彭兵

（中国水利水电第七工程局有限公司机电安装分局，四川 彭山 620800）

1 概述

水电站管路配装受施工环境、施工方法、水工建筑交叉作业等因素限制，管路配装工作多数是将管路、管件等运至现场进行切割、配装及焊接作业。特别是混凝土仓号内的预埋管路，管路种类多，布置范围广，作业人员根据现场情况及施工蓝图进行管路分解，分段；成品管路运输至现场，根据分解长度使用手持砂轮机切割，并打磨管口加工坡口，然后使用人力搬运并进行对缝安装，管路配装后焊缝位置多样，焊接设备移动频繁，施工时段长，施工难度大，作业人员劳动强度高，现场焊缝质量优良率低、外观成形不美观，其施工方法大同小异，无明显改进，已不能满足水电工程建设对管路安装、焊接的高标准和严格控制要求。

针对水电站管路现场装配问题，近年来，国内水电站管路施工过程中，将部分管路在临时场地进行分段预制，利用管路切割机及坡口机进行管路加工制作，一定程度上提高了现场管路配装的施工效率。由于管路安装工程量大，临时场地管路预制方法无创新，管路预制进度慢，未能实现管路装配数字化，管路预制自动化。

2 技术发展背景

近年来，国家提倡工程建设数字化、信息化、智能化。管路工厂化预制技术及管路装配数字化技术已在化工行业应用成熟，管路设计分段完成后，全部由软件控制系统配合加工生产线自动完成管路下料、加工、对装、焊接作业。管路系统按照“零件”现场组装，管路安装效率极高。我国石油、石化及冶金建设行业等的管道切割、坡口加工、组对及焊接已全部自动化，在上海化工园区，中石化三、五、十公司，以及上海工业设备安装公司等施工单位均采用锯床、车床、机器人进行管路加工焊接。因此，水电站管路安装范围大、系统烦琐、管路结构及走向形式多样，且材质基本全是不锈钢，无法将化工行业技术照搬，因此用于水电站管路预制及数字化装配技术是十分迫切必要的。

3 技术发展的方向

（1）管路预制化装配式施工技术可采用数字化分解分段的新方法，代替传统作业人员查看二维施工蓝图现场计算、现场配割、管路走向人工分析规划等施工工艺，实现管路分段唯一编号，零件装配化。（2）根据施工部位、混凝土分仓结构及现场运输条件将管路进行单元分段，将二维施工蓝图转化为三维模型，对应位置管路，分解为若干单件图，改变水电站现有根据二维施工布置图现场进行分解施工的方式，提高施工效率，节省材料投入。根据管路、管件预制化装配式分解系统，可由以下步骤构成：三维模型建立—智能编辑—ISO预制管段生成及编辑—ISO图分图优化—ISO预制管段图生成—材料表加成—预制管段加工生产。（3）管路预制化装配式施工技术突破了水电站管路现场制作配装的传统施工方法限制，利用预制化装配施工技术现场可直接进行“搭积木”式安装的方法，大幅提高现场管路装配施工效率，降低安装人员专业化程度要求，减少作业人员投入。（4）利用管路预制化装配式施工技术对管路自动化下料、坡口加工、焊接的装置，改变水电站辅机不锈钢管路只能人工下料切割、坡口加工、组对及焊接的方式，提高管路制作效率及焊缝外观质量。

4 实施技术应用

4.1 管路预制化装配式分解应用

针对机组混凝土预埋管路人工现场分解配装传统方式，面对现场施工条件差、现场管路配装耗时长、工作量大，工作强度高，且容易出现人工分解错误造成返工现象。预制及数字化装配系统的应用，建立各类管件底层数据库，建立三维模型，根据混凝土分层分仓进行管路智能分层，分层后依据管路走向及结构进行二次管段优化，形成管段单件图，并附带物料表，实现管路智能分解分段。参见图1。

图1 管路分解三维及数字图例

4.2 预制化装配式管路系统自动化下料、坡口加工、组对、焊接技术

针对水电站管路现场切割手段有限，使用手持砂轮机切割后，管口毛刺较多、参差不齐、管路长短不一、变形大、效率低等问题，研究使用一套管路自动定长下料设备，保证切口整齐、无变形的工艺；现场管路坡口加工设备有限，效率低，运用管路自动加工各型坡口的设备，保证坡口加工质量的工艺；管路焊缝外观质量及焊接人员技术水平要求高，运用管路自动焊接设备，保证管路单面焊双面成型，焊缝外观美观，提高探伤合格率的工艺。预制化装配工厂车间图例如图2。

图2 预制化装配工厂车间图例

5 技术经济指标

（1）水电站管路预制及数字化装配施工技术通过采用三维管路设计软件，改变传统的二维图纸施工方法，创建3D管线模型图或导入3D模型图，模型美观和直观感觉好，能够自动生成所有管路安装施工图及材料报表的三维设计方法。实现实时可视化，实现所见即所得，使设计人员从原来的二维图纸空间的人为想象转变为三维空间的实体模型，减少了配管人员的错误率。通过3D模型进行自动软件拆分和出具工程现场安装图，工人按照安装图施工，快速明了，节省大量的时间，以提升效率。实现管路三维模型智能分解分段，与常规人力分析现场配割，效率提升至少50%以上，管路材料损耗量降低至少10%以上，同时减少现场专业技术人员的配置。

（2）水电站管路预制及数字化装配施工技术通过管路下料配割、坡口加工、组对及焊接的自动化设备，提高管路配装机械化利用率，解决人工作业出现的各种质量缺陷，降低焊接作业队人工操作技能的高要求，降低劳动强度，提高管路坡口、焊缝外观质量，使焊缝呈现统一“鱼鳞纹”标准，使焊缝焊后UT探伤一次合格率达到99.9%以上。工厂内管路制作与现场土建施工同步开展，减少传统现场作业的时间占用的土建直线工期，节省现场人力投入，现场安装效率可提升3倍以上。

6 应用前景

水电站管路预制及数字化装配施工技术创新及应用，三维建模智能化进行管路整体系统的分解分段，解决了传统工艺通过人工耗时、耗力的分解方法，降低分解过程中人为因素的影响，提升分解效率。管路预制实现“零件化”装配：（1）管路预制采取工业化施工方法可实现同步异地进行管路的预制施工，管路预制可与土建同步施工，缩短施工总工期；（2）配备管路预制所需的机械装备。在工厂内完成大部分管路的切割、组对、焊接、检验等工作。可以最大限度实现关键工序的机械化、自动化、提高机械设备利用率，有利于提高劳动生产率；（3）便于管路制作的质量管理，质量控制比较容易实现，施工工艺得到保证；（4）管路预制厂作业环境及条件较施工作业面好，可以全天候施工，减少现场高空作业；（5）材料、管件、耗材集中管理，便于控制施工成本；（6）管路预制系统机械化及自动化程度高，运行人员少，预制好的管段送往现场各个工作面，在现场只要进行少部分管路连接二次预制或固定口焊接。

7 结语

水电站管路预制及数字化装配施工技术应用是机电安装工程领域的必然发展方向。随着水电站施工领域对管路预制装配施工的重视程度提升，在预制装配技术的发展中，需要建设单位与施工企业共同的努力，为管路预制数字化装配技术的发展创造良好的环境。通过预制数字化装配这一先进的机电安装施工技术运用，能够极大地提高水电站管路工程施工的视野及管路安装技术含量和管理水平，提升行业综合实力，推动水电工程建设行业进行技术革新起到积极的作用，应用前景广阔，从而提高施工质量管理及工程创优建设，值得推广应用。