以跨度和柱距為基本控制的危險(xiǎn)化工廠數(shù)字測(cè)圖方案研究＊

張婷婷，孫允聰

（昆明工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650302）

2016-12-13，國(guó)家質(zhì)檢總局、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委發(fā)布2016年第23 號(hào)中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)公告，批準(zhǔn)發(fā)布GB/T 33000—2016《企業(yè)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化基本規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)，并于2017-04-01 起正式實(shí)施[1]。此安全標(biāo)準(zhǔn)化的“作業(yè)安全”要素要求：加強(qiáng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安全管理和生產(chǎn)過程的控制。對(duì)生產(chǎn)過程及物料、設(shè)備設(shè)施、器材、通道、作業(yè)環(huán)境等存在的隱患應(yīng)進(jìn)行分析和控制。對(duì)特殊作業(yè)及危險(xiǎn)性較高的作業(yè)活動(dòng)實(shí)施作業(yè)許可管理，嚴(yán)格履行審批手續(xù)。對(duì)作業(yè)行為隱患、設(shè)備設(shè)施使用隱患、工藝技術(shù)隱患等進(jìn)行分析，采取控制措施。根據(jù)作業(yè)場(chǎng)所的實(shí)際情況，按照GB 2894—2008《安全標(biāo)志及其使用導(dǎo)則》及企業(yè)內(nèi)部規(guī)定，在有較大危險(xiǎn)因素的作業(yè)場(chǎng)所和設(shè)備設(shè)施上，設(shè)置明顯的安全警示標(biāo)志，進(jìn)行危險(xiǎn)提示、警示，告知危險(xiǎn)的種類、后果及應(yīng)急措施等。

耐火材料作為傳統(tǒng)行業(yè)的材料，對(duì)整個(gè)高溫行業(yè)的發(fā)展起著不可替代的作用，并且是冶金行業(yè)的基礎(chǔ)材料之一。云南濮耐昆鋼高溫材料有限公司始建于1958 年，2009 年重組，是生產(chǎn)耐火材料、冶金輔料的化工廠，工廠內(nèi)部經(jīng)多次改擴(kuò)建，工廠內(nèi)很多廠區(qū)是自建項(xiàng)目，多數(shù)廠區(qū)及設(shè)備安裝工程多為自行投資、自行建設(shè)，無相關(guān)廠房圖紙和設(shè)備安裝圖，造成場(chǎng)內(nèi)安全管理人員對(duì)設(shè)備管理具有一定的難度，廠房有單層和多層，多層高度多達(dá)2～5 層，內(nèi)部化工機(jī)械設(shè)備、危險(xiǎn)源眾多，廠房?jī)?nèi)部機(jī)器設(shè)備運(yùn)行繁忙、交錯(cuò)、嘈雜，整個(gè)廠區(qū)和廠房?jī)?nèi)部均有眾多危險(xiǎn)源。對(duì)日常安全管理和安全監(jiān)測(cè)造成極大不便，為滿足廠區(qū)安全標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，調(diào)查設(shè)備布置情況和設(shè)備對(duì)建筑物的安全消防距離，對(duì)主要設(shè)備危險(xiǎn)源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，更新并重新制定安全崗位職責(zé)及安全標(biāo)準(zhǔn)化操作流程，需要測(cè)繪廠區(qū)1∶500地形圖和廠房設(shè)備布置圖以及主要危險(xiǎn)源分布圖。

針對(duì)化工廠區(qū)基本情況，擬定基本測(cè)圖方案如下：采用GNSS、全站儀、手持測(cè)距儀等儀器作為測(cè)量工具，根據(jù)《衛(wèi)星定位城市測(cè)量技術(shù)規(guī)范》規(guī)定[2-4]，對(duì)整個(gè)廠區(qū)建立一級(jí)城市GNSS 控制，廠房外部采用GNSS-RTK 和全站儀進(jìn)行碎部測(cè)圖；對(duì)整個(gè)廠房?jī)?nèi)部生產(chǎn)、機(jī)械設(shè)備采用廠房已有的柱列軸線，即跨度和柱距作為基本控制，用手持測(cè)距儀對(duì)設(shè)備中心線進(jìn)行橫向和縱向定位。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量危險(xiǎn)化工廠數(shù)字測(cè)圖及廠房設(shè)備布置圖的測(cè)繪，測(cè)圖精度達(dá)到1∶500 數(shù)字測(cè)圖要求。

