提高电站水力机械管路安装质量和效率的有效措施

阿得荣

（中国水利水电第六工程局有限公司，辽宁 沈阳 110179）

1 概述

荒沟抽水蓄能电站机电安装工程水力机械管路主要包括技术供水管路、机组检修排水管路、渗漏排水管路、中低压气管路、透平油管路、水力量测管路、消防管路、空调管路、生活给排水管路等，上述所有管路均采用不锈钢无缝钢管，管路从Ф 6到Ф 508约有20余种规格和型号，管路总长度约21 km，管路中介质工作压力在0.2~10.8 MPa范围内。

2 施工过程中存在的困难

结合蓄能电站固有的特点，水力机械管路施工过程中存在的困难主要有5个方面，①由于地下厂房空间紧凑、管路多且复杂、光平面设计不够直观；②设备和图纸来源较多，很多部位设计与厂家图纸很难对接好；③管路预埋多明装少，在预埋期间管路安装和土建施工相互干扰很大，影响总体施工进度；④埋管一旦出现漏埋、错埋现象，后期处理难度极大；⑤水头高、管路工作压力大，对管路的焊接标准要求高。

3 施工过程中采取的措施

荒沟抽水蓄能电站针对上述水力机械管路安装过程中存在的困难，为提高管路安装质量和工作效率，主要采取以下措施：

（1）应用BIM技术进行优化设计，首先根据管路设计平面图及土建混凝土分层分块图采用BIM技术将管路进行三维设计，其三维效果见图1。通过三维设计就可以检查管路是否存在互相碰撞的现象，早发现早解决，且能让技术人员很直观的熟悉图纸，同时也能避免施工过程中出现漏埋、错埋等现象。

图1 BIM三维建模效果

（2）管路三维预装，是根据设计和厂家的水力机械辅助设备系统图纸对水力机械辅助设备及管路在校正的厂房模型里进行三维预装，预装工作主要包括预埋管路、辅助设备和明管路三维预装及预装出图，效果见图2，分别介绍如下。

1）预埋管路三维预装。是在厂房建模项目中进行，所有管路都是以厂房建模基准线来定位，绘制时首先选择管路系统名称、管路型号，而后确定管路起点高程和位置、拐点高程和位置以及终点高程和位置，管路绘制完成后在属性表中完善管路的编号和管路的名称，从而完成管路在项目中唯一性的标识，方便材料的统计，预装过程要遵循以下原则。

①在管路预装过程中参考设备厂家图纸和设计院图纸，对有矛盾的地方及时沟通处理，设计和厂家的分界为机墩内的管路以厂家图纸为准，其余部位以设计为准，共有和对接部分以设计图纸为准，厂家图纸只是确定连接方式，二期混凝土内的管路以厂家图纸为准。

②在预装阶段有时会出现由于管件放置空间不足无法生成管路连接的情况，此时首先检查载入项目的管件（三通、弯头、变径、异径三通、30°弯头、45°弯头）是否与到货规格相符，如无不同，与相关方沟通，更换附件或者调整管路，方案确定后再做处理，本电站预埋管路基本都是适当调整预装管路位置，只是确保预埋管路出口位置准确即可。

③各系统预埋管路预装完成后，进行管路碰撞检查时，对发生碰撞的位置进行设计图纸比对，发现是图纸问题及时沟通，提前处理，若是绘制问题及时修改，确保管路之间不发生碰撞，而后调整厂房透视度到最低，检查管路部位混凝土外观，确保外观除管路出口位置外，其余位置无管路露出，如有及时检查原因，沟通解决，最后重点关注空间小，管路多或管路大的位置，比如尾支洞、球阀层以下、母线洞底板、开关站等部位，本电站机组技术供水取水管（DN500不锈钢无缝钢管）取水位置在尾支管上，该部位开挖时未充分考虑取水管弯头变径尺寸，在预装时发现了问题，及时进行了处理，并有效的解决了问题。

2）明装设备和管路三维预装。明装设备和管路的预装也是在厂房建模项目中进行，所有设备均以厂房建模基准线为准进行定位，设备预装完成后利用视图属性中的剖切框，检查设备与墙体是否有冲突，确保设备的安装空间足够，然后以设备为基准安装管路和附件。明装水力机械辅助系统主要包括设备、管件、管路及支吊架，明装设备与管路三维预装前，根据设备、管件、管路和支吊架等尺寸进行族建模，其中设备的建模以设备所在项目高程为族模型中的基准高程，设备的尺寸根据到货设备的说明书和图纸确定，重点控制设备进出口距离基准高程的尺寸、进出口的方位和进出口相对设备中心的尺寸，从而最大限度的减少设备尺寸误差对管路预制尺寸造成的影响，由于机墩内与主机厂家的设备连接的管路已由厂家提前制作安装，因此设备建模未涉及机墩内主机设备。对于管件、管路和支吊架的尺寸按供货规格清单进行确定，建立族系统，方便三维预装。预装要遵循以下原则。

