不平衡懸空升降學科成果報告
四川華山建筑有限公司 蘇茂兵
摘要：不平衡懸空升降理論，附著升降腳手架的特點、難點和具體應用
關鍵詞：不平衡懸空升降學科
目前，世界上起重機械的原理都是起重機將起重物體吊起后把物體重量傳遞到自己身上，然后傳給地面，其遵循的是起重機吊起物體時，起重機和起重物體一起必須到達平衡的原則，起重機和起重物體總體的重心在起重機械著力點的水平平面內，否則**會機毀人亡。**是火箭發射時也遵守此原則。
世界上有沒有起重機械是懸空升降的？如果起重機自身都是懸空的且起重機和起重物體的重心在起重機械著力點的水平平面外，這樣的起重機械在起重時會不會機毀人亡？其有什么特殊的力的傳遞過程？其受力體系應該怎樣建立？在工程應用中應設計什么系統、機構來適應其特殊的要求？
如果這些起重機械還必須群機作業，那會帶來什么難以想象的問題？如果不僅是群機作業而且還是露天的施工環境、隨時有外力介入或有物體阻礙升降的升降環境，這樣的起重機械的懸空升降理論該怎樣建立？怎樣實現其自動化控制？
附著升降腳手架是顛覆了目前世界起重機械的基本設計理論，還是目前世界起重機械的基本設計理論僅是起重機械在地球陸地上特殊的平衡關系時的一個特例？
世界起重機械的設計理論是不是該有個新的發展？在深海、航天方面，不平衡懸空升降學科是不是更急需建立，更需要應用？
項目概況：附著升降腳手架是懸空升降的起重機械，是起重機械和施工腳手架交涉的邊沿學科,是行業**前沿的科技產品，世界上均無專業的安全技術標準，是我國的自主創新產品，****施工安全是附著升降腳手架應用的基本前提。
附著升降腳手架的特點是群機懸空升降、起重機和起重物體的重心在起重機械著力點（建筑物外墻）的水平平面外。
HS10型吊拉式附著整體升降腳手架是搭設一定高度的腳手架，通過附著支承結構利用電動環鏈提升機根據施工需要將腳手架進行升降的一種設備，具有操作方便、安全、快捷、綜合施工成本低的優點；具有起重系統、防墜系統、防傾系統、同步控制系統、停層系統以及架體結構。其中架體結構由豎向主框架及水平桁架基礎節、豎向主框架標準節、水平支承桁架標準節以及普通腳手架組成。
附著升降腳手架是世界裝備制造業中國創造的典型，是節能減排的環保產業。其特點是搭設4－5層的樓高的腳手架架體，利用自身配制的起重系統、防墜系統、防傾斜系統、同步控制系統、停層系統，沿建筑物懸空升降滿足施工要求。替代原來由地面一直搭設至頂的建筑物高度（22層至200層）的施工外腳手架，節省大量施工中的外腳手架鋼材，節約資源、節約能源、減少二氧化碳的排放量。
前景和社會效益：
（1）前景：由于可用于建筑的土地越來越少，地價越來越貴，以后的房屋建筑基本上是高層建筑，因此附著升降腳手架具有廣闊的發展前景。 2011年四川省建筑業總產值約4500億元，施工腳手架的費用占6%，約270億元產值，20層以上的高層建筑物至少占50%左右，總產值約135億元，前景十分廣闊。僅四川省的產值**能迅速上億、十億甚至百億，還有其他國內、國際市場未算。
（2）社會效益：采用附著升降腳手架大量減少使用腳手架相關的鋼管、扣件、安全網、架板等材料，節約資源、節約能源、大量減少二氧化碳的排放量，保護了環境；在設計加工管理方面是節約型，進入施工工地是密集性，但能解決大量技術工人**業。
（3）環境評價：該項目生產過程中無廢水、廢氣與污染物排放，符合環保要求；在施工生產中采用附著升降腳手架產品，能大量減少使用腳手架相關的鋼管、扣件、安全網、架板等材料，節約資源、節約能源、大量減少二氧化碳的排放量，保護了環境。附著升降腳手架是節能減排環保型產品。
技術經濟指標：HS10型吊拉式附著整體升降腳手架主要性能參數：1、架體高度：覆蓋小于5倍樓層高；2、豎向主框架高度:大于等于4個樓層高度；3、架體寬度：大于等于800mm；4、架體步高：1.8m；5、相鄰機位間距≤7m；6、作業面平均荷載：3 KN／m2；；7、架體自重≤4.0 KN／m；8、提升機額定速度≤0.13 m／min；9、附墻支座：在豎向主框架覆蓋的面積上每個樓層處都設置一個；10、防墜裝置：穿心桿式防墜裝置與電動環連提升機的上吊點分別掛在兩個附墻支座上，墜落時制動距離≤80mm。
