CN113586347A - 一种基于bim的风力发电机组安装方法 - Google Patents

一种基于bim的风力发电机组安装方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于BIM的风力发电机组安装方法，包括以下处理步骤：通过BIM技术建立设备模型；将现场的施工信息数据录入数据库；结合BIM设备模型和实际的施工信息确定设备安装顺序和摆放位置；选取起重机机械站位，确定设备安装平台；重复步骤三、四，选取最优的起重机机械站位和风机组件摆放位置；导出审核通过的步骤五的安装数据；根据安装数据制定风力发电机组安装方案，施工人员按方案执行。本发明通过BIM技术的运用，能够节约风机发电机组安装的开支，减少工程漏洞，使各施工工序更加直观、简便。

Description

一种基于BIM的风力发电机组安装方法
技术领域
本发明涉及一种安装方法，尤其涉及一种基于BIM的风力发电机组安装方法。
背景技术
随着风力发电机组单机容量不断增大，机组各部件的尺寸、重量和安装高度也不断增加，为风力发电机组的安装带来一系列安装困难和弊端。包括各专业配合作业增多，人员配备增加，多种安装机械设备和专业工具投入使用增多，施工工序更加复杂等。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种基于BIM的风力发电机组安装方法。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于BIM的风力发电机组安装方法，包括以下处理步骤：
步骤一、通过BIM技术建立设备模型；
步骤二、将现场的施工信息数据录入数据库；
步骤三、结合BIM设备模型和实际的施工信息确定设备安装顺序和摆放位置；
步骤四、选取起重机械站位，确定设备安装的吊装平台；
步骤五、重复步骤三、四，选取最优的起重机械站位、风机组件安装顺序和摆放位置，确定最优组合方式；
步骤六、导出审核通过的步骤五的安装数据；
步骤七、根据安装数据制定风力发电机组安装方案，施工人员按方案执行。
进一步地，步骤一中，利用BIM技术，并根据风机厂家提供的风机组件信息建立设备模型；建立的设备模型即为风机组件模型，包含风机塔筒、机舱、叶片、起重机械的模型；其中，风机组件信息包括长度、重量、直径、重心、运输尺寸、厂商、构建代码。
进一步地，模型建立过程为：首先将风机组件信息对应的数据制作成数据表；其次在建立模型的过程中创建参数与数据表中的参数对应；最后对每一组类型参数进行调试。
进一步地，对建立的风机组件模型进行审查，审查风机组件信息和风机组件模型是否一致。
进一步地，步骤二中，录入的现场施工信息数据包含地形、地貌、风向。
进一步地，步骤三中，基于BIM设备模型，根据设备吊装要求确定安装顺序并制定运输路线方案图，设备的摆放位置在起重机械的动臂工作半径范围内。
进一步地，步骤四中，根据设备安装平面布置图、起重机械吊臂的幅度旋转选取起重机械站位，选取的起重机械站位满足作业过程转台旋转无障碍、且吊臂在变幅过程无障碍、且一个站位可吊装多台设备的要求。
进一步地，步骤五中，最优的组合方式为：选取的风机组件摆放位置最优、且风机组件安装的吊装平台土建工程量最少、选取的起重机械站位的机械运行轨迹最短。
进一步地，步骤六中，导出的审核通过的数据包括：吊装平台位置及大小数据、风机组件安装顺序和摆放位置数据、起重机械运动轨迹数据，运动轨迹数据包括仰角和起重臂长度变化。
进一步地，步骤七中，风力发电机组安装方案包括如下流程：塔架吊装、风轮组装、机舱吊装、风轮吊装、控制柜就位、电缆就位、电气接线。
