电站锅炉施工组织CAD技术初步研究

　　分类号：TB21：A锅炉安装是火电厂建设施工进度计划中的关键路线之一，同时也是电厂建设的重中之重要确保安装施工的顺利进行，安装单位在施工前须依据设计要求，并结合施工的时间、空间和资源作出合理的施工组织设计。以往此类设计都是靠工程技术人员根据现场条件依据经验完成，因涉及的因素多，设计工作量大，不仅要耗费很长时间，在一定程度上也影响到设备安装施工的质量本文将CAD技术应用于锅炉的施工组织设计，开发可用于锅炉施工组织CAD设计软件（简称BCOCADS），旨在将科学的方法和先进的技术引入大型设备的施工组织设计过程这对于提高设计的效率和质量，降低工程技术人员的工作强度，缩短设计周期有重要意义1锅炉施工组织设计应用CAD技术的总体方案1.1锅炉施工组织设计的基本内容目前电站工程中的施工组织设计主要有施工组织总设计、单位工程施工组织设计和分部分项工程施工组织设计等几种，本文研究的锅炉施工组织设计属于分项工程施工组织设计，大致包括以下主要内容：锅炉工程概述（如：锅炉基本性能、锅炉主要设备组成及其基本结构等）；主要施工机具的选择与布置，大件吊装顺序；主要组件的划分及组合场的布置；主要施工方案（如：重大物件的安装方案特殊运输和吊装措施等）；临时建筑与设施（如：力能主要干线的选配与布置等）2关于计算机参与施工组织设计的方式对计算机以何种方式参与锅炉施工组织设计的问题，笔者曾探讨了不同的技术方案，其中包括开发一种专家系统或编制专用的设计程序，自动完成全部或部分的组织设计等。但因施工组织设计要处理的问题涉及面广，且很多相关知识的表达具有不确定性，很难由计算机全部解决因此确定采用CAD技术，允许技术人员较多的参与设计过程1.3具体实施方案在对锅炉的基本任务分析的基础上，笔者确定了BCOCADS的具体实施方案，其中主要考虑的问题是如何使BCOCADS更好的适应实际设计过程的要求比如：在进行机具的选择与布置、组合场的布置和临时建筑与设施的排布时，考虑利用BCOCADS完成简化布置的过程，设计人员则可依据经验或习惯作法，选定须布置的设备、设施，并确定其在代表施工现场的平面图上的位置还可利用计算机提供的便利，随意地添加、删除、移动平面图上的内容，并进行必要的计算，直到得到比较满意的结果在划分锅炉受热面组件及安排大件吊装顺序时，由于对某些因素的处理带有很强的经验性和随意性，很难采用确定的算法进行描述和分柝因此，在利用计算机辅助组件划分时，主要作法是从电建单位的工程实例分析中得出一般的施工方法，供技术人员选择这些方法也同样被用于大件吊装顺序的排序等设计工作中。

　　BCOCADS的功能规划及开发环境1BCOCADS的主要功能BCOCAD注控模块如前所述，BCOCADS应用软件的主要任务是帮助工程技术人员完成锅炉施工组织设计中的机具选择与布置、锅炉大型组件划分以及大件吊装顺序的安排等工作，因此，将BCOCADS软件大体划分为三个主要功能模块，如所示。

