張建軍，梁 健，封茂龍，霍亞邦

（中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124）

CPR1000核島主系統(tǒng)設(shè)備雙機(jī)抬吊旋轉(zhuǎn)法吊裝工藝淺析

張建軍，梁 健，封茂龍，霍亞邦

（中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124）

核島主系統(tǒng)設(shè)備吊裝是核電站核島設(shè)備安裝工作的重要環(huán)節(jié)。而重型設(shè)備吊裝工藝方法復(fù)雜、技術(shù)難度大、安全技術(shù)高，需要耗用大量的人力物力。因此，核島重型設(shè)備的吊裝是核電站建設(shè)的重大關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。在核電蓬勃發(fā)展的今天，總結(jié)成熟的吊裝技術(shù)，創(chuàng)造新的吊裝工藝，推動(dòng)核電重型設(shè)備吊裝技術(shù)的發(fā)展，有著積極的現(xiàn)實(shí)意義。重型設(shè)備吊裝技術(shù)作為一種社會(huì)財(cái)富，應(yīng)該加以總結(jié)、提高和推廣，以起到提供借鑒，開(kāi)闊思路，指導(dǎo)吊裝施工的作用。

核島主系統(tǒng)；雙機(jī)抬吊旋轉(zhuǎn)法

1 工程概述

CPR1000是中廣核集團(tuán)(中國(guó)廣東核電集團(tuán)有限公司)在引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合20多年來(lái)的漸進(jìn)式改進(jìn)和自主創(chuàng)新形成的二代改進(jìn)型百萬(wàn)千瓦級(jí)壓水堆核電技術(shù)；是目前國(guó)內(nèi)自主化水平、安全可靠性、成熟性、經(jīng)濟(jì)性等各方面綜合比較最佳的核電技術(shù)方案；是我國(guó)可以在“十二五”期間實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的百萬(wàn)千瓦級(jí)二代改進(jìn)型核電技術(shù)方案，可以為第三代核電技術(shù)成功示范后的批量建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，促進(jìn)裝備產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)，加速實(shí)現(xiàn)新一代核電站的自主設(shè)計(jì)、自主制造、自主建設(shè)和自主運(yùn)營(yíng)。

CPR1000項(xiàng)目中一臺(tái)機(jī)組的核島主系統(tǒng)設(shè)備包括1臺(tái)壓力容器RPV，3臺(tái)蒸汽發(fā)生器SG，3臺(tái)主冷卻劑泵，1臺(tái)穩(wěn)壓器PZR，1套下部堆內(nèi)構(gòu)件。設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 核島主系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)Table 1 Equipment parameters of the main system of NI

在主系統(tǒng)設(shè)備安裝階段，通過(guò)安裝在核島廠房頂部的環(huán)形吊車(chē)上的工作小車(chē)和安裝小車(chē)并車(chē)聯(lián)鉤后通過(guò)吊裝專(zhuān)用工具，在核島+20.0 m設(shè)備平臺(tái)，對(duì)主系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后吊裝至安裝位置。核島主系統(tǒng)設(shè)備是核電站的核心設(shè)備，其安裝質(zhì)量的優(yōu)劣，將對(duì)整個(gè)核電站項(xiàng)目的成敗起到?jīng)Q定性作用。

2 常規(guī)安裝項(xiàng)目塔狀重型設(shè)備吊裝工藝

2.1 雙機(jī)抬吊滑移法

常規(guī)安裝項(xiàng)目中對(duì)于大噸位、長(zhǎng)體形的設(shè)備需水平運(yùn)輸。安裝時(shí)需要翻轉(zhuǎn)直立后再吊裝就位的塔狀設(shè)備，常采用兩臺(tái)大噸位吊車(chē)通過(guò)一個(gè)受力平衡裝置與需要吊裝的設(shè)備連接，以達(dá)到設(shè)備提升中的均衡受力的效果。同時(shí)，在設(shè)備裙座下，加設(shè)一個(gè)專(zhuān)用滑移尾座，在兩臺(tái)吊車(chē)提升力的作用下，通過(guò)尾排的向前滑移，使設(shè)備由平臥狀態(tài)逐漸達(dá)到直立狀態(tài)，最后脫排就位，此吊裝方法被稱(chēng)為雙機(jī)抬吊滑移法。

