簡(jiǎn)介： 上海市機(jī)械施工公司是從事高層及大型結(jié)構(gòu)吊裝、隧道工程、公路工程、橋梁工程、給排水及污水處理工程、樁基及地下深基礎(chǔ)、地下連續(xù)墻，以及建筑安裝和市政工程總承包的國(guó)有大中型機(jī)械化施工企業(yè)，隸屬于上海建工集團(tuán)。公司現(xiàn)有職工1600余人，其中有職稱的技術(shù)、管理人員300余人，4級(jí)以上技工1000余人，擁有固定資產(chǎn)原值1.46億元，人均技術(shù)裝備6.37萬元，年施工產(chǎn)值4～5億元。
關(guān)鍵字：整體安裝 現(xiàn)場(chǎng)施工
一、 概述
鋼結(jié)構(gòu)安裝是公司的主要業(yè)務(wù)之一。針對(duì)近年來高、重、大、特殊鋼結(jié)構(gòu)的不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)安裝施工工藝與設(shè)備往往難以勝任，公司通過反復(fù)研究與實(shí)踐，采用計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)控制、液壓控制等高新技術(shù)與結(jié)構(gòu)吊裝技術(shù)相結(jié)合，自行開發(fā)了大型結(jié)構(gòu)整體安裝計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，自行研制了大型結(jié)構(gòu)整體安裝計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，完成了一系列重大工程，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同時(shí)也發(fā)展了我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，并使企業(yè)在國(guó)內(nèi)大型、特殊鋼結(jié)構(gòu)施工領(lǐng)域保持了領(lǐng)先地位。
二、 技術(shù)原理
大型結(jié)構(gòu)整體安裝計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的原理是“鋼鉸線承載、計(jì)算機(jī)控制、液壓千斤頂集群作業(yè)”。
1. 液壓千斤頂集群作業(yè)
以液壓千斤頂作為施工作業(yè)的動(dòng)力設(shè)備。由于液壓千斤頂可以靈活布置與組合，可以根據(jù)大型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和施工現(xiàn)場(chǎng)的條件，構(gòu)成受力合理、動(dòng)力足夠的施工作業(yè)系統(tǒng)，因此可以用于各種大型、特殊、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)安裝工程。
根據(jù)各作業(yè)點(diǎn)提升力的要求，將若干液壓千斤頂與液壓閥組、泵站等組合成液壓千斤頂集群，大型結(jié)構(gòu)整體提升時(shí)稱為液壓提升器，大型結(jié)構(gòu)整體移位時(shí)稱為液壓牽引器。一般是1個(gè)作業(yè)點(diǎn)配置1套液壓提升器或牽引器。液壓千斤頂集群在計(jì)算機(jī)控制下同步作業(yè)，使提升或移位過程中大型結(jié)構(gòu)的姿態(tài)平穩(wěn)、負(fù)荷均衡，從而順利安裝到位。
2. 鋼絞線承載
液壓千斤頂通過集束的鋼絞線提升或牽引大型結(jié)構(gòu)。
3. 計(jì)算機(jī)控制
施工作業(yè)由計(jì)算機(jī)通過傳感器和信息傳輸電路進(jìn)行智能化的閉環(huán)控制。
計(jì)算機(jī)控制主要是3項(xiàng)作用，首先是控制液壓千斤頂集群的同步作業(yè)，其次是控制施工偏差，再次是對(duì)整個(gè)作業(yè)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)信息化施工。計(jì)算機(jī)控制具有智能化功能，可以在施工過程中自動(dòng)對(duì)施工系統(tǒng)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，進(jìn)行故障的自動(dòng)檢測(cè)與診斷，并能模仿與代替操作人員的部分工作，提高施工的安全性和自動(dòng)化程度。
三、 控制系統(tǒng)
1. 系統(tǒng)功能
系統(tǒng)的主要作用是以液壓作業(yè)方式進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)的整體提升、整體移位等，并始終保持大型結(jié)構(gòu)的合理姿態(tài)，使施工負(fù)載、穩(wěn)定性、各項(xiàng)參數(shù)和偏差均符合設(shè)計(jì)要求。
