CN117912727A - 一种安全壳穹顶贯穿件安装方法、贯穿件及安全壳 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全壳穹顶贯穿件安装方法，首先在安全壳的内壳上固定贯穿件的内套筒、在安全壳的外壳上固定贯穿件的外套筒，之后将贯穿件的其余部件通过所述外套筒的内孔运输至各自的安装位置并进行安装。本发明的安全壳穹顶贯穿件安装方法步骤简单，设置合理，部件不易损坏，降低吊装难度和风险，避免影响安全壳结构强度，本发明还提供一种安全壳穹顶贯穿件以及一种安全壳。

Description

一种安全壳穹顶贯穿件安装方法、贯穿件及安全壳

技术领域

本发明具体涉及一种安全壳穹顶贯穿件安装方法、贯穿件及安全壳。

背景技术

核电工程作为典型的超级工程，具有系统复杂，规模宏大，建设工期长，建造费用高等特点。随着第三代压水堆技术的发展，越来越多的电站采用非能动安全系统，为有效利用重力驱动非能动安全系统运行，一般将非能动冷源水箱上移至安全壳穹顶上方设置。因此为连接冷源水箱与安全壳内的管线就需要在安全壳穹顶设置贯穿件。而为了有效防范外部灾害的影响，部分先进核电站采用双层安全壳的设计。

贯穿件往往是多种管、筒状结构套接形式，从内至外有内管道、内套筒、外管道等，管道之间间隙内部需要设置封头等封堵部件，用于将安全壳内部和外部隔绝开来，仅留下内管道进行连通。当用于单层安全壳结构时，贯穿件直接在安全壳穹顶安装即可。

但对于采用双壳设计的核电站，其穹顶贯穿件需要穿过内壳和外壳，在施工安装时，由于贯穿件套接结构较复杂，故目前的安装方式需要在内壳穹顶上先安装好贯穿件的全部部件后再对外壳钢底模进行吊装，外壳吊装过程中贯穿件极易损坏，吊装难度很大。同时受到贯穿件干涉，外穹顶钢底模需要从底部一直开孔延伸到贯穿件安装位置，才能保证外壳穹顶吊装时贯穿件顺利穿出，之后在外穹顶钢底模就位后，需再对开孔位置进行补充支模和浇灌混凝土。目前这种安装方案，由于外穹顶钢底模开孔极大，导致其结构强度减弱，吊装存在风险。

故双壳贯穿件的设计具有吊装难度大、吊装风险大、部件易损坏以及结构强度难以保证等特点，再由于高空施工物项安装与检查可达性差，增加了贯穿件的设计、布局和施工难度。加之贯穿件需要穿过内外两层安全壳，安装工艺更为复杂。如果贯穿件安装工艺安排不当，将会影响整个安全壳穹顶吊装及外壳穹顶钢底模吊装，进而影响工程主线进度，造成贯穿件安装成本高，以及安装质量风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种安全壳穹顶贯穿件安装方法，该方法步骤简单，设置合理，部件不易损坏，降低吊装难度和风险，避免影响安全壳结构强度，本发明还提供一种安全壳穹顶贯穿件以及一种安全壳。