例如，在建設(shè)鎮(zhèn)海煉化公司蠟油廠加氫裝置中，用兩臺(tái)TC2600型起重量為500 t的履帶吊車(chē)，采用雙機(jī)抬吊滑移法吊裝了重達(dá)520 t（直徑4.2 m，長(zhǎng)度29.5 m）的反應(yīng)器。

2.2 工藝特點(diǎn)

雙機(jī)抬吊滑移法的特點(diǎn)是吊裝機(jī)、索具受力較大，對(duì)設(shè)備尾排的滑移路線、吊車(chē)站車(chē)支腿處的地面承壓要求較高。吊裝過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)主要有兩個(gè)：一是設(shè)備頂部的平衡吊梁的水平控制；二是設(shè)備在進(jìn)入臨界角后的脫排操作控制。這兩個(gè)環(huán)節(jié)是吊裝工程的成敗所在。

3 CPR1000核島主系統(tǒng)重型設(shè)備吊裝工藝

3.1 雙機(jī)抬吊旋轉(zhuǎn)法

核島主系統(tǒng)設(shè)備因其噸位重、體形大，均采用水平運(yùn)輸，本文僅以主系統(tǒng)設(shè)備中重量最重，體形最大的SG為例進(jìn)行吊裝工藝分析。其他主系統(tǒng)設(shè)備的吊裝與SG相比，僅是連接方式上存在一些差別，吊裝工藝基本相同。

吊裝前通過(guò)龍門(mén)架380 t吊車(chē)將SG吊裝至核島+20.0 m設(shè)備平臺(tái)，安裝時(shí)通過(guò)安裝在核島廠房頂部環(huán)吊上的217 t工作小車(chē)和190 t安裝小車(chē)并車(chē)后用一組專(zhuān)用工具與SG連接。同時(shí)，在SG底部加裝一套翻轉(zhuǎn)抱箍，通過(guò)耳軸與翻轉(zhuǎn)支架形成回轉(zhuǎn)支撐，在環(huán)吊兩臺(tái)小車(chē)提升力的作用下，使設(shè)備在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中以翻轉(zhuǎn)耳軸為中心旋轉(zhuǎn)。通過(guò)吊車(chē)提升力的作用及吊車(chē)的移動(dòng)使設(shè)備逐漸直立，直至設(shè)備垂直并脫離翻轉(zhuǎn)支架。此種吊裝方法根據(jù)其吊裝特點(diǎn)可以定義為雙機(jī)抬吊旋轉(zhuǎn)法。

3.2 工藝特點(diǎn)

雙機(jī)抬吊旋轉(zhuǎn)法可確保設(shè)備在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中，始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，吊具受力狀態(tài)優(yōu)于吊具固定的方式。但是翻轉(zhuǎn)支架受力較大，翻轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的水平力和垂直力通過(guò)支架傳給基礎(chǔ)，對(duì)支架基礎(chǔ)樓板的承壓要求較高，后者要有足夠的承載能力。翻轉(zhuǎn)支架的可靠性是確保吊裝成敗的關(guān)鍵因素之一。吊裝過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)有3個(gè)：一是環(huán)吊安裝小車(chē)和工作小車(chē)起升動(dòng)作必須同步，具體反映在平衡梁的水平控制上，為此用兩臺(tái)經(jīng)緯儀跟蹤測(cè)量，并據(jù)實(shí)進(jìn)行調(diào)整；二是設(shè)備底部的翻轉(zhuǎn)抱箍上的翻轉(zhuǎn)耳軸不得懸空，在整個(gè)翻轉(zhuǎn)過(guò)程中應(yīng)該始終壓在翻轉(zhuǎn)支架耳軸座內(nèi)；三是注意設(shè)備在翻轉(zhuǎn)擺正接近90度時(shí)，控制設(shè)備自?xún)A旋轉(zhuǎn)。