在受力體系方面：建立底部空間六面體結構，吊點設在直角立面體框架結構底部平面內。
在防墜系統方面：1、本防墜裝置將國家非常重視的機器人設計原理成功引入建筑業，實現防墜功能。2、利用發生意外墮落時起重系統受力必然消失的特點，此時，始終處于有效保護的壓簧推動機械手（含大手臂、小手臂、手指）推動專用夾具中的活塊摩擦力制動防墜。3、將豎直方向的壓簧推動機械手推動運動轉化為水平方向的機械手指的圓弧運動。
在群機升降同步控制方面：讓電動環鏈提升機和傳感器的傳力構件合二為一，解決了傳感器不能適應復雜多變、環境惡劣的施工環境的問題，簡單****，完成對各個起重機的承載力的動態監測，用獨特的對群機升降的控制系統實現在環境不變下的自動升降。
在停層結構方面：在附著升停層時將銷軸取出，等跨越了該附墻支承座后再將銷軸置入，然后作相應升降，**實現了機械式自動停層。
在架體結構方面：采用上下雙橫桿，雙斜桿并在轉角形成定型水平桁架無法形成的井字形結構，可靈活多變且取材方便地解決了附著升降腳手架在轉角處的整體性安全問題。
在附墻支承座方面：：1、多功能附墻支撐座在帶有附墻安裝孔的附墻鋼板上焊接工字鋼。2、工字鋼固連與防傾導軌配合的導輪。3、在建筑物不同樓層的處設置相同結構的附墻承座，循環使用。
在起重、防墜系統設置方面：1、改造附著升降腳手架的堅向主框架，使其承載能力加強；2、將防墜系統下降一個樓層設置；3、在建筑物墻體連續的三個結構層設置起重和防墜系統的強埋孔及連接螺栓。
項目創新點：
HS10型吊拉式附著整體升降腳手架的整體技術水平處于國內乃至********地位，是全新的不平衡懸空升降學科在實踐中的成功應用，已獲得21項國家專利（其中發明專利9項）。
在受力體系方面：1、基礎節承受平行于建筑物外立面和垂直于建筑物外立面的雙向力。2、提出雙向受力的受力體系，為進一步發展懸空升降理論找到了研究方向。
在防墜系統方面：設計機械手啟動防墜裝置，將沖擊制動防墜變為漸進的摩擦制動防墜。活塊與圓錐體之間是斜圓錐面接觸，接觸面大、****，利用圓錐體中的防墜吊桿與活塊、圓錐體之間的由小到大的變形，產生由小到大的摩擦力達到動態連鎖防墜，從而有效的防止意外墜落。
在群機升降同步控制方面：實現了在復雜多變、環境惡劣的施工環境中自動升降，提高了世界建筑施工的科技水平。
在停層結構方面：1、實施自動停層。2、停層后的誤差只有附墻支座或預埋連接孔的誤差。 3、銷軸被附墻支座擋卡而因撞擊、震動而減緩并承受墜落的沖擊力，實現有效防墜。
在架體結構方面：1、提出整體性結構安全理論，即：整體性結構安全是附著升降腳手架應用的基本前提，整體性結構安全理論的提出是為附著升降腳手架行業做出的重要貢獻。解決了建筑物外形一圈高空懸空升降的附著升降腳手架在力矩、力偶集中的轉角處的結構薄弱，難以承受應力集中的問題。2、在附著升降腳手架轉角處分別由交叉的水平桿和豎直桿經扣件連接而成的內升兩排升降腳手架，在其水平定型桁架上方連接普通腳手架，加成上下雙橫桿、雙斜桿成井字型上下交叉用扣件緊固連接。消除了附著升降腳手架轉角處的安全隱患。
在附墻支承座方面：在附墻支撐座上加了自動停層系統。
在起重、防墜系統設置方面：1、解決了方案中強埋孔及連接螺栓安裝空間狹小，安裝困難的局面；2、同時也避免了當同一層樓梁鋼筋砼較大面積強度不能承載而造成起重、防墜系統同時失效的可能，即使是外形錯層結構的建筑物也能保障施工安全。
綜上所述，附著升降腳手架從受力體系、防墜系統、群機升降同步控制、停層結構、架體結構、附墻支承座和起重、防墜系統設置等七個方面取得實質性突破，解決了不平衡懸空升降的難題，指明了不平衡懸空升降理論的研究方向。