1 測(cè)區(qū)概況

昆鋼耐火廠位于24.9°N，102.5°E 附近，全廠以昆安路為界劃分東西2 個(gè)廠區(qū)，東區(qū)為耐火原料生產(chǎn)廠區(qū)，西區(qū)為耐火產(chǎn)品生產(chǎn)廠區(qū)，測(cè)區(qū)面積約為14.8 萬m2。根據(jù)耐火廠的生產(chǎn)工藝流程原材料檢驗(yàn)—原料粗破—原料細(xì)破加工—配料—成型-燒成—產(chǎn)品檢驗(yàn)—產(chǎn)品包裝—成品庫，耐火廠區(qū)分為廠前區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、倉庫區(qū)，倉庫區(qū)分為原料庫、設(shè)備庫、成品庫。經(jīng)初步統(tǒng)計(jì)耐火廠已建待測(cè)廠房約為15 個(gè)。廠區(qū)一角如圖1 所示。

圖1 耐火廠區(qū)一角圖

2 大型工業(yè)廠房測(cè)定和測(cè)設(shè)基本原理

2.1 測(cè)定與測(cè)設(shè)關(guān)系

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，測(cè)定與測(cè)設(shè)密不可分，測(cè)定和測(cè)設(shè)是2 個(gè)相反過程。測(cè)設(shè)是從圖紙上到實(shí)地的過程，也就是把圖紙上的設(shè)計(jì)實(shí)測(cè)到實(shí)地的過程，即放樣；測(cè)定是從實(shí)地到圖紙的測(cè)量過程，即把地表面上的地物、地貌測(cè)繪到圖紙上的過程，即繪制地形圖。

2.2 大型工業(yè)廠房控制網(wǎng)測(cè)設(shè)

如圖2 所示，H、I、J、K四點(diǎn)是廠房的房角點(diǎn)，從設(shè)計(jì)圖中已知H、J兩點(diǎn)的坐標(biāo)。S、P、Q、R為布置在基礎(chǔ)開挖邊線以外的廠房矩形控制網(wǎng)的4個(gè)角點(diǎn)，稱為廠房控制樁。廠房矩形控制網(wǎng)的邊線到廠房軸線的距離可以從設(shè)計(jì)圖紙得到，廠房控制樁S、P、Q、R的坐標(biāo)，可按廠房角點(diǎn)的設(shè)計(jì)坐標(biāo)算得?？捎弥苯亲鴺?biāo)法測(cè)設(shè)出廠房控制網(wǎng)S、P、Q、R[5]。

圖2 廠房矩形控制網(wǎng)的測(cè)設(shè)

2.3 廠房柱列軸線測(cè)設(shè)

測(cè)定廠房矩形控制網(wǎng)后，根據(jù)廠房施工圖上所注的柱間距和跨距大小，用鋼尺沿矩形控制網(wǎng)各邊量出各柱列軸線控制樁的位置，如圖3 中的1′—1″、2′—2″、…，并打入大木樁，樁頂用小釘標(biāo)出點(diǎn)位，作為柱基測(cè)設(shè)和施工安裝的依據(jù)。丈量時(shí)應(yīng)以相鄰的2個(gè)距離指標(biāo)樁為起點(diǎn)分別進(jìn)行，以便檢核。

圖3 廠房柱列軸線和柱基測(cè)量

2.4 大型工業(yè)廠房測(cè)定與跨度和柱距

單層工業(yè)廠房定位可以通過定位軸線定位，柱網(wǎng)是廠房承重柱的定位軸線在平面上排列所形成的網(wǎng)格。柱網(wǎng)尺寸的確定實(shí)際上就是確定廠房的跨度和柱距?？缍仁侵涌v向定位軸線間的距離；柱距是相鄰柱子橫向定位軸線間的距離。跨度與柱距示意圖如圖4 所示。