　　机具选配与布置模块锅炉大件吊装顺序安排模块受热面组件划分模块BCOCADS的功能规划2.2开发环境考虑到BCOCADS的主要用户为电力安装公司，将本课题所涉及的软件定义为微机型应用软件，以中文Windows95Access97数据库管理系统和Delphi3.0CS作为开发平台，既可以使BCOCADS的操作符合设计人员习惯，又可保证较好的二次开发；性3机具选配与布置的CAD方法3.1施工机具的选配目前国内电建公司在锅炉工地主要使用的吊装机具一般可分为塔吊、履带吊、汽车吊及炉顶吊四类，笔者将这些经常使用的机具型号分类列表，以供给工程技术人员选择（同时也允许用户随时输入新的机具型号）根据用户的要求，BCOCADS将记录下已选配的机具，供以后机具布置及对组件进行起吊能力校核使甩3.2施工机具特性参数表的设计工程技术人员在机具选配布置和组件校核过程中，需要机具的有关资料和参数。为此，在BCOCADS的数据库中添加了施工机具特性参数表，包括了施工机具的工作幅度、起升高度、吊重量行走速度、回转速度、回转幅度等大量参数注意到起吊机具的主臂与水平线呈一定夹角时其起升高度和吊重量随工作幅度而变化，而其行走速度、回转速度、回转范围等参数则不受主臂与水平线的夹角及工作幅度的影响，因此，如采用一张表包括所有的特性参数字段，会造成数据冗余。在BCOCADS的特性参数表设计时，根据施工机具型号的分类添加了数张表用来存储不同类型机具的参数虽然这些表的某些字段可能为空值，但考虑到输入界面的一致性以及工程技术人员使用的习惯，采用了相同的表结构。

　　对于机具的其它特性参数如回转范围、全程变幅时间、变幅工作范锾提升速度、工作时间大风压及非工作时间大风压等也采用了类似的处理方式。

　　3施工机具布置CAD的实现锅炉工地机具布置的主要内容涉及锅炉和机具的关系，BCOCADS设计时用示意图来代表锅炉，对于不同的机具则分别采用不同的图元来表示。技术人员可通过移动图元表示相应机具的布置位置由于应用软件基于WINDOWS平台，锅炉示意图及机具的绘制可通过调用WINDOWSGDI模块中用于绘制各种图形元素的函数实现；代表机具的图元的移动或删除则是利用了WINDOWS绘图方式R2-NOT来实现的4计算机辅助划分锅炉受热面组件的方法4.1水冷壁组件的划分BCOCADS中的辅助划分组件模块不仅提供了组件划分的具体方法，还具有计算所划分组件的重要及校核的功能同时可将水冷壁的有关数据及设计结果存储在数据库中。

　　经对一些电建单位的工程设计实例分析，多数水冷壁的组件划分采用“纵向自然划分”和水冷壁一般以管屏的方式供货/纵向自然划分“是指安装单位按制造厂的供货方式来划分组件，焊接成的水冷壁后，其组件间只存在纵向焊口，没有横向焊口；而”纵横向自然划分“则是指焊接成的完整水冷壁，组件的纵向横向都有焊口。

　　1.1纵向自然划分的技术方案笔者在设计纵向自然划分CAD技术方案时，是将水冷壁上处于同一列的管屏组成一个组合单元（如将图备klnlc1管屏1组成1个单元管屏组成1个单元ekfcr并将相应的重量累加依此类推，可得到b所示的水冷壁共有5个组合单元4.1.2纵横向自然划分的技术方案123456纵横向自然划分的技术方案此方案首先将水冷壁按纵向自然分割线划分为两部分，再将处于同一行的管屏组合为一个组合单元如对所示水冷壁采用纵横自然划分时，可将管屏123组合为一个组件单元，管屏45组合为另一组件单元，这样整个水冷壁可分为6个组合单元，具体方法如所示4.1.3组件重量的求解水冷壁划分后的每个组件都是由一个或几个组合单元组成，因此需要将相应组合单元重量累力口。为计算组件的重量，设计时需将有关水冷壁的数据分为两类，一类为水冷壁“主要管屏”的数据，另一类为水冷壁上其它部件的数据因某些附属部件的重量是否添加到组合单元一般由设计者决定，数据的分类主要是考虑为设计者提供是否将其它部件的重量累加到组件上的选择权为使程序能够正确地计算，要求对序号按一定规则来标注，以便BCOCADS能通过序号确定零部件的位置4. 1.4水冷壁组件的校核水冷壁组件的校核包括对其本身强度校核和起吊设备能力的校核强度校核主要包括对组件、吊耳的剪切及拉伸强度、吊耳及焊缝的剪切强度等项目的校核。为完成此项任务，在BCOCADS的相应模块中设置了计算子程序和荷载数据库起吊能力的校核主要是计算所划分的组件重量是否超出机具的起吊能力。前已述及，当机具的主臂与水平线夹角一定时，机具的吊重随工作幅度而变化所以，校核中需要考虑机具与受热面间的距离，亦即要获得机具和受热面所在位置的数据。一般塔吊的位置在机具布置设计后即可得到，但活动机具的位置却不固定，要由设计者参与选择。为此，设计前应将受热面的位置输入到相应的受热面位置表中。

