Tekla技術建模在生產安裝過程中的應用優化探析

高 勇 吳吉瑞 孫會貴

(山東省建設建工(集團)有限責任公司 山東濟南 250014)

0 引言

均四甲苯生產裝置工程，主梁238支、次梁1096支、框架鋼柱83支，其他構件及板件5344件，安裝難度大，構件相關數據繁多。利用Tekla建模，在鋼結構的加工過程中，科學合理地分析結構形式、施工順序、優化節點形式，對整個工程所產生的有利影響是巨大的。用Tekla軟件建模保證整個工程的精確性，3D效果可以更直觀地查看工程所有細節，合理安排工程順序。

1 工程概況

山東明化新材料有限公司甲醇下游產品鏈延伸制高端化學品項目均四甲苯生產裝置工程，位于濟南市章丘區刁鎮化工工業園山東明化新材料郵箱公司廠區東南側，占地面積1600 m2。鋼材材質均選用Q345B，此工程柱底標高-1.5 m、柱頂標高為23.8 m，分為4層大平臺，頂層小平臺結構形式，全面包裹化工設備，H型鋼柱底為錨栓固定，1.6 m深度混凝土包裹。鋼柱為H型鋼及箱體截面兩種鋼梁、支撐系統為H型鋼及角鋼，平臺除設備孔外，均鋪設花紋鋼板整體視圖，如圖 1 所示。

圖1 整體視圖

2 工程準備

工程開始之前，認真對各個環節的說明和技術進行了解，全面詳細掌握工程中所涉及到的鋼材材質和規格等容易出錯部分。對于后期加工及施工產生矛盾及不利影響的地方進行深度剖析，結合建筑圖、結構圖，綜合考慮現場施工的實際情況。圖紙不明、前后矛盾、工藝繁瑣等問題進行整理，與設計方進行溝通，與專業加工人員、施工人員及工程師不斷交流溝通，均為不改變不影響結構及使用的前提下，進行圖紙的優化。以最快的速度Tekla建模調圖，圖紙成型后，再次研究討論優化的可行性及對工程的利弊影響，以整體Tekla模型帶動細部處理。工程優化技術服務生產，技術指導生產，做出最合理的、完整的工藝要求，既滿足現場的安裝，又可有效節約加工成本，縮短施工周期，一切均為滿足整個工程的順利進行。

3 優化生產施工

針對本工程進行研究分析，該工程梁柱節點形式為栓焊形式，在梁截面上下500 mm范圍需要鋼板開坡口熔透焊接，以及底板頂板處100 mm范圍內，需要熔透焊接。此種需要開坡口的位置，下料時需要對尺寸位置進行標注，方便后續坡口處理，避免漏開及位置偏差[1]。制定全面的技術工藝要求，工藝交底確保每一個加工人員、施工人員理解透徹，保證工程質量，有效合理提高生產效率。

3.1 區域劃分及細化進度

本工程工期60d，時間緊任務重，以現場實際情況為準，分批下發加工圖紙，配套構件布置圖、構件加工清單，避免生產混亂。在同一批次，所有構件均同時制作，細化施工進度表，繁雜而不凌亂。多線程操作以實際需求為第一要素，既能有序生產加工，又能保證現場施工。通過Tekla模型中的選取范圍，對區域構件進行篩分，確保精確到每一塊鋼板。在每一批里面同樣劃定加工的先后順序，滿足現場設備進場清理場地，合理規劃構件堆放區域，建立分區堆放構件明細，配套鋼板直發件的專門存放記錄，設備就位后，第一時間安裝固定用框架鋼梁，隨之次級鋼梁安裝；本區域角部支撐及平面支撐緊隨其后[4]。區域構件安裝完畢后鋪設花紋板，以保證后續作業，如圖2所示。

圖2 構件生產分區

3.2 細部節點優化

工程中柱梁的連接為鋼框架柱焊接牛腿鋼梁制作后，現場與鋼柱牛腿進行連接的形式。針對牛腿的加工、焊接、對運輸的影響以及現場安裝的工效影響進行比對研究后，發現如果改為連接板形式，可以有效節約成本，加快制作進度，如圖3所示。

圖3 梁柱剛接形式(牛腿連接形式)

首先如果以牛腿作為連接形式加工廠需要焊接一道牛腿焊縫，現場梁柱剛性連接仍需焊接一道焊縫，連接板是僅需加工廠焊接鋼板，現場鋼梁以安裝螺栓連接梁柱后施焊，減少一道焊縫，焊接成本降低。連接板形式相比，牛腿形式焊縫長度減少1/3。其次，由于牛腿鋼柱外形尺寸較大，導致裝車構件有效率降低。所以，帶連接板鋼柱裝車數量遠大于帶牛腿鋼柱，運輸成本降低。經設計方對鋼柱與鋼梁的抗震節點構造設計和計算及專家論證核算，確定此工程可以由牛腿改為連接板形式，如圖4～圖5所示。由設計方出修改圖，根據修改圖紙模型進行修改確保加工無誤，實現了縮短加工周期降低成本的初衷。