本发明公开了一种基于BIM的风力发电机组安装方法，基于BIM技术进行风力发电机组安装方法的制定，提高了工作效率，降低成本，减少浪费和返工；利用BIM技术模拟风力发电机安装过程，提高了安装过程中的安全性和准确性；利用BIM技术，优化了风力发电机组摆放位置，避免二次倒运，节省了倒运费用；结合BIM技术和现场施工环境，优化安装平台工程量，节省造价；结合BIM技术，优化了起重机机械运动轨迹，降低了施工难度，操作性强，节省了施工时间和资源投入，大大提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明基于BIM的风机发电机组安装方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，为本发明所公开的基于BIM的风机发电机组安装方法的流程示意图，包括以下步骤：
步骤一、通过BIM技术建立设备模型；
步骤二、将现场的施工信息数据录入数据库；
步骤三、结合BIM设备模型和实际的施工信息确定设备安装顺序和摆放位置；
步骤四、选取起重机械站位，确定设备安装的吊装平台；
步骤五、重复步骤三、四，选取最优的起重机械站位、风机组件安装顺序和摆放位置，确定最优组合方式；
步骤六、导出审核通过的步骤五的安装数据；
步骤七、根据安装数据制定风力发电机组安装方案，施工人员按方案执行。
本发明通过BIM技术的运用，能够节约风机发电机组安装的开支，减少工程漏洞，使各施工工序更加直观、简便。
下面对本发明所公开的基于BIM的风机发电机组安装方法做进一步详细的说明。
步骤一、通过BIM技术建立设备模型；利用BIM技术，根据厂家提供的风机组件新型建立设备模型，建立的设备模型即为风机组件模型，包含风机塔筒、机舱、叶片、起重机械的模型。厂家提供的风机组件信息包括长度、重量、直径、重心、运输尺寸、厂商、构建代码等数据。对于风机塔筒、机舱、叶片、起重机械在风机发电机组安装过程中起到关键性作用；其中，风机塔筒是风力发电的塔杆，在风力发电机组中主要起到支撑走，同时吸收机组振动；机舱用于容纳并保护风电机组的主轴、齿轮箱、发电机等传动系统及其他电气设备的舱体；叶片是能量转换装置，它的作用是将风能转换为机械能，利用叶片的转动，带动发电机发电；起重机是用于垂直升降或者垂直升降并水平移动风机组件重物的机电设备。
在风机组件模型的建立过程中，首先将风机组件信息对应的数据制作成数据表，其次在建立模型的过程中创建参数与参数数据表中的参数对应；最后对每一组类型参数进行调试，保证每一组类型参数都可以进行参数化驱动。并且，建立的风机组件模型都需经过专业审查，即审查风机组件信息和风机组件模型是否一致，以确保模型的准确性。
步骤二、将现场的施工信息数据录入数据库；录入数据库的施工信息数据包括现场地形地貌、风速、风向等信息。所使用的数据库是以创建的BIM模型和全过程项目数据为基础，将原来分散在个人手中的工程信息模型汇总到一块，形成一个汇总的项目基础数据库。不同岗位都可以进行数据的查询和分析，为项目管理和决策提供依据。应用流程分为三步：汇集数据→整理和分析数据→利用分析后的数据进行项目管控，为旋转安装平台位置和安装方案做准备。
步骤三、结合BIM设备模型和实际的施工信息确定设备安装顺序和摆放位置；设备安装顺序的确定为前一环节，摆放位置的确定为后一环节，后一环节的工作必须在前一环节提供了必要的工作条件后才能开始，而后一环节工作的开始既不应该影响前一环节的工作，也不应该影响工作本身的连续与顺利进行，因此，需按照先确定安装顺序、后确定摆放位置的顺序进行。设备安装顺序和摆放位置的确定按以下要求进行：
1)基于BIM设备模型，在吊装准备工作中，根据吊装要求细致认真地制定机具布置及大型设备的运输路线方案图。
2)对以分组、分段或分片的形式运到现场的大型设备，应尽可能把组装和拼装场地安置在接近设备基础附近，以减少(或直接吊装)二次运输距离。
3)对于安装后不再移动的吊装机具，如起吊高、重、大设备常用的不用自动移动的大型机具，由于此类机具常常需一次吊装后就要移动，因此，不仅要考虑其最初位置，而且必须考虑其移动路线。由此，设备的摆放位置应在起重机械的动臂工作半径范围内。