4 SG雙機(jī)抬吊旋轉(zhuǎn)法所用設(shè)備及工具

核島主系統(tǒng)設(shè)備吊裝所用吊具，統(tǒng)稱(chēng)為安裝專(zhuān)用工具，均委托具備相關(guān)資質(zhì)的專(zhuān)業(yè)公司設(shè)計(jì)制造。吊具加工完成后，須對(duì)重要零部件進(jìn)行載荷試驗(yàn)和檢驗(yàn)，目的是檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)的承載能力，以保證其使用的安全性和可靠性，見(jiàn)表2。

試驗(yàn)時(shí)載荷因子：靜載試驗(yàn)載荷因子為1.4，動(dòng)載試驗(yàn)載荷因子為1.2。高于國(guó)家《起重機(jī)試驗(yàn)規(guī)范和程序》中靜載試驗(yàn)載荷因子1.25，動(dòng)載試驗(yàn)載荷因子為1.1的國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。

表2 SG吊裝時(shí)重量匯總Table 2 Weight summary during SG lifting

4.1 環(huán)吊

環(huán)形起重機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)環(huán)吊，位于核島廠房頂端，主要負(fù)責(zé)核電站安裝期間各重型設(shè)備，如蒸汽發(fā)生器、壓力容器、穩(wěn)壓器等設(shè)備吊裝，同時(shí)也負(fù)責(zé)電站運(yùn)行、維修期間核島廠房各種設(shè)備吊運(yùn)工作，見(jiàn)圖1。

主要組成部件有：環(huán)形軌道及承軌梁、環(huán)吊端梁及主梁、5 tX-Y移動(dòng)梁、190 t安裝小車(chē)、217/10 t工作小車(chē)、中央拱架、聯(lián)合起吊梁及平臺(tái)、通道等附件。聯(lián)合起吊最大起吊能力396 t。

SG翻轉(zhuǎn)吊裝前，將217 t安裝小車(chē)與190 t吊裝小車(chē)之間通過(guò)連接板以機(jī)械方式連接，通過(guò)聯(lián)合操作進(jìn)行并車(chē)抬吊。

吊裝時(shí)通過(guò)一個(gè)偏心聯(lián)合提升梁聯(lián)鉤，以保證兩臺(tái)起重設(shè)備在吊裝過(guò)程中均衡受力，見(jiàn)圖2。

P1：217 t工作小車(chē)負(fù)荷；P2：190 t安裝小車(chē)負(fù)荷

217 t工作小車(chē)負(fù)荷率214/217=98.6﹪，190 t安裝小車(chē)負(fù)荷率187/190=98.4﹪。

圖1 環(huán)形起重機(jī)Fig.1 Polar crane

圖 2 受力分配圖Fig.2 Schematic of stress distribution

4.2 環(huán)吊聯(lián)合提升梁

因?yàn)榄h(huán)吊安裝小車(chē)和工作小車(chē)負(fù)荷不一致，為保證兩臺(tái)小車(chē)吊裝時(shí)均衡受力，在兩臺(tái)小車(chē)聯(lián)鉤時(shí)使用的是一個(gè)偏心平衡梁的特殊技術(shù)措施，平衡梁的構(gòu)造及外形尺寸見(jiàn)圖3。

環(huán)吊聯(lián)合提升梁設(shè)計(jì)額定載荷為396 t，SG吊裝時(shí)實(shí)際負(fù)荷389.2 t，聯(lián)合提升梁負(fù)荷率389.2/396=98.3﹪。

經(jīng)超聲檢查后，本組60例患者均明確診斷，診斷符合率100%，其中慢性闌尾炎急性發(fā)作7例、闌尾周?chē)撃[6例、急性化膿性闌尾炎14例、急性單純性闌尾炎26例，急性壞疽穿孔性闌尾炎7例、。其中闌尾腔有糞石者11例。見(jiàn)表。