圖4 跨度與柱距示意圖

廠房的跨度在18 m 或18 m 以下時(shí)，應(yīng)采用擴(kuò)大模數(shù)30M 數(shù)列。在18 m 以上時(shí)，應(yīng)采用擴(kuò)大模數(shù)60M數(shù)列。單層廠房的柱距應(yīng)采用擴(kuò)大模數(shù)60M 數(shù)列；廠房山墻處抗風(fēng)柱柱距宜采用擴(kuò)大模數(shù)15M 數(shù)列。

廠房橫向定位軸線主要用來標(biāo)定縱向構(gòu)件的標(biāo)志端部，如屋面板、吊車梁、連系梁、基礎(chǔ)梁、墻板、縱向支撐等?？v向定位軸線主要用來標(biāo)定廠房橫向構(gòu)件的標(biāo)志端部，如屋架的標(biāo)志尺寸以及大型屋面板的邊緣。廠房縱向定位軸線應(yīng)視其位置不同而具體確定。

耐火廠區(qū)廠房經(jīng)過多次改擴(kuò)建，年代久遠(yuǎn)資料保管不全，設(shè)計(jì)圖紙和竣工圖紙已缺失，測(cè)設(shè)放樣資料均已丟失。根據(jù)測(cè)定與測(cè)設(shè)關(guān)系，對(duì)于耐火廠房的定位，主要采用柱距和跨度確定單個(gè)廠房的大小，由于跨度和柱距都是固定模數(shù)或擴(kuò)大模數(shù)，確定了端柱、邊柱和中柱的數(shù)量即可實(shí)現(xiàn)廠房的定位。對(duì)于廠房?jī)?nèi)部的機(jī)器設(shè)備的定位，主要通過橫向定位軸線和縱向定位軸線實(shí)現(xiàn)。

3 耐火廠區(qū)及廠房和廠房?jī)?nèi)設(shè)備測(cè)量方案分析

3.1 耐火廠區(qū)測(cè)量方案

根據(jù)耐火廠區(qū)分為東西2 個(gè)廠區(qū)，廠區(qū)控制以GNSS 一級(jí)網(wǎng)作為基本控制，為方便測(cè)量選取廠區(qū)9個(gè)GNSS 控制點(diǎn)控制整個(gè)廠區(qū)，并在獨(dú)立坐標(biāo)系進(jìn)行二維平差處理，滿足等級(jí)精度要求，最終輸出控制測(cè)量成果，廠區(qū)碎部測(cè)量主要以GPS-RTK 進(jìn)行碎部測(cè)圖，局部衛(wèi)星信號(hào)缺失角落，用全站儀輔助碎部數(shù)據(jù)采集[6-7]。

碎部測(cè)量采用草圖法，外業(yè)采集數(shù)據(jù)包括以下4類[8-10]：①工礦企業(yè)建筑物和公共設(shè)施，主要有辦公樓、停車場(chǎng)、設(shè)備庫、倉庫、保衛(wèi)室、門墩等，主要標(biāo)清楚廠房名稱、實(shí)測(cè)廠房房角點(diǎn)位置。②交通及附屬設(shè)施，主要包括廠區(qū)內(nèi)主次道路、車行道、人行道、綠化帶與隔離帶等。③管線及附屬設(shè)施，主要測(cè)量廠區(qū)外部的煤氣管線、高壓線、架空線、路燈、檢修井、消防栓等，煤氣管線為主要測(cè)量危險(xiǎn)源對(duì)象，架空煤氣管線、地面煤氣管線均實(shí)測(cè)位置、標(biāo)高、直徑，注記高爐煤氣、混合煤氣等名稱，實(shí)測(cè)管線截止閥、煤氣排水器等；高壓管線注明電壓伏數(shù)、棧橋走向、轉(zhuǎn)角，進(jìn)入變電室、配電室位置，主要用電設(shè)備等，架空管線實(shí)測(cè)凈高，并判斷安全距離。④植被測(cè)繪，主要綠化、林地、草地實(shí)測(cè)位置。