本发明提供一种安全壳穹顶贯穿件安装方法，包括以下步骤：

在安全壳的内壳上固定贯穿件的内套筒；

在安全壳的外壳上固定贯穿件的外套筒；

将贯穿件的其余部件通过所述外套筒的内孔运输至各自的安装位置并进行安装。

进一步地，贯穿件的内套筒分割为两个节段，贯穿件的封头和内管道为一体成型预制结构，所述在安全壳的内壳上固定贯穿件的内套筒，具体是：

在安全壳的内壳上固定内套筒的第一节段；

所述将贯穿件的其余部件通过所述外套筒的内孔运输至各自的安装位置并进行安装，具体包括：

将一体成型预制的封头和内管道通过所述外套筒的内孔运输到与内套筒第一节段对接处；

连接安全壳内部管线与内管道；

将内套筒的第二节段通过所述外套筒的内孔运输到与封头对接处；

连接封头和内套筒的第一节段、封头和内套筒的第二节段。

进一步地，所述贯穿件还包括能够轴向活动的活动连接件，所述连接封头和内套筒的第一节段、封头和内套筒的第二节段之后，还包括：

将活动连接件通过所述外套筒的内孔运输到内套筒第二节段和外套筒之间；

连接活动连接件和外套筒以及活动连接件和内套筒的第二节段。

进一步地，所述活动连接件具体设置在内套筒第二节段外部，位于与外套筒对应的轴向位置处，所述连接活动连接件和外套筒以及活动连接件和内套筒的第二节段，具体包括：

在内壳和外壳之间焊接连接活动连接件和外套筒；

在外壳的外部焊接连接活动连接件和内套筒的第二节段。

进一步地，所述活动连接件中，靠近内壳一侧的端部外壁上设有环板，用于与外套筒的内壁对接连接，在所述连接活动连接件和外套筒之前，还包括以下步骤：

对环板进行切割，直至环板的外边缘与外套筒的内壁结构一致。

进一步地，所述在安全壳的内壳上固定内套筒的第一节段，具体包括：

在预制的内穹顶上开孔；

在开孔处焊接内套筒的第一节段；

将内穹顶吊装至内壳的穹顶就位位置；

在内套筒的第一节段周围进行混凝土浇筑，完成在内壳上固定内套筒的第一节段。

进一步地，所述在安全壳的外壳上固定贯穿件的外套筒，具体包括：

在外穹顶的钢底模上开孔；

在开孔处焊接外套筒；

将外穹顶的钢底模吊装至外壳的穹顶就位位置；

在外穹顶的钢底模上进行混凝土浇筑，形成外穹顶，从而完成在安全壳的外壳上固定外套筒。

进一步地，在所述将贯穿件的其余部件通过所述外套筒的内孔运输至各自的安装位置并进行安装之前，还包括：

在内壳和外壳之间搭建操作平台；

所述操作平台用于为后续的运输及安装步骤提供操作位置，所述内壳的起弧点以下的设定高度处设有通向内壳和外壳之间区域的通行通道，所述在内壳和外壳之间搭建操作平台，具体包括：

搭建第一操作平台，所述第一操作平台从起弧点位置向上延伸至贯穿件安装位置；

搭建第二操作平台，所述第二操作平台从通行通道位置向上延伸至起弧点位置。

进一步地，所述第一操作平台包括台面和爬梯，所述搭建第一操作平台，具体包括：

在安全壳起弧点位置处搭建第一道台面，并每隔设定距离向上搭建下一道台面，直至台面高度到达所述贯穿件安装高度，所述台面沿安全壳的径向连接在内壳和外壳之间；

在各相邻两道台面之间搭建爬梯，完成第一操作平台的搭建。

进一步地，本发明的安全壳穹顶贯穿件的安装方法中，先采用建筑信息模型系统对所述安全壳穹顶贯穿件进行模拟优化，得到贯穿件结构尺寸；

再采用建筑信息模型系统对所述安全壳穹顶贯穿安装方法的各步骤进行模拟优化，得到模拟安装流程；

之后通过工程设备对符合所述贯穿件结构尺寸的贯穿件按照所述模拟安装流程执行各安装步骤，完成安全壳穹顶贯穿件的安装。

本发明还提供一种安全壳穹顶贯穿件，采用上述的安装方法安装得到，所述贯穿件具体包括内管道、封头、内套筒和外套筒，所述内管道用于连通壳外设备和壳内管线，所述外套筒贯穿连接安全壳的外壳，所述内套筒套设在内管道外部，一端贯穿连接安全壳的内壳，另一端连接外套筒，所述封头设置于内管道中处于内壳和外壳之间的位置处，用于截断内套筒和内管道之间的环隙，从而将安全壳内外隔离开来。

进一步地，所述封头一体成型于内管道的外壁上，所述内套筒在封头位置处分割为两个节段，且两个节段分别与封头焊接连接。

进一步地，所述贯穿件还包括活动连接件，所述内套筒的端部套设在外套筒内，所述活动连接件套设在内套筒和外套筒之间，一端焊接连接外套筒的内壁，另一端焊接连接内套筒的外壁，且活动连接件位于与外套筒对应的轴向位置处，以使两端的焊缝分别处于外套筒的两侧开口处。

进一步地，所述活动连接件中，靠近内壳一侧的端部外壁上设有环板，所述环板的板片沿活动连接件径向平面布置，环板的外边缘与外套筒的内壁结构一致，并与外套筒的内壁垂直相接。

本发明还提供一种安全壳，所述安全壳包括内壳、外壳以及上述的安全壳穹顶贯穿件，所述外壳罩设在内壳的外部，所述安全壳穹顶贯穿件贯穿连接在内壳和外壳的穹顶上。

本发明的安全壳穹顶贯穿件安装方法，不再采用传统方式，即先在内壳穹顶上安装好贯穿件全部部件之后再进行内外穹顶的吊装，而是先分别在安全壳内外壳上固定好贯穿件的内套筒和外套筒，之后再通过外套筒的内孔完成贯穿件其余部件的运输安装。即，原本的安装过程为在吊装之前集中完成安装步骤，而本发明的安装过程将这一集中在一起的安装步骤打散，把除内套筒和外套筒之外的较长的内管道等部件放在吊装之后完成。