圖4 梁柱剛接形式(藍圖修改)

圖5 梁柱剛接形式(模型連接板)

3.3 預留孔優化

花紋板鋪設過程中，改進以往的花紋板施工過程中的重點問題。在其他工程項目中出現過的問題，是設備及管道通過花紋板需開預留孔，此預留孔的制孔的圖紙是精確、規范的，應嚴格控制孔徑大小以及孔的位置[2]，尤其應考慮過安裝過程中會出現偏差而增加預留孔的余量問題，但明顯與現場設備管道施工不相匹配。設備管道施工過程中存在的問題不會以圖紙定位為準進行管道施工，而是以現場的施工條件及實際需求為準則，進行施工作業，由此導致花紋板預留管道孔可用的寥寥無幾，造成人力浪費，成本損失。吸取以往的經驗教訓后，本工程花紋板在考慮現場管道繁多復雜的情況下，決定設備孔洞預先在加工廠開孔，管道孔在現場施工過程中，以現場實際需求施工開孔，確保孔的大小及位置無誤，在節省成本的同時，又縮短了加工周期，保證了現場的安裝使用，如圖6所示。

圖6 平臺鋪板制孔圖

3.4 次梁與主梁連接優化

次級鋼梁與框架梁連接形式方面進行了優化。如次級鋼梁翼板與框架梁保持縫隙的同時，次級鋼梁腹板延伸至框架梁內部，如圖7所示。變為框架梁連接鋼板外伸，次級鋼梁保持翼板與腹板的平整[3]。在圖紙會審過程中提出此種方案。經設計方審核計算，繪制出相應節點修改圖紙。在建模過程中直接以此節點進行深化。

圖7 主次梁連接形式(修改前)

此種連接形式的優化(圖8)，首先減小了次級鋼梁的加工難度，不需要對次級鋼梁的端部進行切割處理，大大減少了加工周期。其次在安裝過程中，次級鋼梁可以在框架梁之間，垂直下放到達其平面后側移，螺栓固定即可。相比次梁深入形式，減少了傾斜鋼梁尋找角度深入框架梁內部后回正的步驟，有效減少施工工時，避免了在小范圍內空間所限次梁調整角度后，下方無法安裝的問題，如圖9～圖10所示。

圖8 鋼梁布置圖

圖9 主次梁連接形式(修改后)

圖10 次級鋼梁連接節點

鋼梁兩端連接板位置問題，按以往經驗進行了優化處理。此問題在Tekla模型中一目了然，整體建模后所有橫梁兩端連接板均在北側，所有縱梁兩端連接板均在西側，以此保證鋼梁在安裝過程中化繁為簡，確保安裝工人安裝有跡可循。鋼梁安裝不以構件為基準，而是以整個工程為基準進行的結構深化結構優化。技術支撐生產，生產服務工程。

3.5 支撐局部優化

均四甲苯工程為露天鋼框架，且柱撐為H型鋼截面，腹板面為基準平面支撐根部為十字節點形式，有效加強了支撐的穩固性。建模后通過3D效果，發現其中的不足，此連接在陰雨天會導致牛腿下部出現積水的情況。在此種節點形式無法更改的情況下，于牛腿下側腹部及牛腿下翼板底部位置開過水孔[4]，此部位加強防腐處理，確保結構的穩定性，同時避免外部天氣因素對構件產生影響，如圖11所示。

圖11 支撐牛腿過水孔

4 結語

總之，Tekla建模是現如今鋼結構項目普遍采用的成熟技術。Tekla技術采用空間建模的方法，將設計院的平面和節點圖紙真實地反映在空間模型中，從中進行分析、發現問題和優化，是鋼結構施工的發展方向。筆者通過最近幾年鋼結構工程的生產施工，積累了許多寶貴的實踐經驗。施工過程中綜合考慮，系統管理，結合整個生產施工所出現的問題，制定詳細的施工方案，規避各種弊端，合理安排生產順序，并多次對施工優化方案進行論證分析，使化工廠鋼框架工程順利完成，保證了施工的經濟、安全。綜上所述，使用科學合理的施工方案以及更為高效的生產技術，能夠極大簡化整個工程工藝復雜性。縮短工期，只要整個鋼結構安裝的過程中，符合事先所設定的相關要求，在保證工程質量的情況下，短時間就能夠將整個鋼結構施工完成。鋼結構在現代建筑工程中的應用范圍越來越廣，希望通過對鋼結構生產技術的深入研究，為鋼結構建筑業的發展做出貢獻。