控制系統(tǒng)的主要功能有千斤頂集群控制、作業(yè)流程控制、施工偏差控制、負(fù)載均衡控制、操作臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及單點(diǎn)微調(diào)控制等。
2. 系統(tǒng)構(gòu)成
大型結(jié)構(gòu)整體安裝計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由控制和執(zhí)行兩部分組成。
a) 控制部分
控制部分包括計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)和電氣控制子系統(tǒng)�？刂撇糠值暮诵氖怯�(jì)算機(jī)控制，外層是電氣控制。計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)通過電氣子系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)液壓執(zhí)行系統(tǒng)，并通過電氣子系統(tǒng)采集液壓系統(tǒng)狀態(tài)和作業(yè)點(diǎn)工作數(shù)據(jù)，作為控制調(diào)節(jié)的依據(jù)。電氣子系統(tǒng)還要負(fù)責(zé)整個(gè)施工作業(yè)系統(tǒng)的啟動(dòng)、停車、安全聯(lián)鎖，以及供配電管理。
計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)由下列模塊組成：
⑴ 順序控制：進(jìn)行千斤頂集群動(dòng)作控制和施工作業(yè)流程控制。
�、� 偏差控制：進(jìn)行結(jié)構(gòu)姿態(tài)(高度、水平度、垂直度)偏差控制和施工負(fù)載均衡控制。
�、� 操作臺(tái)控制：對(duì)施工作業(yè)進(jìn)行操作和監(jiān)控，并完成工作數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、打印輸出等。
⑷ 自適應(yīng)控制：對(duì)施工作業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行自適應(yīng)控制、故障診斷與檢測(cè)等。
電氣控制子系統(tǒng)由總控臺(tái)、電液控制臺(tái)、總電氣柜、作業(yè)點(diǎn)控制柜、泵站控制箱，以及傳感檢測(cè)電路、液壓驅(qū)動(dòng)電路等組成。
b) 執(zhí)行部分
執(zhí)行部分包括液壓子系統(tǒng)和支承導(dǎo)向子系統(tǒng)。
液壓子系統(tǒng)由下列部分組成：
⑴ 液壓千斤頂集群：布置在各作業(yè)點(diǎn)，根據(jù)作業(yè)點(diǎn)要求，由若干臺(tái)液壓千斤頂、液壓控制閥組構(gòu)成。
�、� 液壓泵站：為液壓千斤頂提供動(dòng)力，一般1個(gè)或幾個(gè)作業(yè)點(diǎn)配置1臺(tái)液壓泵站。
�、� 鋼鉸線：采用高強(qiáng)度低松馳鋼鉸線。
支承導(dǎo)向子系統(tǒng)用于大型結(jié)構(gòu)整體安裝過程中的支承、導(dǎo)向或加固、穩(wěn)定作用，例如整體提升中的提升柱、整體移位中的滑道、導(dǎo)軌，以及結(jié)構(gòu)的臨時(shí)加固設(shè)施等。
3. 系統(tǒng)的性能
a) 作業(yè)能力：施工作業(yè)系統(tǒng)的規(guī)模根據(jù)工程需要確定，通過組合液壓千斤頂集群，作業(yè)能力可滿足超大型工程的需要。已應(yīng)用的工程中最大起重荷載3200噸，最大起重力6600噸，共使用86個(gè)液壓千斤頂。
b) 作業(yè)點(diǎn)數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)配置的系統(tǒng)最多可控制30個(gè)作業(yè)點(diǎn)(一般工程作業(yè)點(diǎn)為4～8個(gè)，迄今為止最大的工程中作業(yè)點(diǎn)為26個(gè))。超過30個(gè)作業(yè)點(diǎn)時(shí)可以增設(shè)額外的控制模塊來擴(kuò)容。
c) 作業(yè)對(duì)象規(guī)模：原則上只受工程結(jié)構(gòu)和施工現(xiàn)場(chǎng)條件限制。已應(yīng)用的工程中，最大結(jié)構(gòu)尺寸為150×90×20米，提升高度29米。
d) 控制策略：可同時(shí)控制作業(yè)對(duì)象的姿態(tài)偏差、速度偏差、壓力(提升力或牽引力)偏差，并可根據(jù)各個(gè)工程的不同特點(diǎn)和要求，確定不同的多因素控制策略。
e) 控制精度：各作業(yè)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)的高度或位移偏差可控制在2～3毫米以內(nèi)。