通過不平衡懸空升降理論的研究表明，世界起重機械的基本設計理論僅是起重機械在地球陸地上特殊的平衡關系時的一個特例。不平衡懸空升降可以理解為包含了在惡劣環境下（如施工、太空、深海），小物體附著在大物體上的做相對遠動。建立不平衡懸空升降新學科，研究其規律性，對國家科技發展有重要意義，在實際工程中有巨大的應用價值。
****是破壞性的，但錢學森提出的****力學，其原理卻是利用****的力量使特殊產品定型并達到很高的強度。建立不平衡懸空升降新學科也有這方面的價值和效果。
牛頓看著蘋果從樹上掉下來，發現了萬有引力。“蘋果從樹上掉下來”，是高科技嗎？在看似技術成熟的建筑業也隱藏著許多我們還沒有發現的深層次的科學，在我國城鎮化過程中的中后期，如果我們讓建筑業更新換代；而且讓建筑業拉動的近40個相關產業也實現升級換代，讓建筑業成為這些相關產業升級換代的檢驗者和督促者，那建筑業**會成為我國科技產業升級換代的集大成者，成為中華民族實現夢想的功臣。
“實踐是檢驗真理的****標準”，任何********不經過足夠的實踐，那都是空中樓閣。建筑業拉動的近40個相關產業的科技成果都需要在建筑業得到應用，如果讓建筑業不斷促進這些相關產業的科技****，那將極大提升我國在世界上的競爭力，在我國城鎮化進程結束后**不會形成泡沫經濟，美國的次貸危機**不會在中國上演。房地產作為金融產品的特點**是我們今天用了未來二三十年的錢，我們以后必須償還今天用了的未來二三十年的錢，如果我們以后有競爭力，能掙到這些錢，我們還會有次貸危機、還怕次貸危機嗎？！我們建筑業只要能深挖潛力，能成為國家實現夢想的功臣而不是罪人啊。我國的城鎮化還未結束，西方發達國家**爆發了嚴重的次貸危機，進一步形成了世界經濟危機。這是西方國家在城鎮化進程中，過分貪婪，只想借，不想還的結果。中國有老話，凡毒物，七步之內，必有解藥。我們建筑業的科技******是這場危機的解藥。
附：作者及單位簡介
四川華山建筑有限公司是科技原創單位、國家********企業，是中國建筑業協會機械管理與租賃分會副會長單位；是中國工程建設標準化協會附著升降腳手架研究組副組長單位；是四川省建筑業協會設備材料和防水工程分會副會長單位，是四川省首批附著升降腳手架一級資質的專業公司。公司的HS10型附著整體升降腳手架****通過JGJ202-2010《建筑施工工具式腳手架安全技術規范》******科技成果產品驗收，產品可以出口。2012年通過四川省重大技術裝備創新研制項目驗收。已申請24項國家專利，其中12項發明專利；獲授權專利21項，其中9項發明專利。
四川華山建筑有限公司是世界上****個附著升降腳手架的******產品標準：“附著升降腳手架升降及同步控制系統應用技術規程”的主編單位。蘇茂兵同志為主編人。
作者簡介
蘇茂兵同志 男 生于1969年7月
美國美聯大學工商管理專業碩士、四川理工學院機械設計與制造專業工學學士 ****工程師 一級注冊建造師
現兼任：中國建筑業協會機械管理與租賃分會副會長
中國工程建設標準化協會附著升降腳手架研究組副組長
四川省建筑業協會設備材料和防水工程分會副會長
是世界上****個附著升降腳手架的******產品標準：“附著升降腳手架升降及同步控制系統應用技術規程”的主編人。
主持的HS10型附著整體升降腳手架率先通過JGJ202-2010《建筑施工工具式腳手架安全技術規范》******科技成果產品驗收，產品可以出口。2012年通過四川省重大技術裝備創新研制項目驗收。已申請24項國家專利，其中12項發明專利；獲授權專利21項，其中9項發明專利。
主要發表論文：從房屋倒塌看中國建筑存在的問題
談附著升降腳手架架體的整體性安全及具體應用
科技創新產業升級與建筑業無關嗎？
談起重機管理規定的問題及建筑施工機械安全管理的現狀
淺談中國建筑的發展方向
四川省施工租賃企業現狀調查報告
改進的附著升降腳手架的雙向受力基礎節
附著升降腳手架的自動停層系統