这种安装方式中，吊装内壳穹顶的过程中不会携带着呈长筒状的贯穿件的全部部件，因此贯穿件不会因吊装操作而发生损坏，不仅保证了贯穿件自身的安全性，还降低了内穹顶的吊装难度，能够加快内穹顶吊运效率。且正是由于内穹顶上没有设置完整的贯穿件，因此外穹顶不需要为了避让贯穿件而从钢底模底部一直开孔到贯穿件安装位置，而是只需要在外套筒位置开小孔固定即可，故外穹顶的钢底模结构强度得到保证，降低吊装风险，且也正是由于无需避让贯穿件，外穹顶的吊运难度也得到了有效降低。

采用本安装方法，在有效降低吊装难度和风险的情况下，完全能够在高空环境中充分开展经过合理设计之后的工艺步骤，完成结构简单合理的贯穿件安装，从而降低贯穿件安装成本和质量风险。

附图说明

图1是本发明实施例2中安全壳穹顶贯穿件的结构示意图；

图2是本发明实施例1中安全壳穹顶贯穿件安装方法中穹顶贯穿件的安装位置示意图；

图3是本发明实施例1中安全壳穹顶贯穿件安装方法的吊装示意图；

图4是本发明实施例1中安全壳穹顶贯穿件安装方法中壳内管线与贯穿件焊接操作升降平台示意图；

图5是本发明实施例3中安全壳穹顶贯穿件安装方法中第二操作平台的示意图；

图6是本发明实施例3中安全壳穹顶贯穿件安装方法中第一操作平台的示意图。

图中：1、内管道；2、封头；3、内套筒；4、活动连接件；41、环板；5、外套筒；6、安全壳；61、内壳；62、外壳；7、操作平台；71、第一操作平台；711、台面；712、爬梯；72、第二操作平台；721、平台；722、斜梯。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”、“安装”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例的安全壳穹顶贯穿件安装方法，不再采用传统方式，即先在内壳穹顶上安装好贯穿件全部部件之后再进行内外穹顶的吊装，而是先分别在安全壳内外壳上固定好贯穿件的内套筒3和外套筒5，之后再通过外套筒5的内孔完成贯穿件其余部件的运输安装。该方法可以用于实施例2中的贯穿件的安装，方法具体包括以下步骤：

在安全壳6的内壳61上固定贯穿件的内套筒3；

在安全壳6的外壳62上固定贯穿件的外套筒5；

将贯穿件的其余部件通过外套筒5的内孔运输至各自的安装位置并进行安装，如图3所示。

即，原本的安装过程为在吊装之前集中完成安装步骤，而本实施例的安装过程将这一集中在一起的安装步骤打散，把除内套筒3和外套筒5之外的较长的内管道1等部件放在吊装之后完成。

这种安装方式中，吊装内壳穹顶的过程中不会携带着呈长筒状的贯穿件的全部部件，因此贯穿件不会因吊装操作而发生损坏，不仅保证了贯穿件自身的安全性，还降低了内穹顶的吊装难度，能够加快内穹顶吊运效率。而正是由于内穹顶上没有设置完整的贯穿件，因此外穹顶不需要为了避让贯穿件而从钢底模底部一直开孔到贯穿件安装位置，而是只需要在外套筒位置开小孔固定即可，故外穹顶的钢底模结构强度得到保证，降低吊装风险，且也正是由于无需避让贯穿件，外穹顶的吊运难度也得到了有效降低。

采用本安装方法，在有效降低吊装难度和风险的情况下，完全能够在高空环境中充分开展经过合理设计之后的工艺步骤，完成结构简单合理的贯穿件安装，从而降低贯穿件安装成本和质量风险。

传统的安装方式中，由于贯穿件是多种管、筒状结构套接形式，内部还设有封头，这就导致在内外壳之间的管、筒的内部存在焊缝结构，因此安装较为繁琐，需要方便适宜的操作空间，然而内外壳的双壳间区域空间极为有限，贯穿件的部件布局、施工空间、以及焊缝检修维护空间往往相互干涉；再由于穹顶位置特殊性，弧形的空间结构进一步提高了结构设计和施工布局难度。

本发明人认为正是这种结构限制了贯穿件的安装思路，使目前的方案均是安装完成之后进行吊装，而在本实施例中，贯穿件的内套筒3分割为两个节段，贯穿件的封头2和内管道1为一体成型预制结构，因此封头1和内管道2之间不需要进行焊接连接，二者之间不存在任何焊缝，而内套筒3与封头2焊接连接使得所有的焊缝完全暴露在筒体外部，焊缝布局更加合理，因此贯穿件的部件安装能够在高空、双壳间这种受限环境中实现安装。

本实施例中，内套筒3分为两部分，其中一部分在内穹顶预制的过程中焊接在内穹顶上，可称之为前端内套筒或者第一节段，另一部分延伸至壳外，可称之为后端内套筒或者第二节段。

