劉洪成

[摘要]裝配式鋼結(jié)構(gòu)深度預(yù)制施工技術(shù)是四川油建為保障海外市場發(fā)展和高質(zhì)高效完成鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制而探索出來的一種新型施工技術(shù)。在將傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)焊接形式改為高強度螺栓連接，減少現(xiàn)場焊接工作量的基礎(chǔ)上，在業(yè)內(nèi)首次運用Tekla軟件對圖紙進行深度建模分析、二次設(shè)計和工藝詳圖出圖，并建立了裝配化鋼結(jié)構(gòu)數(shù)控預(yù)制生產(chǎn)線對其加工生產(chǎn)，在軟件、工藝和機具設(shè)備上都實現(xiàn)了創(chuàng)新，并取得了驕人的成績和經(jīng)濟效益。

[關(guān)鍵詞]裝配式；鋼結(jié)構(gòu)；深度預(yù)制；施工技術(shù)；Tekla軟件

1 技術(shù)簡介

1.1 技術(shù)名稱

裝配式鋼結(jié)構(gòu)深度預(yù)制施工技術(shù)。

1.2 形成過程

隨著近年來公司海外市場不斷擴大，鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制與安裝工作量與日俱增，施工人力、裝備等資源持續(xù)處于緊張狀態(tài)，鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制生產(chǎn)急需在工藝創(chuàng)新、設(shè)備使用、工序組合、質(zhì)量控制方面探索出全新有效的生產(chǎn)模式。為滿足國外工程鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制的需要，在管廊架等鋼結(jié)構(gòu)的預(yù)制中改變傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制方式，采用裝配式深度預(yù)制技術(shù)，運用Tekla等軟件對設(shè)計圖紙進行三維建模、二次設(shè)計和工藝詳圖出圖，并采用先進數(shù)控化設(shè)備將加工信息轉(zhuǎn)換為二維機代碼，使排料、切割、鉆孔等工序達到程序化、批量化，提高了預(yù)制深度、生產(chǎn)效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

1.3 主要特點

裝配式鋼結(jié)構(gòu)深度預(yù)制施工技術(shù)最大特點是建模精細化、下單快速化、生產(chǎn)工序化、作業(yè)流水化、預(yù)制優(yōu)質(zhì)化。運用Tekla等軟件通過對圖紙二次建模分析，快速建立三維立體模型，將鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點構(gòu)造細化，自動生成詳細的二維加工零件圖和組裝詳圖，快速列出各類鋼材的規(guī)格型號用量表，實現(xiàn)快速材料計劃下單采購；數(shù)控設(shè)備投入使用，優(yōu)化布置，有機組合，編制數(shù)控操作執(zhí)行文件，各工序作業(yè)優(yōu)化組合，輕松實現(xiàn)下料、鉆孔、組對、焊接等工序流水化作業(yè)，實現(xiàn)了預(yù)制生產(chǎn)快速化、優(yōu)質(zhì)化。

Tekla Structures是芬蘭公司開發(fā)的鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計軟件，在一個虛擬的空間中搭建一個完整的鋼結(jié)構(gòu)模型，模型中不僅包括結(jié)零部件的幾何尺寸，也包括了材料規(guī)格、橫截面、節(jié)點類型、材質(zhì)、用戶批注語等在內(nèi)的所有信息，而且能自動生成鋼結(jié)構(gòu)工藝詳圖和各種報表。

1.4 適用范圍

裝配式鋼結(jié)構(gòu)深度預(yù)制施工技術(shù)適用于以下七個方面鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制生產(chǎn)：

（1）場站系統(tǒng)管廊架，如輸氣管網(wǎng)、熱力管網(wǎng)、污水管網(wǎng)等。

（2）塔架類如煙囪塔架、通訊塔架、跨河桁架等。

（3）常壓非標設(shè)備制造，如常壓水罐、常壓油罐、水泥倉等。

（4）煙囪類成套設(shè)備制作，如尾氣煙囪、鍋爐房煙囪、灼燒爐煙囪等。

（5）設(shè)備梯子、欄桿、檢修通道鋼格板成套制造。

（6）鋼結(jié)構(gòu)的廠房、倉庫、辦公樓的預(yù)制。

（7）裝配式管廊架、設(shè)備框架成套制造。

2 技術(shù)詳細特色介紹

2.1 技術(shù)流程

技術(shù)流程

2.2 創(chuàng)建構(gòu)件

（1）參照設(shè)計圖紙，利用Tekla三維立體模擬軟件創(chuàng)建定位管廊桁架位置的全局軸線。先大致瀏覽全套施工圖后，打開軟件，點擊新建模型按鈕，在彈出的對話框中輸入模型名稱，進入新建模型，按照施工圖軸線參數(shù)修改默認軸線，再創(chuàng)建各軸的視圖，以方便在各視圖之間進行模型建立。

