彭兵
(中國水利水電第七工程局有限公司機電安裝分局,四川 彭山 620800)
水電站管路配裝受施工環(huán)境、施工方法、水工建筑交叉作業(yè)等因素限制,管路配裝工作多數(shù)是將管路、管件等運至現(xiàn)場進行切割、配裝及焊接作業(yè)。特別是混凝土倉號內(nèi)的預(yù)埋管路,管路種類多,布置范圍廣,作業(yè)人員根據(jù)現(xiàn)場情況及施工藍圖進行管路分解,分段;成品管路運輸至現(xiàn)場,根據(jù)分解長度使用手持砂輪機切割,并打磨管口加工坡口,然后使用人力搬運并進行對縫安裝,管路配裝后焊縫位置多樣,焊接設(shè)備移動頻繁,施工時段長,施工難度大,作業(yè)人員勞動強度高,現(xiàn)場焊縫質(zhì)量優(yōu)良率低、外觀成形不美觀,其施工方法大同小異,無明顯改進,已不能滿足水電工程建設(shè)對管路安裝、焊接的高標準和嚴格控制要求。
針對水電站管路現(xiàn)場裝配問題,近年來,國內(nèi)水電站管路施工過程中,將部分管路在臨時場地進行分段預(yù)制,利用管路切割機及坡口機進行管路加工制作,一定程度上提高了現(xiàn)場管路配裝的施工效率。由于管路安裝工程量大,臨時場地管路預(yù)制方法無創(chuàng)新,管路預(yù)制進度慢,未能實現(xiàn)管路裝配數(shù)字化,管路預(yù)制自動化。
近年來,國家提倡工程建設(shè)數(shù)字化、信息化、智能化。管路工廠化預(yù)制技術(shù)及管路裝配數(shù)字化技術(shù)已在化工行業(yè)應(yīng)用成熟,管路設(shè)計分段完成后,全部由軟件控制系統(tǒng)配合加工生產(chǎn)線自動完成管路下料、加工、對裝、焊接作業(yè)。管路系統(tǒng)按照“零件”現(xiàn)場組裝,管路安裝效率極高。我國石油、石化及冶金建設(shè)行業(yè)等的管道切割、坡口加工、組對及焊接已全部自動化,在上?;@區(qū),中石化三、五、十公司,以及上海工業(yè)設(shè)備安裝公司等施工單位均采用鋸床、車床、機器人進行管路加工焊接。因此,水電站管路安裝范圍大、系統(tǒng)煩瑣、管路結(jié)構(gòu)及走向形式多樣,且材質(zhì)基本全是不銹鋼,無法將化工行業(yè)技術(shù)照搬,因此用于水電站管路預(yù)制及數(shù)字化裝配技術(shù)是十分迫切必要的。
(1)管路預(yù)制化裝配式施工技術(shù)可采用數(shù)字化分解分段的新方法,代替?zhèn)鹘y(tǒng)作業(yè)人員查看二維施工藍圖現(xiàn)場計算、現(xiàn)場配割、管路走向人工分析規(guī)劃等施工工藝,實現(xiàn)管路分段唯一編號,零件裝配化。(2)根據(jù)施工部位、混凝土分倉結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場運輸條件將管路進行單元分段,將二維施工藍圖轉(zhuǎn)化為三維模型,對應(yīng)位置管路,分解為若干單件圖,改變水電站現(xiàn)有根據(jù)二維施工布置圖現(xiàn)場進行分解施工的方式,提高施工效率,節(jié)省材料投入。根據(jù)管路、管件預(yù)制化裝配式分解系統(tǒng),可由以下步驟構(gòu)成:三維模型建立—智能編輯—ISO預(yù)制管段生成及編輯—ISO圖分圖優(yōu)化—ISO預(yù)制管段圖生成—材料表加成—預(yù)制管段加工生產(chǎn)。(3)管路預(yù)制化裝配式施工技術(shù)突破了水電站管路現(xiàn)場制作配裝的傳統(tǒng)施工方法限制,利用預(yù)制化裝配施工技術(shù)現(xiàn)場可直接進行“搭積木”式安裝的方法,大幅提高現(xiàn)場管路裝配施工效率,降低安裝人員專業(yè)化程度要求,減少作業(yè)人員投入。(4)利用管路預(yù)制化裝配式施工技術(shù)對管路自動化下料、坡口加工、焊接的裝置,改變水電站輔機不銹鋼管路只能人工下料切割、坡口加工、組對及焊接的方式,提高管路制作效率及焊縫外觀質(zhì)量。
針對機組混凝土預(yù)埋管路人工現(xiàn)場分解配裝傳統(tǒng)方式,面對現(xiàn)場施工條件差、現(xiàn)場管路配裝耗時長、工作量大,工作強度高,且容易出現(xiàn)人工分解錯誤造成返工現(xiàn)象。預(yù)制及數(shù)字化裝配系統(tǒng)的應(yīng)用,建立各類管件底層數(shù)據(jù)庫,建立三維模型,根據(jù)混凝土分層分倉進行管路智能分層,分層后依據(jù)管路走向及結(jié)構(gòu)進行二次管段優(yōu)化,形成管段單件圖,并附帶物料表,實現(xiàn)管路智能分解分段。參見圖1。
