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倍受大家关注的火炬的制作过程

作者：建筑中国建筑金属结构信息网网    
时间：2009-12-22 20:26:10 [收藏]

    主要内容
    一、工程概况
    二、结构特点和技术难点分析
    三、主火炬塔制作工艺
    四、主要工艺保证措施
    五、先进技术应用
    六、工程质量、安全保证体系及保证措施


    一、工程概况
    • 工程名称：国家体育场开幕式工程上空特种设备项目
    • 工程地点：北京市朝阳区成府路南侧，奥林匹克
    • 公园中心区内国家体育场“鸟巢”的东北部顶盖上
    • 设计单位：中国建筑设计研究院、总装备部工程
    • 设计研究总院联合设计
    • 建设单位：北京奥运会开闭幕式运营中心
    • 监理单位：中咨工程建设监理公司
    • 施工范围：国家体育场开幕式工程上空特种
    设备项目主火炬塔中国建筑金属结构信息网制作安装
    • 施工工期：2008年1月到2008年7月。


    主火炬塔结构形式
    主火炬塔为空间异型不规则多曲面螺旋钢管壳特殊艺术造型结构。高度32米，厚度6.8米，下部最大直径处13.2米，整体艺术造型风格新颖、独特。

    主火炬塔结构形式
    主火炬塔结构全部2000多个节点板、杆件长度尺寸及贯口形式无一相同，三维曲线变化无规律可循。在短短的3米内同一根杆件上就有4?7个不同半径，不同方向的曲率。

    二、结构特点和技术难点分析
    1、主火炬塔造型复杂，施工图设计难度大。

    2、单根杆件空间位置扭曲形状不同，贯口形状无一相同，下料程序复杂，难度大。

    3、每根杆件曲率不同，空间扭曲不同，弯制成型难度大。

    4、主火炬塔呈现空间螺旋扭曲，组装胎具位置选择难，胎具制作复杂。
    上主体组装7米标高定位模板
    5、主火炬塔上部采用不锈钢钢管，下部为普通碳钢钢管，两种钢管间焊接质量要求高。

    6、主火炬塔外表设计有蒙皮，外形尺寸精度要求高，制作难度大。


    7、主火炬塔整体预拼装困难，拼装质量要求高。

    8、受气温等因素的变化，使得安装现场测量难度大，安装基准定位较复杂
    9、由于安装吊车必须在体育场外部站位，吊装高度达55米，吊装半径达48米，最大吊装重量达22.2吨，吊装难度大。

    三、主火炬塔制作工艺
    1、施工图设计
    采用X-STEEL与AutoCAD等软件共同进行施工图的设计工作。

    2、钢管下料
    采用PB660型相贯线切割机切割下料。

    3、钢管弯制
    采用弯管机和液压压力机联合进行钢管弯制。

    4、胎具搭设
    利用设计软件计算组装胎具定位尺寸，胎具数控切割成型后用测量仪器进行胎具安装。

    5、钢管上胎组对
    用全站仪等测量仪器进行钢管构件的安装。


    6、部件焊接



    7、整体拼装、焊接



    8、拆分后涂装

    四、主要工艺保证措施
    • 针对该工程施工技术重点、难点，主要采取了以下工艺保证措施：
    1、从1、采用X-STEEL先进设计软件进行空间建模，填补常规设计软件功能不足，大大提高施工图设计质量，利于施工。
    2、按照构件空间位置扭曲形状不同进行分类
    ①直管及二维空间管采用PB660型相贯线切割机直接切割出钢管两头贯口。
    ②三维空间螺旋钢管按照展开尺寸采用相贯线切割机进行下料并切割出单端钢管相贯贯口，另一端我们采用相贯线切割机在直管上切割出其贯口形状，然后依据此形状制作样板，在此管弯制完成后上胎组对前根据主管的角度、位置做出投影面确定好相贯口的位置和角度方向，用样板划出切割线进行切割，此法既保证了贯口的形状尺寸，又提高了样板放样速度。
    3、按照连接杆件曲率半径、方向情况把每个管杆件的加工分解为两步进行弯制，首先选用通过改造后的弯管机和液压压力机（配备专用胎具）进行平面、立面内多个不同半径的曲率加工；然后进行螺旋扭曲方向多个不同半径的曲率精度加工，然后利用高科技的电脑XSTEEL软件标注出每一根的螺旋杆件的三维坐标，逐根设置胎具，并在平台上做出投影面进行检查。
    4、在深入分析研究主火炬塔结构，细致讨论的情况下把本体结构划分为上下两个部分：以中部翻转架为界限，翻转架以上部分包括翻转架为上主体，以下部分为下飘部分。
    ①上主体采用立式组装胎具露天进行制作，此法可以较好的控制结构造型和焊接变形，工装胎具用量较少。
    ②下飘部分采用卧式组装胎具分5个单片在厂房内进行制作，此法施工不受天气变化的影响且可利用厂房内部天车进行施工作业，并大大减少了高空作业风险。
    5、在焊接施工前根据钢管连接节点形式、钢管类型、规格、采用的焊接方法及焊接位置等制定焊接工艺评定方案，编制焊接工艺评定指导书，按照规程规定要求进行焊接工艺评定，并将焊接工艺评定的施焊方法和施焊参数（包括焊接电流、电压、热输入、预热、后热等）用于指导实际焊接施工。
    6、采用数控切割机及全站仪等先进控制仪器进行胎具的制作和搭设，严格控制组装精度和焊接变形，从单根杆件下料开始到整体预拼装结束全面进行检查控制。
    7、制作主火炬塔整体预拼试验支架，在其上进行主火炬塔上主体和下飘部分整体预拼装。此法完全按照主火炬塔实际工作位置进行预拼装，大大保证了预拼装质量，有利于控制整体尺寸。
    8、保证轨道梁托梁安装后的水平度，是火炬能够平稳的行驶到“鸟巢”碗口边缘成的关键问题。为克服重力变形、地质沉降、温度变化等对主体结构的影响，采用方向与距离交汇法重新布设控制点，采用全站仪进行跟踪测量，进行形变观测，根据大量的数据积累，修订托梁支座的数据，从而保证的托梁安装的水平度。
    9、根据吊装的各项参数要求，选择800吨汽车吊进行吊装，对吊车行驶的通道、设备间等处进行受力后计算后进行合理加固，保证了吊装工作的顺利进行。