（2）創(chuàng)建定位單榀桁架桿件位置的局部軸線和輔助線、點，在此基礎(chǔ)上依次創(chuàng)建立柱、橫梁、邊梁、次梁、挑梁等桿件。

（3）在軟件截面庫中選擇合適的截面，軟件截面庫里面有各種H型鋼、工字鋼、槽鋼、角鋼、鋼板等，根據(jù)設(shè)計要求為創(chuàng)建的零部件選取材料。

（4）使用復(fù)制、鏡像等功能創(chuàng)建相同構(gòu)件。

注意事項：

①單榀桁架的標高，橫向、縱向坐標統(tǒng)一按毫米計量，同一模型內(nèi)要統(tǒng)一坐標單位。

②計算梁柱標高時候要扣除設(shè)計圖紙的基礎(chǔ)標高。

2.3 創(chuàng)建節(jié)點

（1）選擇合適的節(jié)點類型，先利用Tekla軟件默認的參數(shù)創(chuàng)建節(jié)點，再調(diào)節(jié)參數(shù)，使節(jié)點形式與設(shè)計圖紙相符。柱腳、梁柱連接的連接板與螺栓創(chuàng)建出來后，按需進行焊接連接，再做成節(jié)點，然后運用節(jié)點去創(chuàng)建相同的連接形式，從而建立起整個三維模型。

（2）在創(chuàng)建節(jié)點時，要加強碰撞檢查，利用碰撞校核，避免構(gòu)件相碰和螺栓間距過小等問題。

注意事項：

①在復(fù)制生成節(jié)點前，先單個節(jié)點的校核碰撞，以免成批的創(chuàng)建節(jié)點后形成大量的碰撞。

②節(jié)點全部完成后，開啟Tekla三維立體模擬軟件自動碰撞校核功能，一定要進行三維碰撞再校核，修改完善模型。

2.4 出構(gòu)件詳圖和裝配圖

（1）選擇合適的模板，設(shè)定圖紙的大小、報表大小。

（2）修改圖紙的屬性，設(shè)定標注類型和標注精度，設(shè)定文字大小等。

（3）選擇所有構(gòu)件，由軟件自動出構(gòu)件圖和零件圖。

（4）手工修改圖紙標注，創(chuàng)建剖面、標高，插入視圖，加注圖紙說明。

2.5 提出料單

模型完善后，自動生成零件、構(gòu)件流水編號，所有編號唯一，不重復(fù)，方便生產(chǎn)后標記編號?？焖賱?chuàng)建零件清單，螺栓清單，型材清單等材料用量清單，提供材料排版圖，導(dǎo)入Excel表格，提出材料采購和工廠加工計劃，實現(xiàn)快速材料計劃下單采購。

Tekla三維立體模擬軟件創(chuàng)建的用量料單，相比以前預(yù)估買料，直接將施工圖交班組，由班組邊清算邊干，缺料再補再干的傳統(tǒng)方式有了技術(shù)和管理上的創(chuàng)新。該技術(shù)成熟運用，班組只需按加工任務(wù)書施工，由于軟件對材料的統(tǒng)計正確率100%，所以物資部門根據(jù)材料清單對材料的管控能力大大加強，不易出再因增補材料而影響工期，同時不易產(chǎn)生庫存積壓，利于資金流轉(zhuǎn)，提高企業(yè)效益。

2.6 形成加工任務(wù)單

創(chuàng)建出零件圖、構(gòu)件圖，經(jīng)過調(diào)整后便可形成車間預(yù)制生產(chǎn)任務(wù)書。任務(wù)書可按零件圖、構(gòu)件圖生產(chǎn)、綜合生產(chǎn)和按照生產(chǎn)工序安排生產(chǎn)。

操作人員拿到任務(wù)清單后，通過鍵盤輸入單個零件規(guī)格、尺寸、角度等參數(shù)，設(shè)備電腦自動轉(zhuǎn)換為機代碼，編制好數(shù)控操作執(zhí)行文件，借助吊運輔助設(shè)備，操作臺面控制按鈕可實現(xiàn)材料進退，紅外線定位，物件上下抬起，左右橫移等功能，可實現(xiàn)切割、鉆孔等工序作業(yè)，加工產(chǎn)品尺寸準確，零偏差。操作人員直接根據(jù)任務(wù)單組織生產(chǎn)，省去看圖時間，提速提效，縮短工期。

2.7 物料的進出形式

所有物料進出和轉(zhuǎn)運主要通以下幾種途徑：

①平板軌道車運輸；②送料輥滾傳送；③天車直接吊裝行走；④拖掛車拉運。

將原材料用天車吊裝放到帶鋸床的送料輥滾上，操作數(shù)控臺面，實現(xiàn)型鋼上下抬起和橫向移動進入進料平臺，通過上下左右定位，操作切割臺面按鈕，可輕松實現(xiàn)多角度切割下料。完成的下料胚通過送料平臺送出切割間，通過天車吊裝放到鉆床的送料輥滾上，實現(xiàn)出料，并輸送到組對焊接工藝區(qū)塊組對焊接。

