广州市蕴泰电力成套设备有限公司 510530
摘要：现代工艺装备趋向模块化，巨型化发展，给安装带来了更多挑战。施工企业在安装过程可利用BIM技术进行模拟吊装，轨迹仿真，并在施工模拟中确定实际施工用到的更安全、更便捷的吊装方案。利用计算机的模拟分析，采取有效措来施避免吊装过程中可能出现的问题和碰撞，减少返工浪费，有效缩短工期，并大大的降低未知风险，提高工程质量和投资效益，使工程进展更顺利。
关键词：吊装模拟；水冷壁；碰撞检查；BIM；仿真
1.BIM技术介绍
BIM（Builing Information Modeling），即建筑信息模型，是以建筑工程项目的各种相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。它具有可视化，协调性，模拟性，优化性和可出图性五大特点。BIM技术在实际工程中的应用有很多，包括施工现场可视化展示，三维场地管理，现场质量、安全、文明信息管理，管线综合设计，模板工程及支撑架细化设计，砌体工程细化设计，工程量快速提取，虚拟施工管理及动态视频演示等应用。
利用BIM工具创建建筑设备模型，周转材料模型，临时设施模型等，可以在电脑中进行虚拟施工，使施工组织可视化。BIM技术重要应用就是检查碰撞，本项目的动态碰撞检查，是利用BIM技术，首先设定吊臂及组件、设备的运动轨迹，将该轨迹与模型进行动态碰撞检查，并分析可能出现的碰撞点（包括硬碰撞和软碰撞），根据碰撞点来优化钢架、水冷壁等拼装，以及调整吊臂的运动轨迹，确定最终的施工方案。
2.项目CFB锅炉介绍
锅炉为中温中压，单锅筒横置式，单炉膛，自然循环，全悬吊结构，全钢架π型布置。炉膛采用膜式水冷壁，锅炉中部是蜗壳式汽冷旋风分离器，尾部竖井烟道布置两组对流过热器，过热器下方布置三组光管省煤器及一、二次风各三组空气预热器。旋风分离器的直径Ф3720mm，用Ф38×5的管子和鳍片组成膜式壁作为旋风分离器的外壳，并采用蜗壳进口的方式形成结构独特的旋风分离器。
锅筒内径Ф1500mm，厚度为46mm，筒身长约9000mm，全长约 9940 mm。锅筒采用两个U型吊架，悬吊在顶板梁下，吊点对称布置在锅筒两端，相距7010 mm。
考虑到合理的炉膛流化速度，炉膛断面尺寸设计成7010 mm×4850mm，炉膛四周由管子和扁钢焊成全密封膜式水冷壁。前后及两侧水冷壁分别各有87-φ60×5与 60-φ60×5根管子。
项目安装地点为印度尼西亚西爪哇某糖厂内，国内企业施工总承包。海外工程存在较多不稳定因素较多，施工成本相对于国内翻倍甚至更多，安装质量和工期是决定施工企业生命的两个重要因素，因此，在保证安装质量前提下，如何争取早日完工是企业要思考的首要问题。目前普遍做法都是采用大件组件、设备地面拼装后整体吊装，是较为经济的方式。本项目中可以整片吊装的大件组件、设备有整片钢架，水冷壁以及锅筒，各组件、设备具体参数如表1所示：
注：*面积一栏至考虑风荷载影响，因钢架和汽包影响较小，故不列出
**锅筒宽度10米，指锅筒两端封头之间的距离
施工前，在平面设计优化的基础之上，可以利用BIM技术进行施工场地布置的模拟。由于施工场地有限、体量大，现场作业繁忙，建立BIM信息模型，预先模拟运行分析，对现场施工区域模拟建造生活区。通过建立BIM模型的方式，合理规划现场通道，通过进度模型分析，综合考虑施工流水段施工，确定优先施工区域。BIM技术5D平台将土建模型、钢筋模型、机电模型、钢结构模型、三维场地模型、模架模型整合在一起，实现现场与模型一致，使得BIM技术在施工现场真正落地。
基于BIM技术，在多种软件配合情况下，可对大型吊车建模及计算模块设计，可对吊装过程支腿对地压力进行计算显示，对起重机工作过程的安全性进行控制，甚至可以对吊车在行进过程中以及工作中的工作路径的碰撞问题进行研究，实现虚拟吊装仿真系统中的几何空间仿真功能[1]。因吊车已确定，故只需利用BIM技术对吊车进行建模即可，无需再选择吊车型号。
因施工场地有限，而且地质松软，吊车安全站位区域选择不多，根据BIM三维场地模型，结合锅炉基础及钢架、水冷壁拼装平台位置，先确定大致的停放位置。业主调度一台大型吊车和2台小吊车配合吊装工作。以下分别举例钢架、锅筒和水冷壁等具有代表性的说明吊装过程中BIM技术的应用。