    此外还采取了以下基本保证措施：
    焊接施工前进行了较全面的焊接工艺评定，按评定合格的工艺条件及参数施焊。1Cr18Ni9Ti不锈钢管焊接手工电弧焊采用A137（E347-15）焊条进行焊接，氩弧焊用不锈钢管焊丝采用H0Cr21Ni10Ti。Q345B钢管手工电弧焊采用E5015焊条进行焊接， Q345B钢管CO2气体保护焊采用ER50－6焊丝进行焊接。
    根据钢管构件形式编制了详细的制作工艺。从钢管下料、钢管弯制、胎具搭设、单片组对和焊接、整体拼装、整体焊接、除锈及涂装等，每道工序都制定了质量控制要点，全面保证制作质量。　
    五、先进技术的应用
    1 、采用X-STEEL软件对主火炬塔进行建模。
    建模完成后可直观地进行观察钢管构件组装焊接及相贯情况，能够提供精确的杆件组装位置坐标进行胎具搭设和钢管上胎组装等工作。可以方便地转化成AutoCAD格式进行零部件图的施工图设计工作，提高工作效率。
    2 、采用数控相贯线切割机进行钢管切割下料
    采用数控编程对每根钢管杆件尺寸及贯口形状进行切割下料。该方法操作简单,工艺先进，切割精度和效率高。尤其是对各种复杂的钢管贯口，更能体现其自动切割、高效切割和高质量切割的优点。
    3 、采用全站仪等测量仪器进行胎具精确搭设和钢管构件精确组装定位
    由于主火炬塔为空间异型不规则多曲面螺旋钢管壳特殊艺术造型结构，采用常规测量手段难以保证其组装定位及焊接精度，必须使用全站仪等高精度的测量仪器以保证制作施工质量。
    4 、采用弯管机和液压压力机组合进行钢管的弯制
    按照连接杆件曲率半径、方向情况把每个管杆件的加工分解为两步进行弯制，首先选用通过改造后的弯管机和液压压力机（配备专用胎具）进行平面、立面内多个不同半径的曲率加工；然后进行螺旋扭曲方向多个不同半径的曲率精度加工，然后利用高科技的电脑XSTEEL软件标注出每一根的螺旋杆件的三维坐标，逐根设置胎具，并在平台上做出投影面进行检查。
    5 、采用X-STEEL软件对主火炬塔进行分析，确定合理的胎具位置
    通过X-STEEL软件确定胎具位置及通过其上各钢管的位置坐标，保证钢管上胎组装精度。
    6、使用全站仪、水准仪等布控一、二级控制点，通过对测量数据的对比分析设计托梁支座形式，保证轨道梁安装的水平度。
    六、工程质量、安全保证体系及保证措施

    2 、质量保证体系
    建立了以组织、职责程序、过程和资源为一体的质量保证体系。
    在组织结构上，建立由质量保证工程师直接负责，各专业责任工程师中间控制，专职检验员作业检查，生产车间班组质量监督员自检、互检的质量保证组织系统。
    认真执行质量责任制，将每个岗位、每个职工的质量职责纳入项目承包的岗位合同中，并制定严格的奖惩标准，使施工过程的每道工序、每个部位都处于受控状态。
    在资源配置上，选派技术好、责任心强的技术人员和工人在组对、焊接、端铣和预拼装等关键工序的作业岗位上，并配备必要的测量仪器和检测设备，每天召开生产和质量例会并组织质量分析，不断改进施工质量。以超前管理、预防为主为原则。

    3 、质量管理措施
    为充分保证本工程制作质量，满足工期要求，我公司主要从以下几个方面进行了加强管理。
    ①加强详图设计的管理。尤其在详图设计中要充分考虑体现制作加工、焊接、安装的工艺可行性。
    ②加强技术交底工作。组织设计、质量管理、生产的相关人员进行详细的技术交底，掌握施工中技术要求，加强关键点的控制。
    ③制定较详细的加工工艺方案，方案有较强的可行性。
    ④编制详细的加工计划，具体到每个部件的每个工序完成时限，责任落实到人，保证工期和质量要求。
    ⑤加强质量管理文件的落实，实行了三检制质量管理办法，加强工序之间的确认，加强全过程管理。
    ⑥细化了工程项目开工前、施工阶段和竣工验收阶段的质量控制，明确了质量奖惩的方法和依据。
    通过上述措施的实施，使质量管理工作有序化、条理化，工程质量也得到了切实保证。
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