大體積螺旋造型電氣設(shè)備安裝方案設(shè)計(jì)及應(yīng)用

鄭 波 蒯袁林

（合肥探奧自動(dòng)化有限公司，安徽 合肥 230000）

0 引言

本大型展品作為某科技館的標(biāo)志性展品，靈感來(lái)源于戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的偉大詩(shī)人屈原的長(zhǎng)詩(shī)《天問(wèn)》，由合肥探奧自動(dòng)化有限公司設(shè)計(jì)安裝。其整體造型為螺旋上升的倒圓錐體，高13.6 m，最大半徑8.6 m，重約15 t，由173.5 m的螺旋軌道組成。中部為方形鋼架支撐，原設(shè)計(jì)為鋼管軌道，由1 800根燈管并列盤(pán)旋組成演示主體，可變換多種顏色，寓意展現(xiàn)中華民族對(duì)自然和宇宙的強(qiáng)大求知精神。

1 承重設(shè)計(jì)

該展品螺旋軌道總長(zhǎng)度173.5 m，成型高度13.6 m，到中心立柱最大半徑8.6 m。因造型復(fù)雜，無(wú)法用鋼管彎制。為保證軌道造型和原設(shè)計(jì)造型貼合且能承受燈管組件的重量，改為采用PVC軟管彎制成螺旋造型，在PVC軟管上帶膠纏繞碳纖維的方式來(lái)制作。

2 PVC軟管造型

2.1 PVC軟管造型原則

由于軌道造型為空間無(wú)規(guī)則螺旋造型，為保證造型的準(zhǔn)確美觀，采用“分段擬合法”，即將螺旋軌道以0.5 m的長(zhǎng)度進(jìn)行分段，共分為347段349個(gè)端點(diǎn)，計(jì)算出各點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)，制作時(shí)PVC軟管造型只需按照順序依次找出各點(diǎn)的三維坐標(biāo)即可，如圖1所示。

圖1 螺旋軌道分段示意圖

2.2 坐標(biāo)系的建立及活動(dòng)坐標(biāo)儀的安裝使用

（1）制作PVC軟管造型需要找到分端點(diǎn)的三維坐標(biāo)，在空間測(cè)量三個(gè)數(shù)值（X，Y，Z）操作比較困難且無(wú)法精準(zhǔn)地找到分端點(diǎn)?，F(xiàn)采用極坐標(biāo)方法，設(shè)立柱的中心為原點(diǎn)（0，0），如圖2所示；底座的下端為Z向零點(diǎn)，如圖3所示；將分端點(diǎn)的（X，Y）坐標(biāo)投影到平面XY上，轉(zhuǎn)化為到圓心距離和角度之間的關(guān)系，如圖4所示。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)位置示意圖

圖3 底座結(jié)構(gòu)

圖4 三維坐標(biāo)系

（2）立柱圍板安裝在較高高空，安裝人員操作時(shí)必須按要求穿好安全帶并相互檢查，戴好安全帽并互相檢查。

（3）現(xiàn)場(chǎng)有高空作業(yè)車(chē)兩臺(tái)：1）剪叉式升降平臺(tái)SJY0.3-18型，起升高度18 m，作業(yè)高度20 m，最大載荷300 kg，電動(dòng)液壓升降，如圖5所示；2）曲臂式升降車(chē)GKT-15型，起升高度13.5 m，作業(yè)高度15 m，最大載荷200 kg，電動(dòng)液壓升降，如圖6所示。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境選用不同型號(hào)的高空作業(yè)車(chē)，若同時(shí)使用需分清主次，做好配合。

圖5 剪叉式升降平臺(tái)SJY0.3-18型

圖6 曲臂式升降車(chē)GKT-15型

（4）高空作業(yè)車(chē)使用方法及注意事項(xiàng)：

1）每次使用時(shí)，要認(rèn)真檢查液壓、電氣系統(tǒng)，確保無(wú)滲漏或線路無(wú)松動(dòng)方可使用。

2）平臺(tái)使用時(shí)，支腿應(yīng)牢固地支撐在堅(jiān)實(shí)的地面上，必要時(shí)可使用枕木，將平臺(tái)調(diào)至水平（目測(cè)即可）。

