基于BIM技术和三维激光扫描技术而形成的大型转炉上烟罩（狭窄空间内）吊装工艺

沈国强，王熹

（中冶宝钢技术服务有限公司，上海200941）

1 引言

某钢厂二炼钢5#250t转炉上部烟罩位于炼钢区域的转炉跨3楼平台上，上部烟罩体积大且重量重，而转炉跨的跨距相对较小，且跨间各个平面都安装有设备或钢结构平台，直接影响到了上烟罩吊装通道。当需要更换上烟罩时，则必须拆除在吊装通道上的设备及钢结构。但拆装的物件是否合理则将严重影响到生产节奏，拆装设备多则可能对其余转炉的影响加大，增加停机时间；而拆除设备或钢结构过少则可能出现上部烟罩起吊后无法通过吊装通道，必须将上部烟罩放归原位后，重新拆除影响到吊装的设备及钢结构后并再次吊装上部烟罩，这对施工及生产的影响更大。正因如此，大型转炉上部烟罩整体更换项目对施工人力及生产调度的要求非常高，立项及施工的风险大，即便上部烟罩出现损伤或故障，都以在线修补为主，离线更换几乎从不进行。

然而，上部烟罩管壁因经过多年烟气及内部循环水冲刷，上部烟罩管壁将越来越薄，故障率也将渐渐加大，因此，必须制定一套行之有效的上部烟罩吊装方案及其余设备的拆装方案，既要保证上部烟罩吊装通道的畅通，也要确保对其余转炉的影响时间降至最低。

2 上烟罩及周围环境简介

某钢厂二炼钢5#250t转炉上部烟罩位于炼钢区域的转炉跨3楼平台上，最大直径为5000mm，最大高度约为8200mm，最大宽度约为8900mm。

而转炉跨吊装环境非常复杂，5#转炉两侧分别是正常生产的4#转炉及6#转炉，且区间还存在较多平台与设备，如图1所示，转炉跨跨间距为10000mm，而氧枪与副枪之间最大的间距则只有4300mm。

图1 上部烟罩立面示意图

3 吊装上烟罩的难点

5#转炉位于二炼钢3台转炉的中间位置，为了吊装更换上烟罩，则必须在3台转炉同时停机的时候（即定修）才能实施，定修时间最长为24h，且吊装上烟罩所使用的行车还需要配合其余设备的吊装，这就不允许由于现场干涉而导致设备无法吊装的情况发生，使得吊装容错率极低，否则将直接影响到定修的时间节点。就是这原因，让业主迟迟无法下定决心实施上烟罩更换项目。

4 基于BIM技术和三维激光扫描技术而形成的大型转炉上烟罩（狭窄空间内）吊装工艺

为了降低吊装过程中错误概率，提高上烟罩吊装更换的施工效率，减少更换上烟罩对定修时间的影响，我们决定运用现在比较流行的BIM技术结合三维激光扫描技术，完全模拟施工现场环境，提前找到吊装通道上的干涉设备及结构，为吊装方案提供更多强有力的技术支撑[1]。

我们首先采用三维激光扫描技术对上烟罩的备件进行逆向建模，再运用SolidWorks和REVIT软件对厂房和周边环境进行建模，然后利用DELMIA和Composer进行虚拟施工，最终将形成avi格式的视频文件。

基于BIM技术和三维激光扫描技术的上烟罩吊装方法流程图如下：

图2 基于BIM技术和三维激光扫描技术的上烟罩吊装方法流程图

基于BIM技术和三维激光扫描技术的上烟罩吊装方法步骤：

①根据所有跨间钢结构及设备的图纸尺寸，利用BIM软件对所有跨间钢结构及设备进行1：1三维建模；再利用BIM软件对所有跨间钢结构及设备进行1：1三维建模前，应复测所有跨间钢结构及设备的现场尺寸，确保它们的现场实际尺寸与图纸一致，上烟罩则采用三维激光扫描技术进行逆向工程；

②装配三维模型：根据现场以及工艺装配图纸要求，将所有跨间钢结构及设备的三维建模进行有效装配，保证它们的装配模型与现场的装配体保持一致；

③复核装配模型尺寸：利用量具测量装配尺寸的总长、总高、总宽以及关键装配尺寸，并将测得的尺寸与现场实际尺寸相比，若装配模型与实际不相符，确定不相符的三维建模，再利用BIM软件对不相符的三维建模重新进行1：1三维建模，然后再装配三维模型，以及复核装配模型尺寸，确保装配模型与实际相符。若装配模型与实际相符，进行后续步骤即可；

④模拟吊装：通过计算机模拟吊装路径，使得上烟罩通过拟定的吊装通道；

⑤检测吊装通道：模拟演示吊装过程，检测吊装通道上是否有设备或钢结构阻碍吊装，若存在设备或结构阻碍吊装通道，则在计算机模拟软件上删除该设备或结构；若吊装通道畅通，则完成吊装通道检测工作，生成最终吊装动画；

⑥确定吊装方案：确保吊装通道畅通后，利用计算机生成一个全过程吊装方案，并保存为视频格式文件。

图3 三维激光扫描上烟罩备件

图4 经处理后形成的上烟罩三维模型图

图5 通过图纸建成的转炉三维模型图

图6 形成的二炼钢转炉区域工艺布置图

图7 进行碰撞检测

图8 检测结果

5 模型及现场模拟

如图3-8。

6 现场实施

完成视频版施工方案并向炼钢厂相关领导做专题汇报后，领导当即决定择机更换上烟罩，并将定修时间确定为24小时。2015年10月，2016年4月以及2017年2月相继完成了二炼钢5#转炉、4#转炉以及6#转炉上烟罩更换工作，吊装通道被打通后，新旧烟罩吊装更换的时间被控制在4小时以内，圆满地解决了上烟罩吊装更换难的问题。

图9 现场吊装画面

7 结论

在大型设备检修施工领域，大件设备的吊装永远占据着主导地位，而现场已经形成的固定的复杂且刁钻的环境则给大件设备吊装提出了非常高的要求，BIM技术和三维激光扫描技术结合起来模拟现场吊装环境，编制三维吊装方案，帮助施工管理人员制定定修及转炉炉修的时间节点，技术人员也可将利用视频格式文件对施工班组进行技术交底，施工中能够减少大量的设备及结构的拆装工作量，从而大大缩短了施工时间，形成了非常可观的经济效益。