基于BIM技術(shù)和三維激光掃描技術(shù)而形成的大型轉(zhuǎn)爐上煙罩（狹窄空間內(nèi)）吊裝工藝

沈國強(qiáng)，王熹

（中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司，上海200941）

1 引言

某鋼廠二煉鋼5#250t轉(zhuǎn)爐上部煙罩位于煉鋼區(qū)域的轉(zhuǎn)爐跨3樓平臺上，上部煙罩體積大且重量重，而轉(zhuǎn)爐跨的跨距相對較小，且跨間各個平面都安裝有設(shè)備或鋼結(jié)構(gòu)平臺，直接影響到了上煙罩吊裝通道。當(dāng)需要更換上煙罩時，則必須拆除在吊裝通道上的設(shè)備及鋼結(jié)構(gòu)。但拆裝的物件是否合理則將嚴(yán)重影響到生產(chǎn)節(jié)奏，拆裝設(shè)備多則可能對其余轉(zhuǎn)爐的影響加大，增加停機(jī)時間；而拆除設(shè)備或鋼結(jié)構(gòu)過少則可能出現(xiàn)上部煙罩起吊后無法通過吊裝通道，必須將上部煙罩放歸原位后，重新拆除影響到吊裝的設(shè)備及鋼結(jié)構(gòu)后并再次吊裝上部煙罩，這對施工及生產(chǎn)的影響更大。正因如此，大型轉(zhuǎn)爐上部煙罩整體更換項目對施工人力及生產(chǎn)調(diào)度的要求非常高，立項及施工的風(fēng)險大，即便上部煙罩出現(xiàn)損傷或故障，都以在線修補(bǔ)為主，離線更換幾乎從不進(jìn)行。

然而，上部煙罩管壁因經(jīng)過多年煙氣及內(nèi)部循環(huán)水沖刷，上部煙罩管壁將越來越薄，故障率也將漸漸加大，因此，必須制定一套行之有效的上部煙罩吊裝方案及其余設(shè)備的拆裝方案，既要保證上部煙罩吊裝通道的暢通，也要確保對其余轉(zhuǎn)爐的影響時間降至最低。

2 上煙罩及周圍環(huán)境簡介

某鋼廠二煉鋼5#250t轉(zhuǎn)爐上部煙罩位于煉鋼區(qū)域的轉(zhuǎn)爐跨3樓平臺上，最大直徑為5000mm，最大高度約為8200mm，最大寬度約為8900mm。

而轉(zhuǎn)爐跨吊裝環(huán)境非常復(fù)雜，5#轉(zhuǎn)爐兩側(cè)分別是正常生產(chǎn)的4#轉(zhuǎn)爐及6#轉(zhuǎn)爐，且區(qū)間還存在較多平臺與設(shè)備，如圖1所示，轉(zhuǎn)爐跨跨間距為10000mm，而氧槍與副槍之間最大的間距則只有4300mm。

圖1 上部煙罩立面示意圖

3 吊裝上煙罩的難點(diǎn)

5#轉(zhuǎn)爐位于二煉鋼3臺轉(zhuǎn)爐的中間位置，為了吊裝更換上煙罩，則必須在3臺轉(zhuǎn)爐同時停機(jī)的時候（即定修）才能實(shí)施，定修時間最長為24h，且吊裝上煙罩所使用的行車還需要配合其余設(shè)備的吊裝，這就不允許由于現(xiàn)場干涉而導(dǎo)致設(shè)備無法吊裝的情況發(fā)生，使得吊裝容錯率極低，否則將直接影響到定修的時間節(jié)點(diǎn)。就是這原因，讓業(yè)主遲遲無法下定決心實(shí)施上煙罩更換項目。

4 基于BIM技術(shù)和三維激光掃描技術(shù)而形成的大型轉(zhuǎn)爐上煙罩（狹窄空間內(nèi)）吊裝工藝

為了降低吊裝過程中錯誤概率，提高上煙罩吊裝更換的施工效率，減少更換上煙罩對定修時間的影響，我們決定運(yùn)用現(xiàn)在比較流行的BIM技術(shù)結(jié)合三維激光掃描技術(shù)，完全模擬施工現(xiàn)場環(huán)境，提前找到吊裝通道上的干涉設(shè)備及結(jié)構(gòu)，為吊裝方案提供更多強(qiáng)有力的技術(shù)支撐[1]。

我們首先采用三維激光掃描技術(shù)對上煙罩的備件進(jìn)行逆向建模，再運(yùn)用SolidWorks和REVIT軟件對廠房和周邊環(huán)境進(jìn)行建模，然后利用DELMIA和Composer進(jìn)行虛擬施工，最終將形成avi格式的視頻文件。