4.3 SG用環(huán)吊專(zhuān)用工具

SG用環(huán)吊連接工具包括吊梁、吊索、提吊耳軸等部件。

聯(lián)鉤后的環(huán)吊通過(guò)聯(lián)合提升梁下方吊桿上的銷(xiāo)孔和吊梁上的銷(xiāo)孔重合后，用銷(xiāo)軸將聯(lián)合提升梁和吊梁連接起來(lái)。

吊梁設(shè)計(jì)載荷396 t,實(shí)際載荷379 t,負(fù)荷率379/396=95.7﹪

將提吊耳軸前端插入SG二次側(cè)人孔，使提吊耳軸與SG二次側(cè)人孔的端面接觸，用螺栓將提吊耳軸固定在SG二次側(cè)人孔法蘭凸臺(tái)的螺紋孔內(nèi)，按規(guī)定預(yù)緊力矩值緊固。

通過(guò)高性能無(wú)接頭繩圈索具、吊梁、提吊耳軸將SG與環(huán)吊連接起來(lái)。翻轉(zhuǎn)吊裝SG專(zhuān)用的環(huán)形吊索也稱(chēng)高性能無(wú)接頭繩圈，是通過(guò)專(zhuān)用的纏繞設(shè)備、經(jīng)過(guò)特殊工藝編織而成的環(huán)形索具，其特點(diǎn)為柔軟性好、強(qiáng)度高、使用方便，適用于空間有限或特大型吊裝工程，在SG吊裝時(shí)單根對(duì)折后使用，見(jiàn)圖4。

圖 3 偏心平衡梁Fig.3 Eccentric balance beam

圖 4 高性能無(wú)接頭繩圈索具Fig.4 High-performance jointless rope rigging

表3 環(huán)形索具的基本參數(shù)表Table 3 Basic parameter of round rigging

環(huán)形吊索，吊索直徑為84 m m，周長(zhǎng)28 m，使用時(shí)對(duì)折后單只額定載荷201.6 t,實(shí)際載荷1 8 9.5 t,單只環(huán)形吊索負(fù)荷率為189.5/201.6=94.0﹪,其總破段拉力為2015.6 t，安全系數(shù)為5，見(jiàn)表3。

4.4 翻轉(zhuǎn)抱箍

翻轉(zhuǎn)抱箍：由兩個(gè)半圓套箍、兩個(gè)耳軸以及連接件等組成。翻轉(zhuǎn)SG時(shí)，翻轉(zhuǎn)抱箍箍緊SG，耳軸置于翻轉(zhuǎn)支架的支承座內(nèi)，作為翻轉(zhuǎn)SG的支點(diǎn)。

因SG設(shè)備本體不能直接焊接吊耳，故采用了抱箍這種形式，抱箍由兩個(gè)半圓箍組成，用螺栓連成一體箍抱在SG上，靠抱箍與設(shè)備間的摩擦力承受載荷，為增大摩擦力在抱箍與SG接觸面之間布置了一層膠皮。連接兩個(gè)半抱環(huán)的M72的8.8級(jí)高強(qiáng)度螺栓，最終預(yù)緊力矩為5 500 N?m。螺栓緊固時(shí)應(yīng)按一定順序交替進(jìn)行，并在裝配翻轉(zhuǎn)抱箍時(shí)要求翻轉(zhuǎn)耳軸的中心線與SG二次側(cè)人孔中心線必須平行，其平行允差0.6 mm。

4.5 翻轉(zhuǎn)支架

翻轉(zhuǎn)支架由焊接框架、耳軸座、調(diào)整墊片、連接螺栓等組成。

將SG運(yùn)到翻轉(zhuǎn)位置后，安裝翻轉(zhuǎn)支架，安裝時(shí)要調(diào)整支架，保證翻轉(zhuǎn)支架頂部的凹槽中心線在一條直線上，且垂直于SG的軸線，垂直度允差小于1 mm，兩個(gè)翻轉(zhuǎn)支架與地面連接通過(guò)44×M39的8.8級(jí)高強(qiáng)度螺栓固定，預(yù)緊力矩750 N?m，安裝完成后，要求試吊時(shí)，翻轉(zhuǎn)耳軸應(yīng)能順利的、平穩(wěn)的在SG翻轉(zhuǎn)支架耳軸座的半圓形支撐面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，且兩個(gè)翻轉(zhuǎn)耳軸均與耳軸座的半圓形支撐面良好接觸，否則，應(yīng)采取措施，重新調(diào)整翻轉(zhuǎn)支架或SG重載車(chē)的位置。

