提高電站水力機械管路安裝質(zhì)量和效率的有效措施

阿得榮

（中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧 沈陽 110179）

1 概述

荒溝抽水蓄能電站機電安裝工程水力機械管路主要包括技術(shù)供水管路、機組檢修排水管路、滲漏排水管路、中低壓氣管路、透平油管路、水力量測管路、消防管路、空調(diào)管路、生活給排水管路等，上述所有管路均采用不銹鋼無縫鋼管，管路從Ф 6到Ф 508約有20余種規(guī)格和型號，管路總長度約21 km，管路中介質(zhì)工作壓力在0.2~10.8 MPa范圍內(nèi)。

2 施工過程中存在的困難

結(jié)合蓄能電站固有的特點，水力機械管路施工過程中存在的困難主要有5個方面，①由于地下廠房空間緊湊、管路多且復(fù)雜、光平面設(shè)計不夠直觀；②設(shè)備和圖紙來源較多，很多部位設(shè)計與廠家圖紙很難對接好；③管路預(yù)埋多明裝少，在預(yù)埋期間管路安裝和土建施工相互干擾很大，影響總體施工進度；④埋管一旦出現(xiàn)漏埋、錯埋現(xiàn)象，后期處理難度極大；⑤水頭高、管路工作壓力大，對管路的焊接標(biāo)準(zhǔn)要求高。

3 施工過程中采取的措施

荒溝抽水蓄能電站針對上述水力機械管路安裝過程中存在的困難，為提高管路安裝質(zhì)量和工作效率，主要采取以下措施：

（1）應(yīng)用BIM技術(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，首先根據(jù)管路設(shè)計平面圖及土建混凝土分層分塊圖采用BIM技術(shù)將管路進行三維設(shè)計，其三維效果見圖1。通過三維設(shè)計就可以檢查管路是否存在互相碰撞的現(xiàn)象，早發(fā)現(xiàn)早解決，且能讓技術(shù)人員很直觀的熟悉圖紙，同時也能避免施工過程中出現(xiàn)漏埋、錯埋等現(xiàn)象。

圖1 BIM三維建模效果

（2）管路三維預(yù)裝，是根據(jù)設(shè)計和廠家的水力機械輔助設(shè)備系統(tǒng)圖紙對水力機械輔助設(shè)備及管路在校正的廠房模型里進行三維預(yù)裝，預(yù)裝工作主要包括預(yù)埋管路、輔助設(shè)備和明管路三維預(yù)裝及預(yù)裝出圖，效果見圖2，分別介紹如下。

1）預(yù)埋管路三維預(yù)裝。是在廠房建模項目中進行，所有管路都是以廠房建?；鶞?zhǔn)線來定位，繪制時首先選擇管路系統(tǒng)名稱、管路型號，而后確定管路起點高程和位置、拐點高程和位置以及終點高程和位置，管路繪制完成后在屬性表中完善管路的編號和管路的名稱，從而完成管路在項目中唯一性的標(biāo)識，方便材料的統(tǒng)計，預(yù)裝過程要遵循以下原則。

①在管路預(yù)裝過程中參考設(shè)備廠家圖紙和設(shè)計院圖紙，對有矛盾的地方及時溝通處理，設(shè)計和廠家的分界為機墩內(nèi)的管路以廠家圖紙為準(zhǔn)，其余部位以設(shè)計為準(zhǔn)，共有和對接部分以設(shè)計圖紙為準(zhǔn)，廠家圖紙只是確定連接方式，二期混凝土內(nèi)的管路以廠家圖紙為準(zhǔn)。

②在預(yù)裝階段有時會出現(xiàn)由于管件放置空間不足無法生成管路連接的情況，此時首先檢查載入項目的管件（三通、彎頭、變徑、異徑三通、30°彎頭、45°彎頭）是否與到貨規(guī)格相符，如無不同，與相關(guān)方溝通，更換附件或者調(diào)整管路，方案確定后再做處理，本電站預(yù)埋管路基本都是適當(dāng)調(diào)整預(yù)裝管路位置，只是確保預(yù)埋管路出口位置準(zhǔn)確即可。