3.2 廠房及廠房?jī)?nèi)設(shè)備測(cè)量方案

結(jié)合本次測(cè)量目的，耐火廠區(qū)設(shè)備布置和危險(xiǎn)源是本次測(cè)量重點(diǎn)，由于設(shè)備都是已安裝設(shè)備，所以設(shè)備定位主要根據(jù)廠房?jī)?nèi)部的工字鋼柱和磚柱進(jìn)行定位，通過廠房?jī)?nèi)部的柱列軸線可以作為設(shè)備的基本控制，再用廠房橫向定位軸線和縱向定位軸線實(shí)現(xiàn)機(jī)器設(shè)備的定位。

由于廠房?jī)?nèi)的工作環(huán)境設(shè)備白天運(yùn)轉(zhuǎn)，且有高空運(yùn)行設(shè)備，廠房?jī)?nèi)部噪聲極大，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)空間有限，很難在內(nèi)部架設(shè)測(cè)量?jī)x器；有些廠房還有粉塵和煤氣，不宜長(zhǎng)時(shí)間逗留；有些廠房伴隨高溫和傳送帶空中傳送原材料，廠房?jī)?nèi)部工作都是特種工作崗位，危險(xiǎn)性極高。在這些條件限制下，不能安置全站儀設(shè)站進(jìn)行碎部測(cè)量，無人機(jī)測(cè)量更不可能。因此在這種工作環(huán)境下，要充分利用廠房能內(nèi)部的柱列軸線進(jìn)行設(shè)備定位，利用廠房柱進(jìn)行機(jī)器設(shè)備的基本控制。以柱中心到設(shè)備中心軸線引測(cè)橫向定位軸線和縱向定位軸線進(jìn)行定位，采用如圖5 所示的手持測(cè)距儀和小鋼尺進(jìn)行靈活測(cè)距，手持測(cè)距儀可以到達(dá)測(cè)量人員不易接近的設(shè)備。

圖5 手持測(cè)距儀

設(shè)備主要測(cè)量外形尺寸、設(shè)備基礎(chǔ)位置。由于廠房設(shè)備眾多，截取部分廠房設(shè)備圖，如圖6、圖7 所示。

圖6 部分原料生產(chǎn)廠房設(shè)備圖（單位：m）

圖7 部分干法除塵器廠房設(shè)備圖（單位：m）

整個(gè)測(cè)量過程遵循從整體到局部的測(cè)量程序，以耐火廠工藝流程為整體到設(shè)備布置為局部的測(cè)量方案，遵以工藝流程為先，厘清車間布置和設(shè)備用途，分別繪制不同車間廠房的設(shè)備布置圖。

3.3 成圖方法

地形圖的成圖用cass 軟件草圖法成圖[11]，經(jīng)“展點(diǎn)”“繪平面圖”等步驟完成廠區(qū)平面圖的繪制；廠房平面圖和設(shè)備布置圖的繪制用AutoCAD 軟件，根據(jù)柱距和跨度確定廠房的尺寸，橫向定位軸線和縱向定位軸線確定機(jī)器設(shè)備的位置，在AutoCAD 軟件中繪制，每個(gè)廠房單獨(dú)繪制一幅分圖形成大樣圖；最后將每一幅廠房平面圖和設(shè)備布置圖經(jīng)過平移和旋轉(zhuǎn)等處理方式，嵌入整個(gè)廠區(qū)平面圖形成最終的總圖。

3.4 質(zhì)量控制方法

測(cè)圖過程中對(duì)各個(gè)工序的過程成果和最終成果質(zhì)量進(jìn)行有效控制，對(duì)成果采用“二級(jí)檢查，一級(jí)驗(yàn)收”制度。由于測(cè)圖廠房數(shù)量較多，采用“第一幅圖”的試生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)工作。