以抱杆动臂式起重机为例，应尽量装于被吊设备群中心，使设备都在其动臂工作半径范围内。对于一些较重的设备，应尽可能使设备接近动臂工作的中心区，从而提高起重机具的工作能力。
4)对于卷扬机的安装位置应在抱杆以外的一定距离处，最好配置在吊装场地的边缘处。卷扬机要用地锚或其他方式固定牢靠。当使用多台卷扬机时应尽可能集中，以便吊装工作中统一指挥。根据抱杆的位置和场地内的构筑物、电线、管道等因素来决定地锚的位置，缆风绳与地面夹角一般控制在25°～45°的范围内。
步骤四、选取起重机机械站位，确定设备安装平台；起重机的起升高度能实现吊物就位，吊装半径能满足额定荷载要求；在起重机作业过程中，特别是吊物起升到最高点时要避免吊臂臂杆与吊物相碰，因此，要满足作业过程转台旋转无障碍物，吊臂在变幅过程中无障碍物。由此，根据设备安装平面布置图和起重机吊臂的幅度适当选择起重机机械站位；如果考虑搭配起重机的进出路线和设备的吊装方向，就应考虑起重机旋转时有无障碍；同时，果用一台起重机吊装多台设备时还要兼顾用一个站位吊装几台设备，从而提高工作效率。
步骤五、重复步骤三、步骤四，选取最优的起重机械站位、风机组件安装顺序和摆放位置，确定最优组合方式；重复步骤三、步骤四进行多方案比较，选取的最优方式是施工费用最少、施工周期最短的组合，从而可提高风机组装的工作效率，有效的指导和管理施工生产，包装安装工程的工期，提高安装工程的施工质量，实现工期和质量的控制目标。对于选取的最优组合方式，应使风机组件摆放位置最优，并且风机组件安装的吊装平台土建工程量最少，节省造价及成本；选取的最优起重机械站位的机械运行轨迹最短，应使其最大仰角的运动轨迹最短，避免起重机械过度损耗，以提高安装效率。
步骤六、导出审核通过的步骤五的安装数据；导出的安装数据包括安装平台位置及大小，用于布置安装平台；安装数据还包括设备安装顺序和摆放位置，用于设备装卸到指定地点和摆放角度，避免二次搬运；安装数据还包括起重机械运动轨迹数据，运动轨迹数据包括仰角和起重臂长度变化，用于安装过程中起重机械调整。
步骤七、根据安装数据制定风力发电机组安装方案，施工人员按方案执行。最终制定的风力发电机组安装方案可有效地指导和管理施工生产，保证安装工程的工期，提高安装工程的施工质量，实现工期和质量的控制目标。
由此，应用本发明所公开的基于BIM的风机发电机组安装方法进行风力发电机组安装方案的制定，最终制定的风力发电机组安装方案包括如下情况：
1)塔架吊装：通常有两种方式。一种是使用起重量50吨左右的吊车先将下段吊装就位，待吊装机舱和风轮时，再吊剩余的中、上段，这样可减少大吨位吊车的使用时间，适用于一次吊装风力发电机组数量少，且为地脚螺栓或基础结构的。吊装时还需配备一台起重量16吨以上的小吊车配合”抬吊”。另一种方式是一次吊装的台数较多，除使用50吨吊车外，还使用起重大于130吨，起吊高度大于塔架总高度两米以上的大吊车，一次将所有塔架几段全部吊装完成。塔架吊装时，由于连接用的紧固螺栓数量够，紧固螺栓占用时间长，有可能时，尽量提前单独完成，且宜采用流水作业方式一次连续吊装多台，以提高吊车利用率。特别是需要平上法兰的采用地脚螺栓的风力发电机组塔架，耗时更长。在安排计划时要注意这一特点。
2)风轮组装：与塔架吊装就位一样，风轮组装也需要在吊装机舱前提前完成。风轮组装有两种方式，一种是在地面上将三个叶片与风轮轮毂连接好，并调好叶片安装角(有叶片加长节的，也一并连接好)；另一种方法是在地面上，把风轮轮毂与机舱的风轮轴连接，同时安装上离地面水平线有120°角度的两个风轮叶片，第三个叶片待机舱吊装至塔架顶后再安装。
3)机舱吊装：装有铰链式机舱盖的机舱，打开分成左右两半的机舱盖，挂好吊带或钢丝绳，保持机舱底部的偏航轴承下平面处于水平位置，即呵吊装于塔架顶法兰上；装有水平剖分机舱盖的机舱，与机舱盖分先后两次吊装。对于已装好轮毂并装有两个叶片的机舱，吊装前要锁紧风轮轴并调紧刹车。