③各系統(tǒng)預(yù)埋管路預(yù)裝完成后，進行管路碰撞檢查時，對發(fā)生碰撞的位置進行設(shè)計圖紙比對，發(fā)現(xiàn)是圖紙問題及時溝通，提前處理，若是繪制問題及時修改，確保管路之間不發(fā)生碰撞，而后調(diào)整廠房透視度到最低，檢查管路部位混凝土外觀，確保外觀除管路出口位置外，其余位置無管路露出，如有及時檢查原因，溝通解決，最后重點關(guān)注空間小，管路多或管路大的位置，比如尾支洞、球閥層以下、母線洞底板、開關(guān)站等部位，本電站機組技術(shù)供水取水管（DN500不銹鋼無縫鋼管）取水位置在尾支管上，該部位開挖時未充分考慮取水管彎頭變徑尺寸，在預(yù)裝時發(fā)現(xiàn)了問題，及時進行了處理，并有效的解決了問題。

2）明裝設(shè)備和管路三維預(yù)裝。明裝設(shè)備和管路的預(yù)裝也是在廠房建模項目中進行，所有設(shè)備均以廠房建模基準(zhǔn)線為準(zhǔn)進行定位，設(shè)備預(yù)裝完成后利用視圖屬性中的剖切框，檢查設(shè)備與墻體是否有沖突，確保設(shè)備的安裝空間足夠，然后以設(shè)備為基準(zhǔn)安裝管路和附件。明裝水力機械輔助系統(tǒng)主要包括設(shè)備、管件、管路及支吊架，明裝設(shè)備與管路三維預(yù)裝前，根據(jù)設(shè)備、管件、管路和支吊架等尺寸進行族建模，其中設(shè)備的建模以設(shè)備所在項目高程為族模型中的基準(zhǔn)高程，設(shè)備的尺寸根據(jù)到貨設(shè)備的說明書和圖紙確定，重點控制設(shè)備進出口距離基準(zhǔn)高程的尺寸、進出口的方位和進出口相對設(shè)備中心的尺寸，從而最大限度的減少設(shè)備尺寸誤差對管路預(yù)制尺寸造成的影響，由于機墩內(nèi)與主機廠家的設(shè)備連接的管路已由廠家提前制作安裝，因此設(shè)備建模未涉及機墩內(nèi)主機設(shè)備。對于管件、管路和支吊架的尺寸按供貨規(guī)格清單進行確定，建立族系統(tǒng)，方便三維預(yù)裝。預(yù)裝要遵循以下原則。

①設(shè)備的基礎(chǔ)和固定方式要在預(yù)裝中體現(xiàn)。

②管路與管件和設(shè)備的連接由系統(tǒng)自動生成，不能強行連接，即與不同管路自動連接后管件或設(shè)備的顏色會自動變成管路系統(tǒng)的顏色。

③機墩周圍的管路和設(shè)備要參考主機廠家的圖紙，對連接方式要有明確的顯示，便于預(yù)制件的預(yù)制。

④由于抽蓄電站底環(huán)屬于預(yù)埋件，因此需對主機設(shè)備中的底環(huán)進行建模預(yù)裝。

⑤由于管件尺寸的問題造成的無法自動生成連接時，先檢查管件尺寸是否與供貨管件相符，如不沖突，在不影響功能的前提下適當(dāng)調(diào)整管件安裝位置，并做好記錄。

⑥明裝設(shè)備及管路支架的安裝根據(jù)設(shè)計要求和廠房模型空間布置進行安裝，確保美觀實用。

⑦明裝設(shè)備和管路預(yù)裝完成后，分部位進行檢查，在設(shè)計、監(jiān)理和業(yè)主都滿意后最終定型。

3）三維預(yù)裝出圖。目的是將三維預(yù)制圖導(dǎo)入管路工廠化智能預(yù)制設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)，利用機械智能化的管路預(yù)制工廠對分解的三維模型圖紙尺寸進行精準(zhǔn)預(yù)制，三維管路出圖的質(zhì)量直接關(guān)系到BIM技術(shù)與管路預(yù)制技術(shù)的結(jié)合程度，出圖要注意以下要求：

