墙维护要考虑内外的清洁及后期玻璃的更换；穹顶擦窗机系统如图7所示。

图7 穹顶擦窗机系统图

①室内的清洁，由于穹顶的造型复杂，最简便的方案就是在室内永久存放一台30m工作高度的“蜘蛛车”，工作方便也快捷，主要需要考虑到它的吊装和成品保护，因为只有在穹顶封顶前必须要吊装到穹顶内部，后期需要建造专有的防护棚，以免后期穹顶的施工对其造成损坏。

②室外的清洁及玻璃的更换，根据现有的基础结构，只能在塔冠3片桁架上各设置1台（共3台）擦窗机以供穹顶幕墙维护的需要，桁架内空间非常狭小，在狭小的空间内擦窗机需要做各种回转，移位等动作，并且停机时大臂能够完全缩回至桁架内侧达到停机隐藏的效果，经过长期的擦窗机方案调整及结构的优化，选用3节折臂机型，停机时折臂相互折叠收拢，最小化擦窗机的停机空间（图8）。

图8 穹顶擦窗机三维视图

3.3D区118F—塔顶幕墙区域擦窗机系统设计

118F—塔顶区域的幕墙由安装在顶部位置的一台擦窗机来进行维护，为了不影响大厦的建筑效果，擦窗机停机时需要完全隐藏在室内（9~10）。

图9 塔顶擦窗机工作视图

图10 塔顶擦窗机三维视图

①由于塔顶至118F外幕墙最远端边线约有26m的距离，而塔顶运行的停机空间最大长度也只有7m（包含配重臂的长度），如果采用26m臂长的擦窗机停放在7m空间内，按照目前技术是无法达到的，深入研究后将擦窗机的臂长定10.4m，在平台上加设一套导向结构，幕墙上安装导槽，使得平台下降时，依靠自重使平台沿着幕墙导槽下降至所需工作位置，以解决臂长不足的问题。

②由于擦窗机停机是需要完全隐藏在室内，而最顶层空间非常有限，幕墙自身开启又会占用擦窗机的空间，而且最顶部的造型也很复杂，独立开启的方式难度很大，最简单有效的方式是将需要开启窗固定在擦窗机大臂上，擦窗机采用立柱顶升型式，当需要工作的时候，立柱顶升将开启窗也一并顶升上去，这种方式解决了空间不足及开启窗开启难度大的问题。

4结语

武汉绿地中心大厦是高难度高标准的超级工程，华中地区地标的背景也让该项目备受关注。该项目巨大的高度、大弧度的曲面造型、无平台的双塔冠结构都给擦窗机设计带来了巨大的难度。设计人员对整栋高楼进行系统分区，根据不同分区的可操作条件，选用了折臂机、折臂+伸缩臂机、顶升+伸缩臂机三种机型，设计了相应轨道，并配以平台防风装置。难度最大的塔冠更是采用了可顶升开启的顶盖。对该项目擦窗机系统设计的深度剖析，是一次经验的总结与探讨；对今后其他项目设计有着重要的借鉴意义，对擦窗机理论研究的总结也会提供一个经典的个案分析。