彭兵

（中國(guó)水利水電第七工程局有限公司機(jī)電安裝分局，四川 彭山 620800）

1 概述

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(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行切割、配裝及焊接作業(yè)。特別是混凝土倉(cāng)號(hào)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(chǎng)情況及施工藍(lán)圖進(jìn)行管路分解，分段；成品管路運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，根據(jù)分解長(zhǎng)度使用手持砂輪機(jī)切割，并打磨管口加工坡口，然后使用人力搬運(yùn)并進(jìn)行對(duì)縫安裝，管路配裝后焊縫位置多樣，焊接設(shè)備移動(dòng)頻繁，施工時(shí)段長(zhǎng)，施工難度大，作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度高，現(xiàn)場(chǎng)焊縫質(zhì)量?jī)?yōu)良率低、外觀成形不美觀，其施工方法大同小異，無(wú)明顯改進(jìn)，已不能滿足水電工程建設(shè)對(duì)管路安裝、焊接的高標(biāo)準(zhǔn)和嚴(yán)格控制要求。

針對(duì)水電站管路現(xiàn)場(chǎng)裝配問(wèn)題，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)水電站管路施工過(guò)程中，將部分管路在臨時(shí)場(chǎng)地進(jìn)行分段預(yù)制，利用管路切割機(jī)及坡口機(jī)進(jìn)行管路加工制作，一定程度上提高了現(xiàn)場(chǎng)管路配裝的施工效率。由于管路安裝工程量大，臨時(shí)場(chǎng)地管路預(yù)制方法無(wú)創(chuàng)新，管路預(yù)制進(jìn)度慢，未能實(shí)現(xiàn)管路裝配數(shù)字化，管路預(yù)制自動(dòng)化。

2 技術(shù)發(fā)展背景

近年來(lái)，國(guó)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(jì)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(dòng)完成管路下料、加工、對(duì)裝、焊接作業(yè)。管路系統(tǒng)按照“零件”現(xiàn)場(chǎng)組裝，管路安裝效率極高。我國(guó)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(duì)及焊接已全部自動(dòng)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(jī)器人進(jìn)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(wú)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。

3 技術(shù)發(fā)展的方向

（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(lán)圖現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)配割、管路走向人工分析規(guī)劃等施工工藝，實(shí)現(xiàn)管路分段唯一編號(hào)，零件裝配化。（2）根據(jù)施工部位、混凝土分倉(cāng)結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸條件將管路進(jìn)行單元分段，將二維施工藍(lán)圖轉(zhuǎn)化為三維模型，對(duì)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(chǎng)進(jìn)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(chǎng)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(chǎng)可直接進(jìn)行“搭積木”式安裝的方法，大幅提高現(xiàn)場(chǎng)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(duì)管路自動(dòng)化下料、坡口加工、焊接的裝置，改變水電站輔機(jī)不銹鋼管路只能人工下料切割、坡口加工、組對(duì)及焊接的方式，提高管路制作效率及焊縫外觀質(zhì)量。

4 實(shí)施技術(shù)應(yīng)用

4.1 管路預(yù)制化裝配式分解應(yīng)用

針對(duì)機(jī)組混凝土預(yù)埋管路人工現(xiàn)場(chǎng)分解配裝傳統(tǒng)方式，面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工條件差、現(xiàn)場(chǎng)管路配裝耗時(shí)長(zhǎng)、工作量大，工作強(qiáng)度高，且容易出現(xiàn)人工分解錯(cuò)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(kù)，建立三維模型，根據(jù)混凝土分層分倉(cāng)進(jìn)行管路智能分層，分層后依據(jù)管路走向及結(jié)構(gòu)進(jìn)行二次管段優(yōu)化，形成管段單件圖，并附帶物料表，實(shí)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

4.2 預(yù)制化裝配式管路系統(tǒng)自動(dòng)化下料、坡口加工、組對(duì)、焊接技術(shù)

針對(duì)水電站管路現(xiàn)場(chǎng)切割手段有限，使用手持砂輪機(jī)切割后，管口毛刺較多、參差不齊、管路長(zhǎng)短不一、變形大、效率低等問(wèn)題，研究使用一套管路自動(dòng)定長(zhǎng)下料設(shè)備，保證切口整齊、無(wú)變形的工藝；現(xiàn)場(chǎng)管路坡口加工設(shè)備有限，效率低，運(yùn)用管路自動(dòng)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(yùn)用管路自動(dòng)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

5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

（1）水電站管路預(yù)制及數(shù)字化裝配施工技術(shù)通過(guò)采用三維管路設(shè)計(jì)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(jué)好，能夠自動(dòng)生成所有管路安裝施工圖及材料報(bào)表的三維設(shè)計(jì)方法。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)可視化，實(shí)現(xiàn)所見即所得，使設(shè)計(jì)人員從原來(lái)的二維圖紙空間的人為想象轉(zhuǎn)變?yōu)槿S空間的實(shí)體模型，減少了配管人員的錯(cuò)誤率。通過(guò)3D模型進(jìn)行自動(dòng)軟件拆分和出具工程現(xiàn)場(chǎng)安裝圖，工人按照安裝圖施工，快速明了，節(jié)省大量的時(shí)間，以提升效率。實(shí)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(chǎng)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(shí)減少現(xiàn)場(chǎng)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(guò)管路下料配割、坡口加工、組對(duì)及焊接的自動(dòng)化設(shè)備，提高管路配裝機(jī)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(duì)人工操作技能的高要求，降低勞動(dòng)強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)，使焊縫焊后UT探傷一次合格率達(dá)到99.9%以上。工廠內(nèi)管路制作與現(xiàn)場(chǎng)土建施工同步開展，減少傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的時(shí)間占用的土建直線工期，節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)人力投入，現(xiàn)場(chǎng)安裝效率可提升3倍以上。

6 應(yīng)用前景

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(jìn)行管路整體系統(tǒng)的分解分段，解決了傳統(tǒng)工藝通過(guò)人工耗時(shí)、耗力的分解方法，降低分解過(guò)程中人為因素的影響，提升分解效率。管路預(yù)制實(shí)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(shí)現(xiàn)同步異地進(jìn)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(jī)械裝備。在工廠內(nèi)完成大部分管路的切割、組對(duì)、焊接、檢驗(yàn)等工作?？梢宰畲笙薅葘?shí)現(xiàn)關(guān)鍵工序的機(jī)械化、自動(dòng)化、提高機(jī)械設(shè)備利用率，有利于提高勞動(dòng)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(shí)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(chǎng)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(jī)械化及自動(dòng)化程度高，運(yùn)行人員少，預(yù)制好的管段送往現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)工作面，在現(xiàn)場(chǎng)只要進(jìn)行少部分管路連接二次預(yù)制或固定口焊接。

7 結(jié)語(yǔ)

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(jī)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(guò)預(yù)制數(shù)字化裝配這一先進(jìn)的機(jī)電安裝施工技術(shù)運(yùn)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(shí)力，推動(dòng)水電工程建設(shè)行業(yè)進(jìn)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。