3）長(zhǎng)期不使用的平臺(tái)，使用時(shí)空運(yùn)行1～3次后方可加載作業(yè)。

4）載荷中心應(yīng)處于工作臺(tái)面的中心位置。

5）工作臺(tái)護(hù)欄的活動(dòng)門(mén)關(guān)牢鎖緊后方可作業(yè)。

6）該設(shè)備由專人負(fù)責(zé)操作、維護(hù)且每步操作時(shí)均需告知參與人員下一步的使用動(dòng)作。

7）平臺(tái)工作時(shí)，工作平臺(tái)應(yīng)保持水平。

8）平臺(tái)升降時(shí)，嚴(yán)禁人員攀爬，嚴(yán)禁無(wú)關(guān)人員靠近、觸摸操作。

9）支腿未撐緊不得作業(yè)，平臺(tái)升起后不得移動(dòng)。

10）平臺(tái)使用過(guò)程中嚴(yán)禁超載、超高，升降過(guò)程中貨物不得移動(dòng)。

11）剪叉式升降平臺(tái)，使用時(shí)需系上安全風(fēng)繩，懸停操作時(shí)風(fēng)繩與固定點(diǎn)連接牢固。

12）定時(shí)檢查各構(gòu)件，如遇突發(fā)情況，不要慌張，將平臺(tái)上人員安全降落，及時(shí)報(bào)廠家或?qū)I(yè)人員維修，切勿盲目操作。

2.3 輔助支撐焊接

（1）按要求算出軌道節(jié)點(diǎn)A（L，@，Z），利用活動(dòng)坐標(biāo)找出點(diǎn)A（L，@）坐標(biāo)后，將激光測(cè)距儀安裝座移動(dòng)到標(biāo)尺L尺寸位置，鎖緊激光測(cè)距儀安裝座。用高空作業(yè)車(chē)將對(duì)應(yīng)的輔助支撐平穩(wěn)地送到A點(diǎn)以上的空間位置，利用輔助支撐上的激光接收盤(pán)來(lái)調(diào)整輔助支撐的位置，如圖7所示。利用激光測(cè)距儀測(cè)量出Z向尺寸后，用重錘來(lái)校核點(diǎn)位置，誤差控制在10～20 mm，如圖8所示。

圖7 激光測(cè)距儀安裝座位置

圖8 激光測(cè)距儀配合重錘校正

（2）核對(duì)好位置后做好標(biāo)記，拿下激光接收盤(pán)將輔助支撐尾部與圍板焊接（焊接牢固可靠），切掉輔助支撐頭部多余部分，如圖9所示（切掉的多余部分應(yīng)放在登高車(chē)?yán)铮\(yùn)送到地面，嚴(yán)禁高空拋物）。將軌道支撐架焊接在輔助支撐的端頭，如圖10所示，軌道支撐架方向與輔助支撐垂直，若輔助支撐的跨度較大，焊接完成5～10個(gè)輔助支撐后可將其整體進(jìn)行加固或者吊裝到鋼架橢圓環(huán)上。依次類(lèi)推，將所有輔助支撐焊接完成，注意整體造型，進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

圖9 切除輔助支撐頭部多余部分

圖10 軌道支撐架焊接

（3）待到所有軌道支架完成后，將PVC軟管按順序放到軌道支架上，調(diào)整好造型后，用扎帶固定住，如圖11所示，PVC軟管造型結(jié)束。

圖11 扎帶固定示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

該工藝采用現(xiàn)代工程思路，從設(shè)備減重、復(fù)雜形狀分段、極坐標(biāo)與空間分區(qū)融合、施工作業(yè)安全、設(shè)備精確定位及固定等角度出發(fā)解決問(wèn)題，適用于各類(lèi)大型不規(guī)則電氣設(shè)備的安裝，已在多個(gè)不同項(xiàng)目及復(fù)雜場(chǎng)景中得到應(yīng)用，均在較短時(shí)間內(nèi)完成安裝并通過(guò)質(zhì)量檢驗(yàn)，安全高效、節(jié)約人力。在對(duì)成本、質(zhì)量、安全要求日益提高的今天，該工藝具備相當(dāng)?shù)膶?shí)用價(jià)值。