基于BIM技術(shù)和三維激光掃描技術(shù)的上煙罩吊裝方法流程圖如下：

圖2 基于BIM技術(shù)和三維激光掃描技術(shù)的上煙罩吊裝方法流程圖

基于BIM技術(shù)和三維激光掃描技術(shù)的上煙罩吊裝方法步驟：

①根據(jù)所有跨間鋼結(jié)構(gòu)及設(shè)備的圖紙尺寸，利用BIM軟件對所有跨間鋼結(jié)構(gòu)及設(shè)備進(jìn)行1：1三維建模；再利用BIM軟件對所有跨間鋼結(jié)構(gòu)及設(shè)備進(jìn)行1：1三維建模前，應(yīng)復(fù)測所有跨間鋼結(jié)構(gòu)及設(shè)備的現(xiàn)場尺寸，確保它們的現(xiàn)場實(shí)際尺寸與圖紙一致，上煙罩則采用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行逆向工程；

②裝配三維模型：根據(jù)現(xiàn)場以及工藝裝配圖紙要求，將所有跨間鋼結(jié)構(gòu)及設(shè)備的三維建模進(jìn)行有效裝配，保證它們的裝配模型與現(xiàn)場的裝配體保持一致；

③復(fù)核裝配模型尺寸：利用量具測量裝配尺寸的總長、總高、總寬以及關(guān)鍵裝配尺寸，并將測得的尺寸與現(xiàn)場實(shí)際尺寸相比，若裝配模型與實(shí)際不相符，確定不相符的三維建模，再利用BIM軟件對不相符的三維建模重新進(jìn)行1：1三維建模，然后再裝配三維模型，以及復(fù)核裝配模型尺寸，確保裝配模型與實(shí)際相符。若裝配模型與實(shí)際相符，進(jìn)行后續(xù)步驟即可；

④模擬吊裝：通過計算機(jī)模擬吊裝路徑，使得上煙罩通過擬定的吊裝通道；

⑤檢測吊裝通道：模擬演示吊裝過程，檢測吊裝通道上是否有設(shè)備或鋼結(jié)構(gòu)阻礙吊裝，若存在設(shè)備或結(jié)構(gòu)阻礙吊裝通道，則在計算機(jī)模擬軟件上刪除該設(shè)備或結(jié)構(gòu)；若吊裝通道暢通，則完成吊裝通道檢測工作，生成最終吊裝動畫；

⑥確定吊裝方案：確保吊裝通道暢通后，利用計算機(jī)生成一個全過程吊裝方案，并保存為視頻格式文件。

圖3 三維激光掃描上煙罩備件

圖4 經(jīng)處理后形成的上煙罩三維模型圖

圖5 通過圖紙建成的轉(zhuǎn)爐三維模型圖

圖6 形成的二煉鋼轉(zhuǎn)爐區(qū)域工藝布置圖

圖7 進(jìn)行碰撞檢測

圖8 檢測結(jié)果

5 模型及現(xiàn)場模擬

如圖3-8。

6 現(xiàn)場實(shí)施

完成視頻版施工方案并向煉鋼廠相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)做專題匯報后，領(lǐng)導(dǎo)當(dāng)即決定擇機(jī)更換上煙罩，并將定修時間確定為24小時。2015年10月，2016年4月以及2017年2月相繼完成了二煉鋼5#轉(zhuǎn)爐、4#轉(zhuǎn)爐以及6#轉(zhuǎn)爐上煙罩更換工作，吊裝通道被打通后，新舊煙罩吊裝更換的時間被控制在4小時以內(nèi)，圓滿地解決了上煙罩吊裝更換難的問題。

圖9 現(xiàn)場吊裝畫面

7 結(jié)論

在大型設(shè)備檢修施工領(lǐng)域，大件設(shè)備的吊裝永遠(yuǎn)占據(jù)著主導(dǎo)地位，而現(xiàn)場已經(jīng)形成的固定的復(fù)雜且刁鉆的環(huán)境則給大件設(shè)備吊裝提出了非常高的要求，BIM技術(shù)和三維激光掃描技術(shù)結(jié)合起來模擬現(xiàn)場吊裝環(huán)境，編制三維吊裝方案，幫助施工管理人員制定定修及轉(zhuǎn)爐爐修的時間節(jié)點(diǎn)，技術(shù)人員也可將利用視頻格式文件對施工班組進(jìn)行技術(shù)交底，施工中能夠減少大量的設(shè)備及結(jié)構(gòu)的拆裝工作量，從而大大縮短了施工時間，形成了非常可觀的經(jīng)濟(jì)效益。