Tekla技術(shù)建模在生產(chǎn)安裝過程中的應(yīng)用優(yōu)化探析

高 勇 吳吉瑞 孫會貴

(山東省建設(shè)建工(集團(tuán))有限責(zé)任公司 山東濟(jì)南 250014)

0 引言

均四甲苯生產(chǎn)裝置工程，主梁238支、次梁1096支、框架鋼柱83支，其他構(gòu)件及板件5344件，安裝難度大，構(gòu)件相關(guān)數(shù)據(jù)繁多。利用Tekla建模，在鋼結(jié)構(gòu)的加工過程中，科學(xué)合理地分析結(jié)構(gòu)形式、施工順序、優(yōu)化節(jié)點(diǎn)形式，對整個工程所產(chǎn)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(xì)節(jié)，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(chǎn)品鏈延伸制高端化學(xué)品項(xiàng)目均四甲苯生產(chǎn)裝置工程，位于濟(jì)南市章丘區(qū)刁鎮(zhèn)化工工業(yè)園山東明化新材料郵箱公司廠區(qū)東南側(cè)，占地面積1600 m2。鋼材材質(zhì)均選用Q345B，此工程柱底標(biāo)高-1.5 m、柱頂標(biāo)高為23.8 m，分為4層大平臺，頂層小平臺結(jié)構(gòu)形式，全面包裹化工設(shè)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(tǒng)為H型鋼及角鋼，平臺除設(shè)備孔外，均鋪設(shè)花紋鋼板整體視圖，如圖 1 所示。

圖1 整體視圖

2 工程準(zhǔn)備

工程開始之前，認(rèn)真對各個環(huán)節(jié)的說明和技術(shù)進(jìn)行了解，全面詳細(xì)掌握工程中所涉及到的鋼材材質(zhì)和規(guī)格等容易出錯部分。對于后期加工及施工產(chǎn)生矛盾及不利影響的地方進(jìn)行深度剖析，結(jié)合建筑圖、結(jié)構(gòu)圖，綜合考慮現(xiàn)場施工的實(shí)際情況。圖紙不明、前后矛盾、工藝繁瑣等問題進(jìn)行整理，與設(shè)計方進(jìn)行溝通，與專業(yè)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(jié)構(gòu)及使用的前提下，進(jìn)行圖紙的優(yōu)化。以最快的速度Tekla建模調(diào)圖，圖紙成型后，再次研究討論優(yōu)化的可行性及對工程的利弊影響，以整體Tekla模型帶動細(xì)部處理。工程優(yōu)化技術(shù)服務(wù)生產(chǎn)，技術(shù)指導(dǎo)生產(chǎn)，做出最合理的、完整的工藝要求，既滿足現(xiàn)場的安裝，又可有效節(jié)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(jìn)行。

3 優(yōu)化生產(chǎn)施工

針對本工程進(jìn)行研究分析，該工程梁柱節(jié)點(diǎn)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(nèi)，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(jìn)行標(biāo)注，方便后續(xù)坡口處理，避免漏開及位置偏差[1]。制定全面的技術(shù)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(zhì)量，有效合理提高生產(chǎn)效率。

3.1 區(qū)域劃分及細(xì)化進(jìn)度

本工程工期60d，時間緊任務(wù)重，以現(xiàn)場實(shí)際情況為準(zhǔn)，分批下發(fā)加工圖紙，配套構(gòu)件布置圖、構(gòu)件加工清單，避免生產(chǎn)混亂。在同一批次，所有構(gòu)件均同時制作，細(xì)化施工進(jìn)度表，繁雜而不凌亂。多線程操作以實(shí)際需求為第一要素，既能有序生產(chǎn)加工，又能保證現(xiàn)場施工。通過Tekla模型中的選取范圍，對區(qū)域構(gòu)件進(jìn)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(xiàn)場設(shè)備進(jìn)場清理場地，合理規(guī)劃構(gòu)件堆放區(qū)域，建立分區(qū)堆放構(gòu)件明細(xì)，配套鋼板直發(fā)件的專門存放記錄，設(shè)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(qū)域角部支撐及平面支撐緊隨其后[4]。區(qū)域構(gòu)件安裝完畢后鋪設(shè)花紋板，以保證后續(xù)作業(yè)，如圖2所示。

圖2 構(gòu)件生產(chǎn)分區(qū)

3.2 細(xì)部節(jié)點(diǎn)優(yōu)化

工程中柱梁的連接為鋼框架柱焊接牛腿鋼梁制作后，現(xiàn)場與鋼柱牛腿進(jìn)行連接的形式。針對牛腿的加工、焊接、對運(yùn)輸?shù)挠绊懸约艾F(xiàn)場安裝的工效影響進(jìn)行比對研究后，發(fā)現(xiàn)如果改為連接板形式，可以有效節(jié)約成本，加快制作進(jìn)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(xiàn)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(xiàn)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(dǎo)致裝車構(gòu)件有效率降低。所以，帶連接板鋼柱裝車數(shù)量遠(yuǎn)大于帶牛腿鋼柱，運(yùn)輸成本降低。經(jīng)設(shè)計方對鋼柱與鋼梁的抗震節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)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(shè)計方出修改圖，根據(jù)修改圖紙模型進(jìn)行修改確保加工無誤，實(shí)現(xiàn)了縮短加工周期降低成本的初衷。