①设备的基础和固定方式要在预装中体现。

②管路与管件和设备的连接由系统自动生成，不能强行连接，即与不同管路自动连接后管件或设备的颜色会自动变成管路系统的颜色。

③机墩周围的管路和设备要参考主机厂家的图纸，对连接方式要有明确的显示，便于预制件的预制。

④由于抽蓄电站底环属于预埋件，因此需对主机设备中的底环进行建模预装。

⑤由于管件尺寸的问题造成的无法自动生成连接时，先检查管件尺寸是否与供货管件相符，如不冲突，在不影响功能的前提下适当调整管件安装位置，并做好记录。

⑥明装设备及管路支架的安装根据设计要求和厂房模型空间布置进行安装，确保美观实用。

⑦明装设备和管路预装完成后，分部位进行检查，在设计、监理和业主都满意后最终定型。

3）三维预装出图。目的是将三维预制图导入管路工厂化智能预制设备系统内，利用机械智能化的管路预制工厂对分解的三维模型图纸尺寸进行精准预制，三维管路出图的质量直接关系到BIM技术与管路预制技术的结合程度，出图要注意以下要求：

①对预装成果进行分解，按照施工部位出安装图，确保水力机械辅助系统出图的完整性。

②根据系统类型分解施工部位安装图，出该部位同类型系统组装图。

③根据复杂程度分解该部位同类型系统组装图，出构件预制图。

图2 左为三维预装效果，右为管件制作图

（3）管路工厂化智能化预制，是利用三维预装成果对三维模型进行分解出三维制作图纸，然后将三维预制图导入管路工厂化智能预制设备系统内利用集成式智能管路预制系统和智能焊接机器人进行精准预制，这样管路预制为现场管路安装减少了施工难度并加快了施工进度，并能在实际施工中完整实现三维预装的效果。

1）管路工厂化预制系统布置。预制工厂尺寸为42 m×18 m×10 m（长×宽×高），预制设备主要包括带锯床、上料辊道、管道定长装置、RGV小车、坡口机、带锯床输送辊道、多功能快速组对机、自动打底填充盖面焊接系统，工厂布置及设备见图3。

图3 左为管路工厂化预制系统布置图，右为预制设备

2）管路预制工序、工艺流程，精确预制是在BIM技术指导下进行，主要工序包括精确下料、坡口加工、组对、智能焊接，四道预制工序的现场实际操作见图4。

图4 管路预制四道主要工序

3）管路预制效果，这里主要介绍智能焊接和现场安装效果。智能焊接最大的优点是单面焊接、双面成型、焊接质量高，就是在管子外口焊接，管内焊缝也能够成型良好（效果见图5），无焊瘤、焊渣等明显缺陷。预埋管路安装按照设计图纸和三维分仓分块图进行交底，使用BIM技术将该仓内预埋管路从三维分仓分块图内单独剖切出来指导现场安装，让作业人员对仓面内的管路数量、型号、走向和出口的方位高程等有直观的概念，对运至现场预制完成的管路进行熟悉并扫描管路部件信息二维码，安装时先按照管路的方位、高程（均以现场主机安装中心方位和高程为基准）制作预埋管路支架，然后将预制好的管路按高程点做标进行摆放。明装水力机械辅助系统设备和管件现场安装流程为：①现场放线→②设备安装→③按照三维图安装阀门和预制管路（带密封垫）→④安装管路支架和阀门支座→⑤根据现场实际情况配置在预制图上标明的现场配置部分→⑥现场配置的管路焊接（根据情况选择自动焊接或人工焊接）→⑦安装表计→⑧防腐刷漆，实际安装与三维预制效果见图6。

图5 管路焊缝单面焊接、双面成型效果

图6 实际安装与三维预制效果

4 结束语

实践证明基于BIM技术和智能化制作技术在荒沟抽水蓄能电站的探索和应用有效的解决了水力机械辅助系统设备及管路在电站建设各阶段出现的问题，实现了抽水蓄能电站水力机械辅助系统数字化、信息化和智能化施工，为日后三维技术在工程施工阶段全面应用、三维技术与三维打印技术结合应用摸索出一条可行之路，并为建立以电站为单位的成套管路定制为目的的集成化管路智能制作工厂积累宝贵经验。真正做到将BIM技术和智能化制作技术应用到水电站机电安装专业的生产一线，转化为施工企业提质增效、转型升级的强大助力。