大型結構整體安裝計算機控制技術論文

　　摘要：上海市機械施工公司是從事高層及大型結構吊裝、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、地下連續墻，以及建筑安裝和市政工程總承包的國有大中型機械化施工企業，隸屬于上海建工集團。公司現有職工1600余人，其中有職稱的技術、管理人員300余人，4級以上技工1000余人，擁有固定資產原值1.46億元，人均技術裝備6.37萬元，年施工產值4～5億元。

　　關鍵詞：整體安裝 現場施工

　　一、 概述

　　鋼結構安裝是公司的主要業務之一。針對近年來高、重、大、特殊鋼結構的不斷涌現，傳統的結構安裝施工工藝與設備往往難以勝任，公司通過反復研究與實踐，采用計算機、信息處理、自動控制、液壓控制等高新技術與結構吊裝技術相結合，自行開發了大型結構整體安裝計算機控制技術，自行研制了大型結構整體安裝計算機控制系統，完成了一系列重大工程，取得較好的經濟效益和社會效益。同時也發展了我國鋼結構施工技術，并使企業在國內大型、特殊鋼結構施工領域保持了領先地位。

　　二、 技術原理

　　大型結構整體安裝計算機控制技術的原理是“鋼鉸線承載、計算機控制、液壓千斤頂集群作業”。

　　1. 液壓千斤頂集群作業

　　以液壓千斤頂作為施工作業的動力設備。由于液壓千斤頂可以靈活布置與組合，可以根據大型結構的特點和施工現場的條件，構成受力合理、動力足夠的施工作業系統，因此可以用于各種大型、特殊、復雜的結構安裝工程。

　　根據各作業點提升力的要求，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，大型結構整體提升時稱為液壓提升器，大型結構整體移位時稱為液壓牽引器。一般是1個作業點配置1套液壓提升器或牽引器。液壓千斤頂集群在計算機控制下同步作業，使提升或移位過程中大型結構的姿態平穩、負荷均衡，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構。

　　3. 計算機控制

　　施工作業由計算機通過傳感器和信息傳輸電路進行智能化的閉環控制。

　　計算機控制主要是3項作用，首先是控制液壓千斤頂集群的同步作業，其次是控制施工偏差，再次是對整個作業進行監控，實現信息化施工。計算機控制具有智能化功能，可以在施工過程中自動對施工系統進行自適應調整，進行故障的自動檢測與診斷，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化程度。

　　三、 控制系統

　　1. 系統功能

　　系統的主要作用是以液壓作業方式進行大型結構的整體提升、整體移位等，并始終保持大型結構的合理姿態，使施工負載、穩定性、各項參數和偏差均符合設計要求。

　　控制系統的主要功能有千斤頂集群控制、作業流程控制、施工偏差控制、負載均衡控制、操作臺實時監控，以及單點微調控制等。

　　2. 系統構成

　　大型結構整體安裝計算機控制系統由控制和執行兩部分組成。

　　a) 控制部分

　　控制部分包括計算機子系統和電氣控制子系統。控制部分的核心是計算機控制，外層是電氣控制。計算機子系統通過電氣子系統驅動液壓執行系統，并通過電氣子系統采集液壓系統狀態和作業點工作數據，作為控制調節的依據。電氣子系統還要負責整個施工作業系統的啟動、停車、安全聯鎖，以及供配電管理。

　　計算機子系統由下列模塊組成：

　�、� 順序控制：進行千斤頂集群動作控制和施工作業流程控制。

　�、� 偏差控制：進行結構姿態(高度、水平度、垂直度)偏差控制和施工負載均衡控制。

　�、� 操作臺控制：對施工作業進行操作和監控，并完成工作數據的采集、存儲、打印輸出等。

　�、� 自適應控制：對施工作業系統進行自適應控制、故障診斷與檢測等。

　　電氣控制子系統由總控臺、電液控制臺、總電氣柜、作業點控制柜、泵站控制箱，以及傳感檢測電路、液壓驅動電路等組成。

　　b) 執行部分

　　執行部分包括液壓子系統和支承導向子系統。

　　液壓子系統由下列部分組成：

　　⑴ 液壓千斤頂集群：布置在各作業點，根據作業點要求，由若干臺液壓千斤頂、液壓控制閥組構成。

　　⑵ 液壓泵站：為液壓千斤頂提供動力，一般1個或幾個作業點配置1臺液壓泵站。

　�、� 鋼鉸線：采用高強度低松馳鋼鉸線。

　　支承導向子系統用于大型結構整體安裝過程中的支承、導向或加固、穩定作用，例如整體提升中的提升柱、整體移位中的滑道、導軌，以及結構的臨時加固設施等。

　　3. 系統的性能

　　a) 作業能力：施工作業系統的規模根據工程需要確定，通過組合液壓千斤頂集群，作業能力可滿足超大型工程的需要。已應用的工程中最大起重荷載3200噸，最大起重力6600噸，共使用86個液壓千斤頂。

