裝配式鋼結構深度預制施工技術

劉洪成

[摘要]裝配式鋼結構深度預制施工技術是四川油建為保障海外市場發展和高質高效完成鋼結構預制而探索出來的一種新型施工技術。在將傳統的鋼結構焊接形式改為高強度螺栓連接，減少現場焊接工作量的基礎上，在業內首次運用Tekla軟件對圖紙進行深度建模分析、二次設計和工藝詳圖出圖，并建立了裝配化鋼結構數控預制生產線對其加工生產，在軟件、工藝和機具設備上都實現了創新，并取得了驕人的成績和經濟效益。

[關鍵詞]裝配式；鋼結構；深度預制；施工技術；Tekla軟件

1 技術簡介

1.1 技術名稱

裝配式鋼結構深度預制施工技術。

1.2 形成過程

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

1.3 主要特點

裝配式鋼結構深度預制施工技術最大特點是建模精細化、下單快速化、生產工序化、作業流水化、預制優質化。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，將鋼結構的節點構造細化，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格型號用量表，實現快速材料計劃下單采購；數控設備投入使用，優化布置，有機組合，編制數控操作執行文件，各工序作業優化組合，輕松實現下料、鉆孔、組對、焊接等工序流水化作業，實現了預制生產快速化、優質化。

Tekla Structures是芬蘭公司開發的鋼結構詳圖設計軟件，在一個虛擬的空間中搭建一個完整的鋼結構模型，模型中不僅包括結零部件的幾何尺寸，也包括了材料規格、橫截面、節點類型、材質、用戶批注語等在內的所有信息，而且能自動生成鋼結構工藝詳圖和各種報表。

1.4 適用范圍

裝配式鋼結構深度預制施工技術適用于以下七個方面鋼結構預制生產：

（1）場站系統管廊架，如輸氣管網、熱力管網、污水管網等。

（2）塔架類如煙囪塔架、通訊塔架、跨河桁架等。

（3）常壓非標設備制造，如常壓水罐、常壓油罐、水泥倉等。

（4）煙囪類成套設備制作，如尾氣煙囪、鍋爐房煙囪、灼燒爐煙囪等。

（5）設備梯子、欄桿、檢修通道鋼格板成套制造。

（6）鋼結構的廠房、倉庫、辦公樓的預制。

（7）裝配式管廊架、設備框架成套制造。

2 技術詳細特色介紹

2.1 技術流程

技術流程

2.2 創建構件

（1）參照設計圖紙，利用Tekla三維立體模擬軟件創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修改默認軸線，再創建各軸的視圖，以方便在各視圖之間進行模型建立。

（2）創建定位單榀桁架桿件位置的局部軸線和輔助線、點，在此基礎上依次創建立柱、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，根據設計要求為創建的零部件選取材料。

（4）使用復制、鏡像等功能創建相同構件。

注意事項：

①單榀桁架的標高，橫向、縱向坐標統一按毫米計量，同一模型內要統一坐標單位。

②計算梁柱標高時候要扣除設計圖紙的基礎標高。

2.3 創建節點

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

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

注意事項：

①在復制生成節點前，先單個節點的校核碰撞，以免成批的創建節點后形成大量的碰撞。

②節點全部完成后，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 出構件詳圖和裝配圖

（1）選擇合適的模板，設定圖紙的大小、報表大小。

（2）修改圖紙的屬性，設定標注類型和標注精度，設定文字大小等。

（3）選擇所有構件，由軟件自動出構件圖和零件圖。

（4）手工修改圖紙標注，創建剖面、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、構件流水編號，所有編號唯一，不重復，方便生產后標記編號。快速創建零件清單，螺栓清單，型材清單等材料用量清單，提供材料排版圖，導入Excel表格，提出材料采購和工廠加工計劃，實現快速材料計劃下單采購。

Tekla三維立體模擬軟件創建的用量料單，相比以前預估買料，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方式有了技術和管理上的創新。該技術成熟運用，班組只需按加工任務書施工，由于軟件對材料的統計正確率100%，所以物資部門根據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，同時不易產生庫存積壓，利于資金流轉，提高企業效益。

2.6 形成加工任務單

創建出零件圖、構件圖，經過調整后便可形成車間預制生產任務書。任務書可按零件圖、構件圖生產、綜合生產和按照生產工序安排生產。

操作人員拿到任務清單后，通過鍵盤輸入單個零件規格、尺寸、角度等參數，設備電腦自動轉換為機代碼，編制好數控操作執行文件，借助吊運輔助設備，操作臺面控制按鈕可實現材料進退，紅外線定位，物件上下抬起，左右橫移等功能，可實現切割、鉆孔等工序作業，加工產品尺寸準確，零偏差。操作人員直接根據任務單組織生產，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，操作數控臺面，實現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，實現出料，并輸送到組對焊接工藝區塊組對焊接。

2.8 主要數控設備配備

2.9 主要生產工序介紹

鋼結構預制生產主要工序如下：

（1）三維建模，編制零件、構件生產圖，派發任務單，標識清楚單個零件材質、外形尺寸、眼孔直徑、中心距，邊角處理方式等。

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

（3）用數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、立柱等單根構件分離出來，按任務單上號碼對構件進行打鋼印編號。

（7）構件經過拋丸除銹后，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品，每個包架嘜頭用噴涂標識，字跡清楚，以便發運和現場組裝。

2.10 科技應用，高科技保質量

在原有質量管理體系的基礎上，項目部技術人員利用Tekla三維軟件建模，細化節點構造，模擬現場組拼裝效果，從三維效果上查找錯、漏、缺，并及時與設計溝通，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格型號用量表，實現快速材料計劃下單采購，避免了手工操作出現的紕漏。

數控設備的應用，編程操作，輕松實現排料、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，確保高精度高效率地完成施工任務。

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100億商品氣產能建設項目、土國B區處理廠工程、土國A區處理廠擴建工程、阿富汗AD項目等工程中均運用該技術對管廊架、設備平臺等鋼結構進行預制生產，克服了鋼結構預制量大，結點結構復雜，螺栓連接多，任務重、工期短等難題，高效優質地完成了各項任務，取得了全部鋼結構預制深度達到98%的好成績，并使系統管架橫梁軸心線、標高、節點位置等精度控制在3mm以內，突破千榀管架無返工，數十萬螺栓孔坐標、孔徑、組裝位置等與現場安裝匹配率100%等驚人成績。

4 結 論

裝配式鋼結構深度預制施工技術在預制生產中把Tekla三維模擬軟件和數控設備成熟地配套應用，不但縮短了技術人員拿出零件加工圖的時間，還節省了統計材料的時間，提高了技術人員的工作效率；數控設備的投入，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。

這種全新的生產模式，形成了建模簡潔化、下單快速化、生產工序化、作業流水化、加工快速化、預制優質化等特色，并適用于場站系統管廊架、塔架鋼結構、常壓非標設備制造、煙囪類成套設備制作、設備梯子、欄桿、檢修通道鋼格板成套制造、鋼結構的廠房、倉庫、辦公樓的預制、設備框架成套制造等大多數鋼結構深度加工預制，是我國鋼結構預制的發展趨勢與進步。