圖1 管路分解三維及數(shù)字圖例
針對水電站管路現(xiàn)場切割手段有限,使用手持砂輪機切割后,管口毛刺較多、參差不齊、管路長短不一、變形大、效率低等問題,研究使用一套管路自動定長下料設(shè)備,保證切口整齊、無變形的工藝;現(xiàn)場管路坡口加工設(shè)備有限,效率低,運用管路自動加工各型坡口的設(shè)備,保證坡口加工質(zhì)量的工藝;管路焊縫外觀質(zhì)量及焊接人員技術(shù)水平要求高,運用管路自動焊接設(shè)備,保證管路單面焊雙面成型,焊縫外觀美觀,提高探傷合格率的工藝。預(yù)制化裝配工廠車間圖例如圖2。
圖2 預(yù)制化裝配工廠車間圖例
(1)水電站管路預(yù)制及數(shù)字化裝配施工技術(shù)通過采用三維管路設(shè)計軟件,改變傳統(tǒng)的二維圖紙施工方法,創(chuàng)建3D管線模型圖或?qū)?D模型圖,模型美觀和直觀感覺好,能夠自動生成所有管路安裝施工圖及材料報表的三維設(shè)計方法。實現(xiàn)實時可視化,實現(xiàn)所見即所得,使設(shè)計人員從原來的二維圖紙空間的人為想象轉(zhuǎn)變?yōu)槿S空間的實體模型,減少了配管人員的錯誤率。通過3D模型進行自動軟件拆分和出具工程現(xiàn)場安裝圖,工人按照安裝圖施工,快速明了,節(jié)省大量的時間,以提升效率。實現(xiàn)管路三維模型智能分解分段,與常規(guī)人力分析現(xiàn)場配割,效率提升至少50%以上,管路材料損耗量降低至少10%以上,同時減少現(xiàn)場專業(yè)技術(shù)人員的配置。
(2)水電站管路預(yù)制及數(shù)字化裝配施工技術(shù)通過管路下料配割、坡口加工、組對及焊接的自動化設(shè)備,提高管路配裝機械化利用率,解決人工作業(yè)出現(xiàn)的各種質(zhì)量缺陷,降低焊接作業(yè)隊人工操作技能的高要求,降低勞動強度,提高管路坡口、焊縫外觀質(zhì)量,使焊縫呈現(xiàn)統(tǒng)一“魚鱗紋”標準,使焊縫焊后UT探傷一次合格率達到99.9%以上。工廠內(nèi)管路制作與現(xiàn)場土建施工同步開展,減少傳統(tǒng)現(xiàn)場作業(yè)的時間占用的土建直線工期,節(jié)省現(xiàn)場人力投入,現(xiàn)場安裝效率可提升3倍以上。
水電站管路預(yù)制及數(shù)字化裝配施工技術(shù)創(chuàng)新及應(yīng)用,三維建模智能化進行管路整體系統(tǒng)的分解分段,解決了傳統(tǒng)工藝通過人工耗時、耗力的分解方法,降低分解過程中人為因素的影響,提升分解效率。管路預(yù)制實現(xiàn)“零件化”裝配:(1)管路預(yù)制采取工業(yè)化施工方法可實現(xiàn)同步異地進行管路的預(yù)制施工,管路預(yù)制可與土建同步施工,縮短施工總工期;(2)配備管路預(yù)制所需的機械裝備。在工廠內(nèi)完成大部分管路的切割、組對、焊接、檢驗等工作。可以最大限度實現(xiàn)關(guān)鍵工序的機械化、自動化、提高機械設(shè)備利用率,有利于提高勞動生產(chǎn)率;(3)便于管路制作的質(zhì)量管理,質(zhì)量控制比較容易實現(xiàn),施工工藝得到保證;(4)管路預(yù)制廠作業(yè)環(huán)境及條件較施工作業(yè)面好,可以全天候施工,減少現(xiàn)場高空作業(yè);(5)材料、管件、耗材集中管理,便于控制施工成本;(6)管路預(yù)制系統(tǒng)機械化及自動化程度高,運行人員少,預(yù)制好的管段送往現(xiàn)場各個工作面,在現(xiàn)場只要進行少部分管路連接二次預(yù)制或固定口焊接。
水電站管路預(yù)制及數(shù)字化裝配施工技術(shù)應(yīng)用是機電安裝工程領(lǐng)域的必然發(fā)展方向。隨著水電站施工領(lǐng)域?qū)苈奉A(yù)制裝配施工的重視程度提升,在預(yù)制裝配技術(shù)的發(fā)展中,需要建設(shè)單位與施工企業(yè)共同的努力,為管路預(yù)制數(shù)字化裝配技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造良好的環(huán)境。通過預(yù)制數(shù)字化裝配這一先進的機電安裝施工技術(shù)運用,能夠極大地提高水電站管路工程施工的視野及管路安裝技術(shù)含量和管理水平,提升行業(yè)綜合實力,推動水電工程建設(shè)行業(yè)進行技術(shù)革新起到積極的作用,應(yīng)用前景廣闊,從而提高施工質(zhì)量管理及工程創(chuàng)優(yōu)建設(shè),值得推廣應(yīng)用。