　　BCOCADS用二维坐标直角系来确定受热面的位置，而该坐标系与机具布置所采用的坐标系是相同的根据输入的有关数据BCOfADS计算出机具与受热面之间的距离，并依此在机具表中查询出机具的吊重；再比较和判断水冷壁组件中的大重量是否超过吊重如组件超重，则要重新组合水冷壁或布置机具的位置。

　　4.1.5划分结果的输出组件划分的结果将被转入数据库中的相应的组合结果表，供技术人员随时调甩组合结果表中包括名称、重量上下位置、左右位置、标识等五个字段。该表的输入可由BCOCADS中的应用程序自动生成，不需人工输入4.2过热器及再热器组件的划分4.2.1组件划分CAD技术的方案经对一些电建的工程设计实例分析，笔者在BCOCADS中提出了对称组合、分散组合、分段组合等几种划分方法，可供技术人员选择4.2.2过热器及再热器数据的输入在进行过热器及再热器的组件划分前，须将过热器及再热器的零部件的数据输入到施工组织设计数据库中。用来存储数据的表的结构中包括序号、名称、单位、数量重量、上下位置左右位置及标识八个字段2.3过热器及再热器组件校核设计及组件划分结果的输出与前述的水冷壁组件校核任务相似，过热器及再热器组件的校核也包括强度校核与起吊能力校核，并将设计结果输入到组件划分结果表，具体过程不再详细讨论5锅炉大件吊装的计算机排序5.1锅炉大件吊装排序的基本方案锅炉周围一般都密布着管路及各种构件，因此，需要根据机具条件、施工要求等经过全面的分析比较后确定一至几个合理的吊装方案下面仅以水冷壁为例，简单说明此问题由于国产大型锅炉的水冷壁都制成管排供应，故宜于工地组合吊装为了适应水冷壁组件的吊装，一般采取炉膛侧开口的安装方式。此外，考虑到锅炉尾部受热面大都为蛇形管，且常采取单装，安装工作量大，周期长，故尾部炉顶应尽早就位因此，电建单位一般采取先竖井后炉膛的吊装顺序。

　　在BCOCADS的技术方案设计时，亦采用了先竖井后炉膛的排序原则，且设定了锅炉炉膛侧开口方式计算机辅助排序过程中，BCOCADS的相应模块可按一定原则安排锅炉大件的吊装顺序，同时将设计结果存储于数据库，以供工程技术人员查询修改2锅炉大件吊装顺序安排的CAD实现为方便排序过程，BCOCADS在设计中将锅炉分为竖井、炉膛竖井与炉膛之间三个区域，并根据对实际施工设计分析和提炼，得出一般排序方法，可提供在上述各区域的吊装排序基本方案在完成锅炉大件吊装的初步排序后，BCOCADS将此设计结果输送到数据库并产生锅炉吊装顺序结果表如果设计者对此排序结果不满意，可直接在吊装顺序表中进行修改。

　　6结语对适用于电力建设部门的锅炉施工组织计算机辅助设计技术进行了初M究，开发了电站锅炉施工组织CAD应用软件（BCOCADS）为检验软件的设计效果，笔者以张家口发电厂扩建工程作为设计实例，应用BCOCADS做出锅炉施工的组织设计。经与工程技术人员完成的手工设计结果比较，采用BCOCADS的设计结果不但完全满足设计要求，大幅度地缩短设计时间，而且由于对施工组织设计中涉及到的大量数据采用了CAD技术进行了合理的处理，可明显减少人为的设计失误研究结果表明：应用此项技术可有效地提高大型设备安装工程的施工组织设计质量，缩短设计周期，BCOCADS可以作为辅助设计人员进行锅炉施工组织设计的智能工具。