3.锅炉大件组件、设备吊装模拟描述
3.1钢架吊装
锅炉钢架是首先吊装部分，为方便后续施工，减少凌空作业，需要先把锅炉平台格栅支撑焊接在钢架上，这导致单片钢架宽度增加至14米，且整片钢架高度已达42米，单片钢架最重为K3-K3，达到416.4KN。为避免起吊时单片钢架发生残余变形影响运行甚至出现严重事故，需要经过计算并选择合适吊点，单片钢架属于细长型，采用三机吊装方式较为合理[2]。如果出现因钢架或突出的支撑与吊臂碰撞损害吊臂或者钢架无法自由转动，影响钢架就位的情况，造成后果非常严重，因为已经吊起的钢架无法再放回拼装平台上，而人无法攀高切割支撑，在带负荷情况下，吊臂伸长可能风险。所以，需要利用BIM技术进行吊装前的吊装模拟，确定汽车起重机安全站位，根据设定的运动轨迹，检查可能发生碰撞的位置，在钢架焊接时注意该位置的组件是否能焊接。该项目共有4片钢架，吊装顺序为K4-K4，K3-K3，K2-K2，K1-K1，从吊装第二片钢架开始，需要考虑缆风绳的影响，是否干涉到钢架的运动轨迹。
3.2锅筒吊装
锅筒锅筒中心标高为+38.500米，位于K1和K2之间，锅筒宽度将近10米，为了吊装方便，锅炉右侧只安装焊接顶板梁。吊装时钢丝绳直接从钢架顶部放至底部，进行吊装。为了达到整体受力和提高安全性，锅炉左侧的横梁和支撑应完成焊接，吊装时需避开，以免碰撞造成振动或其他情况。通过BIM技术模拟施工，发现在标高约+36.000米左右位置，锅筒与钢架斜支撑碰撞，该支撑只能暂缓安装，否则无法把锅筒吊装就位。如果没有进行模拟，还是按照原施工方案焊接支撑，等到锅筒吊至+36.000米才发现问题，只能现场切割支撑，不仅浪费了时间，更增加了风险，而且会给业主不严谨的印象，损害企业声誉。
3.3水冷壁吊装
水冷壁为膜式壁，拼装时成细长型，经过计算选择多个吊点，同样采用三机吊装方式。吊装时主吊车根据重新模拟的安全站位，由辅助吊车配合，缓慢升高，最后使整片水冷壁竖起，但因水冷壁面积较大，而项目安装地点靠近海边，风荷载因素不得不考虑。如果吊装时水冷壁出现较大幅度的晃动，控制不慎可造成重大事故。钢架右侧顶板梁已经焊接，水冷壁无法一次就位，吊至顶板梁附近需要经过换勾。从表1可得出，最重的单片水冷壁为后墙水冷壁363.8 KN，换勾时需要临时吊在顶板梁上。企业一般根据经验来判断临时吊在顶板梁上是否不会产生影响。但由于该顶板梁为吊锅筒大梁，临时加载363.8 KN的水冷壁上去，是否会导致梁的永久变形？这时可以利用已建好的模型进行动态仿真分析，从而可以迅速得出计算结果，减少人脑计算，降低错误率，利用数据指导施工。也可以避免由于人工经验判断失误造成顶板梁变形甚至断裂，造成人员伤亡。
4.结语
现在国外工程越来越多，施工习惯的差异，语言的沟通障碍，所表达的意思不一定能使对方很好的理解并执行，尤其是在大件组件、设备吊装之前的沟通显得更为重要。通过BIM技术可视化模拟吊装，使表达的意图一目了然，提高了沟通效率，也增加了实际吊装的可操作性，减少因沟语言障碍带来的不便所造成的冗余交流。通过施工模拟，可以利用有利地形，避开原有建筑物或构件，缆风绳等等阻碍，寻求最佳吊装方案。BIM技术用于施工企业吊装模拟方面仍然处于刚接触刚起步阶段，由于初期投入成本和建模成本较大，企业依旧只是根据以往的经验去进行施工，无法很好的提前发现问题，不仅耽误了正常施工，甚至可能因操作不当造成事故。BIM技术应用在我国依然有很长的路要走。
参考文献：
[1] 邓珑.大型汽车吊吊装仿真技术研究[D].南京：东南大学，2015
[2] 胡松涛，刘树堂，甘凤林等.火电厂大容量锅炉水冷壁的三机吊装[J].吉林电力，2003，166（3）：12-14.
论文作者:李锦芝
论文发表刊物:《基层建设》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/25
标签：钢架论文; 水冷论文; 模型论文; 顶板论文; 吊车论文; 技术论文; 锅炉论文; 《基层建设》2017年第11期论文;