5 SG雙機(jī)抬吊旋轉(zhuǎn)法吊裝施工工藝

SG吊裝的主要過(guò)程為：通過(guò)提升裝置用380 t龍門(mén)吊車(chē)將SG水平提吊到+20 m設(shè)備平臺(tái)上方，放置于重載小車(chē)上固定，用拖曳裝置將SG向反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)移動(dòng)到預(yù)定位置后，在SG下部筒體上安裝翻轉(zhuǎn)抱箍組件；在SG的二次側(cè)人孔處安裝提吊耳軸，用銷(xiāo)軸將SG吊梁與環(huán)吊聯(lián)合提升梁連接，用環(huán)形吊索將提吊耳軸和SG吊梁連接；再用拖曳裝置將SG向反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)二次移動(dòng)到翻轉(zhuǎn)位置后，安裝SG翻轉(zhuǎn)支架，見(jiàn)圖5。

圖5 SG翻轉(zhuǎn)圖Fig.5 SG flipchart

設(shè)備與連接工具安裝完成后，應(yīng)做提吊試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)，用環(huán)吊將SG前部緩慢地提升約200 mm。注意觀察聯(lián)合提升梁、吊梁、吊索、提吊耳軸之間的連接部位，吊索的繩箍部位，吊梁與聯(lián)合提升梁的連接部位，提吊耳軸與SG二次側(cè)的連接部位，在提升過(guò)程中應(yīng)無(wú)異常響聲，吊梁的水平中心線應(yīng)無(wú)肉眼可見(jiàn)的傾斜，SG銷(xiāo)軸應(yīng)無(wú)竄動(dòng)變位等情況。

確認(rèn)SG具備翻轉(zhuǎn)條件后，由起重指揮發(fā)令，操作司機(jī)通過(guò)環(huán)吊起升機(jī)構(gòu)和小車(chē)行走機(jī)構(gòu)交替運(yùn)行，直至把SG豎立起來(lái)。在翻轉(zhuǎn)吊裝的整個(gè)過(guò)程中要注意以下幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

一是必須保證環(huán)吊安裝小車(chē)和工作小車(chē)起升動(dòng)作同步，具體反映在環(huán)吊聯(lián)合提升梁的水平控制上，為此在SG翻轉(zhuǎn)過(guò)程中施工單位在環(huán)吊聯(lián)合提升梁兩端安裝了兩個(gè)測(cè)量標(biāo)靶，由專(zhuān)業(yè)測(cè)量技術(shù)人員，用兩臺(tái)高精度經(jīng)緯儀跟蹤測(cè)量，并根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)通報(bào)起重指揮，在水平度不得大于3°的前提下，隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，以控制環(huán)吊聯(lián)合提升梁的水平度，保證兩臺(tái)起重設(shè)備的均衡受力。

二是在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中，位于SG底部的翻轉(zhuǎn)抱箍上的翻轉(zhuǎn)耳軸不得懸空，在整個(gè)翻轉(zhuǎn)過(guò)程中應(yīng)該始終壓在翻轉(zhuǎn)支架耳軸座內(nèi)，施工單位應(yīng)派專(zhuān)人對(duì)SG兩側(cè)的翻轉(zhuǎn)耳軸在支架內(nèi)的接觸情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并及時(shí)向起重指揮匯報(bào)。

