一種核電廠重型設備高精度安裝施工工藝優化

仲維光，路宏杰,3，張萌，赫海濤,3

(1.中國核工業二三建設有限公司，北京，101300；2.普達迪泰(天津)智能裝備科技有限公司，天津，300393；3.深圳中核普達測量科技有限公司，廣東深圳，518000)

0 引言

核電廠安裝工程中涉及大量重型設備的高精度定位，為了抵消設備制造和安裝基礎施工中產生誤差的影響，可以通過在安裝基礎和設備支撐之間增加合適尺寸墊板的方式來調節設備的安裝位置。一般情況下，需要設備運輸到施工現場后，通過吊裝手段將其臨時就位至安裝位置，并按照設備的安裝技術要求完整的進行一次預安裝調整，在確認各項參數合格后，使用量具分多次人工量取多組設備支撐與安裝基礎的間距尺寸，作為安裝墊板的加工尺寸。這種方法需要大量的人工參與，容易出現錯誤，且安裝墊板的準確加工尺寸必須在設備到貨后才能確定，重型設備高精度安裝墊板的加工工期較長，加工期間只能停工等待；在加工完成后，還需要移開設備放置安裝墊板，再回裝就位進行正式的設備安裝調整施工，又一次消耗了極大的工期和資源。為了降低消耗，優化施工工期，下面介紹一套施工工藝，先使用三維測量技術分別獲取設備本體關鍵尺寸和安裝基礎位置數據，再利用建模技術進行模擬安裝定位，通過數據計算分析，就能夠提前得出精確的安裝墊板尺寸。

1 設備本體與安裝基礎測量

1.1 測量儀器

要完成關鍵尺寸三維測量工作，可以選用以激光跟蹤儀為核心的精密測量系統，這是一種將自動控制技術、計算機技術和激光技術整合到一起的空間坐標測量系統，通過在大空間中對球棱鏡的實時跟蹤，結合高精度的角度和距離測量功能，可以快速獲取被測點位的三維坐標，距離測量精度能夠達到微米級，儀器配套軟件Spatial Analyzer也具有非常優異的數據分析處理功能[1][2]。

1.2 設備本體關鍵尺寸測量

一般設備安裝的設計要求，都是要保證其安裝后某一項或者多項關鍵部件、部位的位置參數，如圖1中大罐類設備，在安裝后需要保證設備頂部平面的標高、水平度滿足要求，同時要求設備軸線對準到設計安裝位置。由于設備在制造時會產生不可避免的誤差，各個支撐底面相對于設備頂部平面會存在不確定方向的偏轉，距離也各不相同，這種誤差需要使用安裝墊板來抵消，而要準確的計算出安裝墊板厚度尺寸，各個設備支撐底面到頂部平面的距離是關鍵尺寸數據。

下文以圖1中設備為例，進行介紹。設備本體關鍵尺寸的測量，可按以下步驟進行：

(1)設備頂部平面測量：環繞頂部平面，均勻的布置8個測量點，使用球棱鏡采集測量點的坐標數據，按照選用的球棱鏡和配套工裝尺寸，對采集到的測量點坐標進行偏移，偏移時應注意偏移方向，保證偏移后的坐標數據在設備頂部平面內。

(2)設備軸線測量：此設備為十字軸線，可以在每條軸線的兩端各取1個測量點，使用球棱鏡采集坐標數據。

(3)設備支撐底面測量：此設備共有4個支撐，均勻分布在設備底部，由于4個支撐是各自獨立的，可在每個支撐4角及中心各布置1個測量點，每個支撐單獨分組并做好編號，使用球棱鏡采集測量點數據，按照選用的球棱鏡和配套工裝尺寸，對采集到的測量點坐標進行偏移，偏移時應注意偏移方向，保證偏移后的坐標數據在各自平面內。

1.3 安裝基礎位置測量

安裝基礎是設備就位的支撐，尤其是與設備支撐配合接觸面區域的施工質量，是決定設備安裝定位情況的關鍵部位，也是需要進行測量的重點。以圖1中設備為例，與4個設備支撐底面配合的安裝基礎區域，應對應設備支撐底面測量點，在4角和中心各布置1個測量點，每個區域單獨分組并做好編號，先使用施工現場的施工坐標系定位儀器，再使用球棱鏡進行測量點數據采集，按照選用的球棱鏡和配套工裝尺寸，對采集到的測量點坐標進行偏移，偏移時應注意偏移方向，保證偏移后的坐標數據在各自區域的平面內。

圖2 安裝基礎

2 建立數據模型

數據處理可以選用Spatial Analyzer軟件，其優異的數據信息存儲、數據傳輸、數據模型擬合，幾何模型分析功能，可以直觀的展示數據建模和模擬安裝的過程。

圖3 設備本體坐標系

2.1 設備本體數據模型

(1)在軟件中，使用頂部平面的8個點位坐標數據，擬合平面，建立設備頂部平面模型，再將全部軸線測量點垂直投影到該平面，投影后同一軸線上的兩個點位坐標連接，分別建立0°-180°、90°-270°軸線模型。

(2)以兩條軸線的交點為原點，0°方向軸線為X軸，頂部平面為XOY平面，建立設備本體坐標系，完成后激活為當前坐標系，保存文件。

(3)可以查詢每個支撐底面的5個點位坐標到頂部平面的垂直距離，與設計圖紙中距離進行比較，檢查設備的制造質量。

2.2 安裝基礎數據模型

安裝基礎每個與設備支撐底面配合區域的5個點位坐標數據，分別擬合平面，建立支撐配合面模型，完成后做好文件的保存。

3 模擬安裝定位進行尺寸計算

3.1 建立定位基準

如圖4所示，在軟件中打開安裝基礎模型文件，建立設備定位基準坐標系，完成后設置為當前坐標系。按設計圖紙中的設備頂部標高面數據輸入平面模型，作為XOY平面，在該平面中輸入設計圖紙中的設備中心坐標和設備0°軸線，分別作為原點和X軸。

圖4 設備定位基準坐標系

3.2 定位設備模型查詢尺寸數據

確認設備模型文件中當前坐標系為本體坐標系，安裝基礎模型文件中當前坐標系為設備定位基準坐標系，將設備模型文件導入到安裝基礎模型文件中。

查詢每個支撐底面的5個點位坐標到對應安裝基礎配合面的距離，各自形成數據表，每個距離可以代表該位置所需要的墊板厚度尺寸。

4 總結

應用三維測量技術，獲取設備本體關鍵尺寸及安裝基礎位置數據，能夠在軟件中模擬設備的安裝過程，人工操作對結果的干擾較小，數據結果可直觀展示，自動化程度高，一次性可獲取全部墊板尺寸數據。整套工藝運用模擬安裝定位技術替代現場預安裝施工，在消除了二次施工風險，確保施工質量的同時，同樣達到了直觀反饋出設備支撐和安裝基礎間距尺寸的效果，經過精確計算提前獲得墊板厚度尺寸，能夠在設備到貨前完成墊板加工安裝等全部準備工作，設備到貨后一次吊裝就位即可按設計要求完成施工，減少了大量施工等待，單臺設備至少可以優化10天的安裝施工關鍵路徑工期，具有較高的推廣應用價值。