　　b) 作業點數：標準配置的系統最多可控制30個作業點(一般工程作業點為4～8個，迄今為止最大的工程中作業點為26個)。超過30個作業點時可以增設額外的控制模塊來擴容。

　　c) 作業對象規模：原則上只受工程結構和施工現場條件限制。已應用的工程中，最大結構尺寸為150×90×20米，提升高度29米。

　　d) 控制策略：可同時控制作業對象的姿態偏差、速度偏差、壓力(提升力或牽引力)偏差，并可根據各個工程的不同特點和要求，確定不同的多因素控制策略。

　　e) 控制精度：各作業點與基準點的高度或位移偏差可控制在2～3毫米以內。

　　f) 液壓系統工作方式：液壓千斤頂間歇伸缸和連續伸缸兩種方式。前者用于垂直提升；后者用于水平牽引，優點是作業穩定性好、作業速度快，但是液壓千斤頂的配置數量較大。

　　g) 操作方式：具有自動作業、半自動作業、單點調整、手動作業等多種操作方式。

　　h) 可靠性、適應性：可以承受一般建筑施工現場的露天日曬、小雨、5級風、連續作業、電磁干擾、電網波動等工況。

　　四、 應用實例與效益

　　1. 東方航空公司雙機位機庫3200噸鋼屋蓋整體提升工程

　　鋼屋蓋網架的跨度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，即在地面上將網架拼裝好，然后整體提升到25高的砼柱頂上。不設臨時的提升承載柱，利用機庫26根永久結構柱的柱頂，設置液壓千斤頂集群進行提升。由于機庫東、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，因此提升點分布和負載分布極不均勻，對網架變形控制和結構柱承載控制很不利，提升控制難度很大

　　1996年6月下旬，經過4天共32小時的提升作業，將3200噸的鋼屋蓋網架從地面整體提升25米，順利完成安裝工程。

　　在提升過程中做到了：⑴ 各吊點與基準點的高度差不超過5毫米，確保了網架的變形小于設計限定值；⑵ 各吊點動載始終保持均衡(靜載懸殊達20倍)，確保了被用作提升承載柱的機庫結構柱的荷載安全值；⑶ 屋架定位偏差小于2毫米，施工質量優良。

　　該工程節約施工費用710萬元，并且創造了兩項國內記錄：⑴ 一次提升跨度最大：150米；⑵ 超大型屋蓋整體提升不設輔助的提升承載柱。

　　2. 浦東國際機場航站樓鋼屋蓋區段整體移位施工

　　鋼屋蓋為連續三跨，跨度分別為80、42和48米，長度為412米，高30～39米，總重1.6萬余噸。在鋼屋蓋安裝之前，航站樓的現澆混凝土框架結構已先期完成，因而起重機無法進入跨內施工，難以用常規方法吊裝，故采用“屋架節間地面拼裝、柱梁屋蓋跨端組合，區段整體縱向移位”的施工方案，即在地面拼裝屋架，再將屋架和柱、梁等吊到砼結構樓面的邊端組合成屋蓋區段，然后應用本系統將區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，其中鋼屋蓋區段移位14次(每次距離50-200m，重量1200-1400噸)，累計移位重量2萬余噸，累計移位距離2200m，累計移位時間400小時。

　　在牽引過程中做到了：⑴ 屋蓋滑移速度控制良好，加速度值小于設計限定值；⑵ 各牽引點與基準點的位移差不超過10毫米，確保了屋蓋滑移中的正確姿態，杜絕了“卡軌”可能性。

　　由于采用以屋蓋水平滑移為主要特點的新工藝，鋼屋蓋的安裝工程節約了建設投資1000萬元。

　　3. 南陽鴨河口電廠干煤棚網架整體展開提升工程

　　網架橫向跨度108米、縱向深度90米，高度約39米，重量505噸，提升高度約29米。該網架結構分為鉸接的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架。這種結構與施工方法在國內尚無先例，是一項重大創新。它首先由設計單位提出，得到業主和施工總包單位的支持，并由我公司采用本系統予以實施。2001年5～6月經過5天共40小時的提升，順利地將網架提升到位。提升過程中各提升點高度差控制在3毫米以內，施工偏差控制和安裝定位質量均符合設計要求，在國內空間結構和鋼結構行業有效大影響。

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