三是注意在SG翻轉(zhuǎn)擺正接近90°時(shí)，要注意到設(shè)備整體中心和回轉(zhuǎn)支點(diǎn)處于同一鉛錘面內(nèi)的瞬間，SG的總重力與翻轉(zhuǎn)支架處的支反力大小相等方向相反而平衡。此時(shí)SG的平衡是不穩(wěn)定的，要注意控制環(huán)吊小車(chē)的走位，防止設(shè)備因自身的重力作用自轉(zhuǎn)。

SG翻轉(zhuǎn)至垂直位置后，由環(huán)吊通過(guò)專(zhuān)用工具將SG提離翻轉(zhuǎn)支架，此時(shí)，環(huán)吊及專(zhuān)用工具出力最大，根據(jù)受力校核，均接近設(shè)計(jì)載荷。拆除翻轉(zhuǎn)支架、利用SG翻轉(zhuǎn)抱箍拆除平臺(tái)拆除翻轉(zhuǎn)抱箍，確認(rèn)SG從翻轉(zhuǎn)位置到安裝位置之間沒(méi)有干涉后，使用環(huán)吊將SG緩慢吊裝至安裝位置進(jìn)行定位、調(diào)平等安裝工作。

6 改進(jìn)及建議

在目前CPR1000核島主系統(tǒng)設(shè)備的翻轉(zhuǎn)過(guò)程中，均通過(guò)環(huán)吊大鉤起升與小車(chē)水平運(yùn)動(dòng)交替工作直至設(shè)備翻轉(zhuǎn)完成。但是以3臺(tái)SG為主的主系統(tǒng)設(shè)備的吊運(yùn)流程及翻轉(zhuǎn)位置都是相對(duì)固定的，可以考慮在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中使用環(huán)吊在運(yùn)行檢修及換料期間使用的三維自動(dòng)定位功能，將SG翻轉(zhuǎn)時(shí)的初始位置代碼、最終位置代碼輸入CPU，通過(guò)PLC系統(tǒng)程序的編制，操作時(shí)使用“自動(dòng)運(yùn)行”模式，使環(huán)吊的大鉤起升機(jī)構(gòu)、小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)按照程序設(shè)定的步驟和路徑，沿著最優(yōu)的軌跡，穩(wěn)定、精確地由初始位置運(yùn)行到目標(biāo)位置，環(huán)吊的定位精度能夠達(dá)到5 mm。如果環(huán)吊的三維自動(dòng)定位功能在主系統(tǒng)設(shè)備安裝階段得到使用，將大大提高主系統(tǒng)設(shè)備吊裝工藝的精細(xì)化施工，減少人因不安全因素，提高工作效率，節(jié)省主系統(tǒng)設(shè)備的安裝時(shí)間。

7 結(jié)束語(yǔ)

嶺澳二期CPR1000核島主系統(tǒng)設(shè)備的順利吊裝，標(biāo)志著我國(guó)核電自主建設(shè)已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)全新的水平。

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Brief analysis of lifting technology used in two cranes
rotary lifting method for CPR1000 in main system equipment

ZHANG Jian-jun，LIANG Jian，F(xiàn)ENG Mao-long，HUO Ya-bang
（China Guangdong Nuclear Power Engineering Co., Ltd., Shenzhen of Guangdong Prov. 518124, China）

The lifting of equipment which located in the main system of NI is an important link of erection. The lifting process of heavy equipment is characterized by complicated process, difficult technology, high safety requirement, and plenty of manpower and resources. So the lifting of NI heavy equipment is a critical and key technical issue for the construction of nuclear power plant. With the booming of nuclear power industry, it makes positive and realistic sense to summarize the proven technique of lifting, create new procedure, and promote the development of hoisting technology for heavy equipment of nuclear power plant. As a kind of social wealth, the lifting technique of heavy equipment shall be summarized, improved and spread to be a good reference for broadening our mind and guiding the lifting operation.

main system of NI；two cranes rotary lifting method

TL37

A

1674-1617(2010)03-0227-07

2010-04-20

張建軍（1974—），男，山東人，工程碩士，工程師，從事主系統(tǒng)安裝工作。