測(cè)圖時(shí)組織作業(yè)組做好“第一幅圖”試生產(chǎn)，通過生產(chǎn)及時(shí)發(fā)現(xiàn)作業(yè)過程中出現(xiàn)的技術(shù)問題，提出解決方案與措施。質(zhì)檢人員也要對(duì)“第一幅圖”進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，通過對(duì)試生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)圖幅的過程檢查和最終檢驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)檢查中出現(xiàn)的質(zhì)量問題，提出合理的改進(jìn)建議。測(cè)圖過程進(jìn)行工序質(zhì)量的質(zhì)量控制，對(duì)中間過程的成果進(jìn)行質(zhì)量檢查，滿足質(zhì)量要求。

對(duì)廠房的“第一幅圖”進(jìn)行試生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行質(zhì)量控制分析。以全站儀引測(cè)導(dǎo)線布設(shè)控制點(diǎn)到廠房?jī)?nèi)部進(jìn)行碎部測(cè)量進(jìn)行設(shè)備定位，用手持測(cè)距儀對(duì)設(shè)備中心線進(jìn)行橫向和縱向定位確定設(shè)備中心點(diǎn)的位置相對(duì)于全站儀碎部測(cè)量設(shè)備中心點(diǎn)的坐標(biāo)，用公式（1）計(jì)算中誤差：

式（1）中：m為檢查點(diǎn)中誤差，m；Δi為全站儀導(dǎo)線碎部點(diǎn)實(shí)測(cè)值與手持測(cè)距儀橫向和縱向定位設(shè)備中心點(diǎn)觀測(cè)值的誤差，m；n為參與評(píng)定精度的檢查點(diǎn)數(shù)（取30 個(gè)）。

對(duì)“第一幅圖”進(jìn)行精度檢測(cè)，檢查點(diǎn)個(gè)數(shù)為30 個(gè)，并使其均勻分布。檢查點(diǎn)統(tǒng)計(jì)計(jì)算結(jié)果如表1 所示。平面位置中誤差為0.052 m，最大誤差為0.093 m。小于2 倍中誤差的檢查點(diǎn)有3 個(gè)，小于1 倍中誤差的檢查點(diǎn)有27 個(gè)。

表1 檢查點(diǎn)誤差統(tǒng)計(jì)表

當(dāng)測(cè)圖為一般用途時(shí)，采集地物點(diǎn)平面位置精度滿足表2 要求即可。通過分析檢查點(diǎn)誤差滿足實(shí)際應(yīng)用要求。

表2 地物點(diǎn)平面位置精度

4 結(jié)束語

復(fù)雜已建工業(yè)廠房測(cè)量，廠房本身的測(cè)量可以充分利用廠房柱列軸線進(jìn)行廠房定位，測(cè)出邊柱、端柱和中柱的位置和數(shù)量；對(duì)于工藝設(shè)備布置圖的定位，再將柱列軸線、跨度和柱距作為基本控制，將柱的位置作為“控制點(diǎn)”，通過多排多列特定的柱向測(cè)量目標(biāo)引測(cè)橫向定位軸線和縱向定位軸線，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量目標(biāo)（機(jī)器設(shè)備）的定位，整個(gè)測(cè)量過程避免了在狹窄、危險(xiǎn)、機(jī)器設(shè)備運(yùn)行的環(huán)境中進(jìn)行全站儀設(shè)站，保證了測(cè)量過程的安全，簡(jiǎn)化了測(cè)量程序。

對(duì)耐火廠測(cè)圖是實(shí)現(xiàn)企業(yè)安全生產(chǎn)的重要途徑和方法，根據(jù)作業(yè)場(chǎng)所圖紙，按照規(guī)范規(guī)定，在有較大危險(xiǎn)因素的作業(yè)場(chǎng)所和設(shè)備設(shè)施上，設(shè)置明顯的安全警示標(biāo)志，進(jìn)行危險(xiǎn)提示、警示，告知危險(xiǎn)的種類、后果及應(yīng)急措施等。深入開展安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，切實(shí)增強(qiáng)推動(dòng)企業(yè)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的自覺性和主動(dòng)性，進(jìn)一步規(guī)范企業(yè)安全生產(chǎn)行為，改善安全生產(chǎn)條件，強(qiáng)化安全基礎(chǔ)管理，有效防范和堅(jiān)決遏制重特大事故發(fā)生。