①對預(yù)裝成果進行分解，按照施工部位出安裝圖，確保水力機械輔助系統(tǒng)出圖的完整性。

②根據(jù)系統(tǒng)類型分解施工部位安裝圖，出該部位同類型系統(tǒng)組裝圖。

③根據(jù)復(fù)雜程度分解該部位同類型系統(tǒng)組裝圖，出構(gòu)件預(yù)制圖。

圖2 左為三維預(yù)裝效果，右為管件制作圖

（3）管路工廠化智能化預(yù)制，是利用三維預(yù)裝成果對三維模型進行分解出三維制作圖紙，然后將三維預(yù)制圖導(dǎo)入管路工廠化智能預(yù)制設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)利用集成式智能管路預(yù)制系統(tǒng)和智能焊接機器人進行精準(zhǔn)預(yù)制，這樣管路預(yù)制為現(xiàn)場管路安裝減少了施工難度并加快了施工進度，并能在實際施工中完整實現(xiàn)三維預(yù)裝的效果。

1）管路工廠化預(yù)制系統(tǒng)布置。預(yù)制工廠尺寸為42 m×18 m×10 m（長×寬×高），預(yù)制設(shè)備主要包括帶鋸床、上料輥道、管道定長裝置、RGV小車、坡口機、帶鋸床輸送輥道、多功能快速組對機、自動打底填充蓋面焊接系統(tǒng)，工廠布置及設(shè)備見圖3。

圖3 左為管路工廠化預(yù)制系統(tǒng)布置圖，右為預(yù)制設(shè)備

2）管路預(yù)制工序、工藝流程，精確預(yù)制是在BIM技術(shù)指導(dǎo)下進行，主要工序包括精確下料、坡口加工、組對、智能焊接，四道預(yù)制工序的現(xiàn)場實際操作見圖4。

圖4 管路預(yù)制四道主要工序

3）管路預(yù)制效果，這里主要介紹智能焊接和現(xiàn)場安裝效果。智能焊接最大的優(yōu)點是單面焊接、雙面成型、焊接質(zhì)量高，就是在管子外口焊接，管內(nèi)焊縫也能夠成型良好（效果見圖5），無焊瘤、焊渣等明顯缺陷。預(yù)埋管路安裝按照設(shè)計圖紙和三維分倉分塊圖進行交底，使用BIM技術(shù)將該倉內(nèi)預(yù)埋管路從三維分倉分塊圖內(nèi)單獨剖切出來指導(dǎo)現(xiàn)場安裝，讓作業(yè)人員對倉面內(nèi)的管路數(shù)量、型號、走向和出口的方位高程等有直觀的概念，對運至現(xiàn)場預(yù)制完成的管路進行熟悉并掃描管路部件信息二維碼，安裝時先按照管路的方位、高程（均以現(xiàn)場主機安裝中心方位和高程為基準(zhǔn)）制作預(yù)埋管路支架，然后將預(yù)制好的管路按高程點做標(biāo)進行擺放。明裝水力機械輔助系統(tǒng)設(shè)備和管件現(xiàn)場安裝流程為：①現(xiàn)場放線→②設(shè)備安裝→③按照三維圖安裝閥門和預(yù)制管路（帶密封墊）→④安裝管路支架和閥門支座→⑤根據(jù)現(xiàn)場實際情況配置在預(yù)制圖上標(biāo)明的現(xiàn)場配置部分→⑥現(xiàn)場配置的管路焊接（根據(jù)情況選擇自動焊接或人工焊接）→⑦安裝表計→⑧防腐刷漆，實際安裝與三維預(yù)制效果見圖6。

圖5 管路焊縫單面焊接、雙面成型效果

圖6 實際安裝與三維預(yù)制效果

4 結(jié)束語

實踐證明基于BIM技術(shù)和智能化制作技術(shù)在荒溝抽水蓄能電站的探索和應(yīng)用有效的解決了水力機械輔助系統(tǒng)設(shè)備及管路在電站建設(shè)各階段出現(xiàn)的問題，實現(xiàn)了抽水蓄能電站水力機械輔助系統(tǒng)數(shù)字化、信息化和智能化施工，為日后三維技術(shù)在工程施工階段全面應(yīng)用、三維技術(shù)與三維打印技術(shù)結(jié)合應(yīng)用摸索出一條可行之路，并為建立以電站為單位的成套管路定制為目的的集成化管路智能制作工廠積累寶貴經(jīng)驗。真正做到將BIM技術(shù)和智能化制作技術(shù)應(yīng)用到水電站機電安裝專業(yè)的生產(chǎn)一線，轉(zhuǎn)化為施工企業(yè)提質(zhì)增效、轉(zhuǎn)型升級的強大助力。