f) 液壓系統(tǒng)工作方式：液壓千斤頂間歇伸缸和連續(xù)伸缸兩種方式。前者用于垂直提升；后者用于水平牽引，優(yōu)點(diǎn)是作業(yè)穩(wěn)定性好、作業(yè)速度快，但是液壓千斤頂?shù)呐渲脭?shù)量較大。
g) 操作方式：具有自動(dòng)作業(yè)、半自動(dòng)作業(yè)、單點(diǎn)調(diào)整、手動(dòng)作業(yè)等多種操作方式。
h) 可靠性、適應(yīng)性：可以承受一般建筑施工現(xiàn)場(chǎng)的露天日曬、小雨、5級(jí)風(fēng)、連續(xù)作業(yè)、電磁干擾、電網(wǎng)波動(dòng)等工況。
四、 應(yīng)用實(shí)例與效益
1. 東方航空公司雙機(jī)位機(jī)庫3200噸鋼屋蓋整體提升工程
鋼屋蓋網(wǎng)架的跨度150米，縱深90米，高18米，重量3200噸。采用“地面拼裝、整體提升”的施工工藝，即在地面上將網(wǎng)架拼裝好，然后整體提升到25高的砼柱頂上。不設(shè)臨時(shí)的提升承載柱，利用機(jī)庫26根永久結(jié)構(gòu)柱的柱頂，設(shè)置液壓千斤頂集群進(jìn)行提升。由于機(jī)庫東、西、北三面有柱，南面無柱，屋蓋南端總量又占總重量三分之二，因此提升點(diǎn)分布和負(fù)載分布極不均勻，對(duì)網(wǎng)架變形控制和結(jié)構(gòu)柱承載控制很不利，提升控制難度很大
1996年6月下旬，經(jīng)過4天共32小時(shí)的提升作業(yè)，將3200噸的鋼屋蓋網(wǎng)架從地面整體提升25米，順利完成安裝工程。
在提升過程中做到了：⑴ 各吊點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)的高度差不超過5毫米，確保了網(wǎng)架的變形小于設(shè)計(jì)限定值；⑵ 各吊點(diǎn)動(dòng)載始終保持均衡(靜載懸殊達(dá)20倍)，確保了被用作提升承載柱的機(jī)庫結(jié)構(gòu)柱的荷載安全值；⑶ 屋架定位偏差小于2毫米，施工質(zhì)量?jī)?yōu)良。
該工程節(jié)約施工費(fèi)用710萬元，并且創(chuàng)造了兩項(xiàng)國(guó)內(nèi)記錄：⑴ 一次提升跨度最大：150米；⑵ 超大型屋蓋整體提升不設(shè)輔助的提升承載柱。
2. 浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓鋼屋蓋區(qū)段整體移位施工
鋼屋蓋為連續(xù)三跨，跨度分別為80、42和48米，長(zhǎng)度為412米，高30～39米，總重1.6萬余噸。在鋼屋蓋安裝之前，航站樓的現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)已先期完成，因而起重機(jī)無法進(jìn)入跨內(nèi)施工，難以用常規(guī)方法吊裝，故采用“屋架節(jié)間地面拼裝、柱梁屋蓋跨端組合，區(qū)段整體縱向移位”的施工方案，即在地面拼裝屋架，再將屋架和柱、梁等吊到砼結(jié)構(gòu)樓面的邊端組合成屋蓋區(qū)段，然后應(yīng)用本系統(tǒng)將區(qū)段向樓面中央水平移位到安裝位置。
1998年2-8月鋼屋蓋安裝完成，其中鋼屋蓋區(qū)段移位14次(每次距離50-200m，重量1200-1400噸)，累計(jì)移位重量2萬余噸，累計(jì)移位距離2200m，累計(jì)移位時(shí)間400小時(shí)。
在牽引過程中做到了：⑴ 屋蓋滑移速度控制良好，加速度值小于設(shè)計(jì)限定值；⑵ 各牽引點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)的位移差不超過10毫米，確保了屋蓋滑移中的正確姿態(tài)，杜絕了“卡軌”可能性。
由于采用以屋蓋水平滑移為主要特點(diǎn)的新工藝，鋼屋蓋的安裝工程節(jié)約了建設(shè)投資1000萬元。
3. 南陽鴨河口電廠干煤棚網(wǎng)架整體展開提升工程
網(wǎng)架橫向跨度108米、縱向深度90米，高度約39米，重量505噸，提升高度約29米。該網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分為鉸接的5塊，地面拼裝后呈折疊狀，通過整體提升，使它展開為無柱拱形網(wǎng)架。這種結(jié)構(gòu)與施工方法在國(guó)內(nèi)尚無先例，是一項(xiàng)重大創(chuàng)新。它首先由設(shè)計(jì)單位提出，得到業(yè)主和施工總包單位的支持，并由我公司采用本系統(tǒng)予以實(shí)施。2001年5～6月經(jīng)過5天共40小時(shí)的提升，順利地將網(wǎng)架提升到位。提升過程中各提升點(diǎn)高度差控制在3毫米以內(nèi)，施工偏差控制和安裝定位質(zhì)量均符合設(shè)計(jì)要求，在國(guó)內(nèi)空間結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)有效大影響。