圖4 梁柱剛接形式(藍(lán)圖修改)

圖5 梁柱剛接形式(模型連接板)

3.3 預(yù)留孔優(yōu)化

花紋板鋪設(shè)過程中，改進(jìn)以往的花紋板施工過程中的重點(diǎn)問題。在其他工程項(xiàng)目中出現(xiàn)過的問題，是設(shè)備及管道通過花紋板需開預(yù)留孔，此預(yù)留孔的制孔的圖紙是精確、規(guī)范的，應(yīng)嚴(yán)格控制孔徑大小以及孔的位置[2]，尤其應(yīng)考慮過安裝過程中會出現(xiàn)偏差而增加預(yù)留孔的余量問題，但明顯與現(xiàn)場設(shè)備管道施工不相匹配。設(shè)備管道施工過程中存在的問題不會以圖紙定位為準(zhǔn)進(jìn)行管道施工，而是以現(xiàn)場的施工條件及實(shí)際需求為準(zhǔn)則，進(jìn)行施工作業(yè)，由此導(dǎo)致花紋板預(yù)留管道孔可用的寥寥無幾，造成人力浪費(fèi)，成本損失。吸取以往的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)后，本工程花紋板在考慮現(xiàn)場管道繁多復(fù)雜的情況下，決定設(shè)備孔洞預(yù)先在加工廠開孔，管道孔在現(xiàn)場施工過程中，以現(xiàn)場實(shí)際需求施工開孔，確?？椎拇笮〖拔恢脽o誤，在節(jié)省成本的同時，又縮短了加工周期，保證了現(xiàn)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(yōu)化

次級鋼梁與框架梁連接形式方面進(jìn)行了優(yōu)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(nèi)部，如圖7所示。變?yōu)榭蚣芰哼B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(jīng)設(shè)計方審核計算，繪制出相應(yīng)節(jié)點(diǎn)修改圖紙。在建模過程中直接以此節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深化。

圖7 主次梁連接形式(修改前)

此種連接形式的優(yōu)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(jìn)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(dá)其平面后側(cè)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(nèi)部后回正的步驟，有效減少施工工時，避免了在小范圍內(nèi)空間所限次梁調(diào)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(jié)點(diǎn)

鋼梁兩端連接板位置問題，按以往經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了優(yōu)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(cè)，所有縱梁兩端連接板均在西側(cè)，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(gòu)件為基準(zhǔn)，而是以整個工程為基準(zhǔn)進(jìn)行的結(jié)構(gòu)深化結(jié)構(gòu)優(yōu)化。技術(shù)支撐生產(chǎn)，生產(chǎn)服務(wù)工程。

3.5 支撐局部優(yōu)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(zhǔn)平面支撐根部為十字節(jié)點(diǎn)形式，有效加強(qiáng)了支撐的穩(wěn)固性。建模后通過3D效果，發(fā)現(xiàn)其中的不足，此連接在陰雨天會導(dǎo)致牛腿下部出現(xiàn)積水的情況。在此種節(jié)點(diǎn)形式無法更改的情況下，于牛腿下側(cè)腹部及牛腿下翼板底部位置開過水孔[4]，此部位加強(qiáng)防腐處理，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時避免外部天氣因素對構(gòu)件產(chǎn)生影響，如圖11所示。

圖11 支撐牛腿過水孔

4 結(jié)語

總之，Tekla建模是現(xiàn)如今鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目普遍采用的成熟技術(shù)。Tekla技術(shù)采用空間建模的方法，將設(shè)計院的平面和節(jié)點(diǎn)圖紙真實(shí)地反映在空間模型中，從中進(jìn)行分析、發(fā)現(xiàn)問題和優(yōu)化，是鋼結(jié)構(gòu)施工的發(fā)展方向。筆者通過最近幾年鋼結(jié)構(gòu)工程的生產(chǎn)施工，積累了許多寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。施工過程中綜合考慮，系統(tǒng)管理，結(jié)合整個生產(chǎn)施工所出現(xiàn)的問題，制定詳細(xì)的施工方案，規(guī)避各種弊端，合理安排生產(chǎn)順序，并多次對施工優(yōu)化方案進(jìn)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(jīng)濟(jì)、安全。綜上所述，使用科學(xué)合理的施工方案以及更為高效的生產(chǎn)技術(shù)，能夠極大簡化整個工程工藝復(fù)雜性。縮短工期，只要整個鋼結(jié)構(gòu)安裝的過程中，符合事先所設(shè)定的相關(guān)要求，在保證工程質(zhì)量的情況下，短時間就能夠?qū)⒄麄€鋼結(jié)構(gòu)施工完成。鋼結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑工程中的應(yīng)用范圍越來越廣，希望通過對鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)技術(shù)的深入研究，為鋼結(jié)構(gòu)建筑業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。