2.8 主要數(shù)控設(shè)備配備

2.9 主要生產(chǎn)工序介紹

鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制生產(chǎn)主要工序如下：

（1）三維建模，編制零件、構(gòu)件生產(chǎn)圖，派發(fā)任務(wù)單，標識清楚單個零件材質(zhì)、外形尺寸、眼孔直徑、中心距，邊角處理方式等。

（2）按照生產(chǎn)任務(wù)單對立柱、橫梁等型鋼用數(shù)控帶鋸床下料，連接板用數(shù)控火焰切割機下料，并按任務(wù)單上號碼對零件進行打鋼印編號。

（3）用數(shù)控三維鉆床對型鋼上立柱、橫梁的連接螺栓孔進行鉆孔，用平面數(shù)控鉆床對連接鋼板進行鉆孔，保證立柱和橫梁孔位的制作精度。

（4）把鉆好孔的連接板與立柱、橫梁每榀對應(yīng)點焊好，并完成組對工序。

（5）按照施焊工藝，采用手工焊或CO2半自動保護焊焊接每個節(jié)點，先焊接筋板焊縫，后焊接螺栓連接板與柱、梁的連接焊縫。

（6）焊接完畢后，將橫梁、立柱等單根構(gòu)件分離出來，按任務(wù)單上號碼對構(gòu)件進行打鋼印編號。

（7）構(gòu)件經(jīng)過拋丸除銹后，用封口膠將鋼印密封，防止油漆、防火涂料、銹蝕等外界因素影響鋼印清晰度。

（8）按貨運要求進行打包產(chǎn)品，每個包架嘜頭用噴涂標識，字跡清楚，以便發(fā)運和現(xiàn)場組裝。

2.10 科技應(yīng)用，高科技保質(zhì)量

在原有質(zhì)量管理體系的基礎(chǔ)上，項目部技術(shù)人員利用Tekla三維軟件建模，細化節(jié)點構(gòu)造，模擬現(xiàn)場組拼裝效果，從三維效果上查找錯、漏、缺，并及時與設(shè)計溝通，達成修改共識。軟件自動生成詳細的二維加工零件圖和組裝詳圖，快速列出各類鋼材的規(guī)格型號用量表，實現(xiàn)快速材料計劃下單采購，避免了手工操作出現(xiàn)的紕漏。

數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用，編程操作，輕松實現(xiàn)排料、切割、鉆孔等工序程序化，批量化，其操作簡單，進料、退料、起刀、收刀等自動定位，自動控制，切口小，切割面光平，能很好地確保零件尺寸，孔徑、孔距、孔眼垂直度等主控項目的偏差值在允許偏差值范圍內(nèi)，確保高精度高效率地完成施工任務(wù)。

3 工程實例及效果

四川油建新疆項目部在承接的土庫曼南約洛坦100億商品氣產(chǎn)能建設(shè)項目、土國B區(qū)處理廠工程、土國A區(qū)處理廠擴建工程、阿富汗AD項目等工程中均運用該技術(shù)對管廊架、設(shè)備平臺等鋼結(jié)構(gòu)進行預(yù)制生產(chǎn)，克服了鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制量大，結(jié)點結(jié)構(gòu)復(fù)雜，螺栓連接多，任務(wù)重、工期短等難題，高效優(yōu)質(zhì)地完成了各項任務(wù)，取得了全部鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制深度達到98%的好成績，并使系統(tǒng)管架橫梁軸心線、標高、節(jié)點位置等精度控制在3mm以內(nèi)，突破千榀管架無返工，數(shù)十萬螺栓孔坐標、孔徑、組裝位置等與現(xiàn)場安裝匹配率100%等驚人成績。

4 結(jié) 論

裝配式鋼結(jié)構(gòu)深度預(yù)制施工技術(shù)在預(yù)制生產(chǎn)中把Tekla三維模擬軟件和數(shù)控設(shè)備成熟地配套應(yīng)用，不但縮短了技術(shù)人員拿出零件加工圖的時間，還節(jié)省了統(tǒng)計材料的時間，提高了技術(shù)人員的工作效率；數(shù)控設(shè)備的投入，使得各工序施工輕松化、簡單化，不但很大程度上提高了零件制作質(zhì)量，同時也降低了勞動強度，提高了工效為公司贏得了效益。

這種全新的生產(chǎn)模式，形成了建模簡潔化、下單快速化、生產(chǎn)工序化、作業(yè)流水化、加工快速化、預(yù)制優(yōu)質(zhì)化等特色，并適用于場站系統(tǒng)管廊架、塔架鋼結(jié)構(gòu)、常壓非標設(shè)備制造、煙囪類成套設(shè)備制作、設(shè)備梯子、欄桿、檢修通道鋼格板成套制造、鋼結(jié)構(gòu)的廠房、倉庫、辦公樓的預(yù)制、設(shè)備框架成套制造等大多數(shù)鋼結(jié)構(gòu)深度加工預(yù)制，是我國鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制的發(fā)展趨勢與進步。