4)风轮吊装：两台吊车“抬吊”，铀主吊车吊住上扬的两个叶片的叶根，完成空中90°翻身调向，撤开副吊车后与已装好在塔架顶上的机舱风轮轴对接。
5)控制柜就位：控制柜安装于钢筋混凝土基础上的，应在吊下段塔架时预先就位；控制柜固定于塔架下段下平台上的，可在放电缆前后从塔架工作门抬进就位。
6)放电缆，使其就位。
7)电气接线，完成所有控制电缆、电力电缆的连接。
由此，对于本发明所公开的基于BIM的风机发电机组安装方法，与现有技术相比，具有以下技术优势：1)提高工作效率，降低成本，减少浪费和返工；2)模拟风力发电机安装过程，提高了安装过程中的安全性和准确性；3)优化了风力发电机组设备摆放位置，避免二次倒运，节省了倒运的费用；4)结合BIM技术和现场施工环境，优化了安装平台工作量，节省造价；5)优化起重机机械运动轨迹，降低施工难度，操作性强，节省了施工时间和资源投入，大大提高了工作效率。
上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于BIM的风力发电机组安装方法，其特征在于：包括以下处理步骤：
步骤一、通过BIM技术建立设备模型；
步骤二、将现场的施工信息数据录入数据库；
步骤三、结合BIM设备模型和实际的施工信息确定设备安装顺序和摆放位置；
步骤四、选取起重机械站位，确定设备安装的吊装平台；
步骤五、重复步骤三、四，选取最优的起重机械站位、风机组件安装顺序和摆放位置，确定最优组合方式；
步骤六、导出审核通过的步骤五的安装数据；
步骤七、根据安装数据制定风力发电机组安装方案，施工人员按方案执行。
2.根据权利要求1所述的基于BIM的风力发电机组安装方法，其特征在于：步骤一中，利用BIM技术，并根据风机厂家提供的风机组件信息建立设备模型；建立的设备模型即为风机组件模型，包含风机塔筒、机舱、叶片、起重机械的模型；其中，风机组件信息包括长度、重量、直径、重心、运输尺寸、厂商、构建代码。
3.根据权利要求2所述的基于BIM的风力发电机组安装方法，其特征在于：模型建立过程为：首先将风机组件信息对应的数据制作成数据表；其次在建立模型的过程中创建参数与数据表中的参数对应；最后对每一组类型参数进行调试。
4.根据权利要求3所述的基于BIM的风力发电机组安装方法，其特征在于：对建立的风机组件模型进行审查，审查风机组件信息和风机组件模型是否一致。
5.根据权利要求1或4所述的基于BIM的风力发电机组安装方法，其特征在于：步骤二中，录入的现场施工信息数据包含地形、地貌、风向。
6.根据权利要求5所述的基于BIM的风力发电机组安装方法，其特征在于：步骤三中，基于BIM设备模型，根据设备吊装要求确定安装顺序并制定运输路线方案图，设备的摆放位置在起重机械的动臂工作半径范围内。
7.根据权利要求6所述的基于BIM的风力发电机组安装方法，其特征在于：步骤四中，根据设备安装平面布置图、起重机械吊臂的幅度旋转选取起重机械站位，选取的起重机械站位满足作业过程转台旋转无障碍、且吊臂在变幅过程无障碍、且一个站位可吊装多台设备的要求。
8.根据权利要求7所述的基于BIM的风力发电机组安装方法，其特征在于：步骤五中，最优的组合方式为：选取的风机组件摆放位置最优、且风机组件安装的吊装平台土建工程量最少、选取的起重机械站位的机械运行轨迹最短。
9.根据权利要求8所述的基于BIM的风力发电机组安装方法，其特征在于：步骤六中，导出的审核通过的数据包括：吊装平台位置及大小数据、风机组件安装顺序和摆放位置数据、起重机械运动轨迹数据，运动轨迹数据包括仰角和起重臂长度变化。
10.根据权利要求8所述的基于BIM的风力发电机组安装方法，其特征在于：步骤七中，风力发电机组安装方案包括如下流程：塔架吊装、风轮组装、机舱吊装、风轮吊装、控制柜就位、电缆就位、电气接线。
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