具体地，上述在安全壳6的内壳61上固定贯穿件的内套筒3，具体是：在安全壳6的内壳61上固定内套筒3的第一节段；

将贯穿件的其余部件通过外套筒5的内孔运输至各自的安装位置并进行安装，具体包括：

将一体成型预制的封头2和内管道1通过外套筒5的内孔运输到与内套筒3第一节段对接处；

连接安全壳6内部管线与内管道1；

将内套筒3的第二节段通过外套筒5的内孔运输到与封头2对接处；

连接封头2和内套筒3的第一节段、封头2和内套筒3的第二节段。

上述各连接方式，即安全壳6内部管线与内管道1、封头2和内套筒3的第一节段、封头2和内套筒3的第二节段之间均为焊接连接方式。

本实施例这种设置方式相比于常规焊接封头结构来说，消除了内管道1这一贯穿件的焊接质量风险，同时也不再有安全壳双壳间的焊缝在役检查需求，而且还简化了安装过程，双壳间区域没有管、筒内部焊缝。

且正是由于这种设置结构简化了工艺步骤，使得其能够用于高空、封闭及受限空间作业的双壳贯穿件布局设计，完全能够在有限空间充分开展经过简化后的工艺步骤，完成结构简单合理的贯穿件安装，从而降低贯穿件安装成本和质量风险。

本实施例中，贯穿件还包括能够轴向活动的活动连接件4，由于安全壳6的双壳可能存在一定的相对活动，因此活动连接件4能够为内套筒3和外套筒5之间提供一定的活动余量，避免直接固定造成形变等安全问题。

本实施例中，上述连接封头2和内套筒3的第一节段、封头2和内套筒3的第二节段之后，还包括：

将活动连接件4通过外套筒5的内孔运输到内套筒3第二节段和外套筒5之间；

连接活动连接件4和外套筒5以及活动连接件4和内套筒3的第二节段。

本实施例中，活动连接件4为波纹管，波纹管具有良好的伸缩性，可以保证活动余量。活动连接件4具体设置在内套筒3第二节段外部，位于与外套筒5对应的轴向位置处，故两端的焊缝分别处于外套筒5的两侧开口处，方便执行焊接操作，因此连接活动连接件4和外套筒5以及活动连接件4和内套筒3的第二节段，具体包括：

在内壳61和外壳62之间焊接连接活动连接件4和外套筒5；

在外壳62的外部焊接连接活动连接件4和内套筒3的第二节段。

本实施例这一设置方式在波纹管能够提供活动余量的情况下，不仅确保波纹管没有覆盖封头2处的焊缝，避免工艺步骤上的反复，还保证了波纹管自身的焊缝处于完全暴露位置，避免焊接不便，更重要的是，波纹管仅有一端焊缝位于双壳间区域，另一端焊缝接近外壳62外侧，可以从外壳62外部进行焊接操作，因此减少了双壳间的焊缝数量，双壳间区域的操作工艺过程被进一步简化，降低了整个贯穿件安装时的不便程度。

本实施例中，如附图1所示，其中M1为内管道1与壳内管线连接焊缝，M2为内套筒3第一节段与封头2连接的焊缝，M3为内套筒3第二节段与封头2连接的焊缝，M4为波纹管与内套筒3连接的焊缝，M5为波纹管与外套筒5连接的焊缝。焊缝M1需要在贯穿件吊装过程中，内管道1和封头2完成就位后与内穹顶预制过程中已经安装好的壳内管线进行焊接。M2，M3，M5焊缝位于双壳间，需要在内外穹顶吊装完成后进行焊接。M4焊缝位于外壳的外套筒5中，可以最后焊接，由于波纹管可以在贯穿件吊装过程的最后进行吊装，无需在外壳钢底模吊装前放置在安装位置，降低了波纹管运输难度，同时将M4焊缝从双壳间移动到壳外，减少了双壳间焊缝数量，降低了焊接难度。

本实施例中，活动连接件4中，靠近内壳61一侧的端部外壁上设有环板41，用于与外套筒5的内壁对接连接，在连接活动连接件4和外套筒5之前，还包括以下步骤：

对环板41进行切割，直至环板41的外边缘与外套筒5的内壁结构一致。环板41不仅能够起到对接连接作用，同时，其还能够通过切割修改外边缘结构，当存在尺寸误差、安装施工偏差时，切割操作能够良好弥补这一误差，使得环板41的外边缘与外套筒5结构适配，消除施工偏差带来的影响。

本实施例中，上述在安全壳6的内壳61上固定内套筒3的第一节段，具体包括：

在预制的内穹顶上开孔；

在开孔处焊接内套筒3的第一节段；

将内穹顶吊装至内壳61的穹顶就位位置；

在内套筒3的第一节段周围进行混凝土浇筑，完成在内壳61上固定内套筒3的第一节段。

本实施例中，在安全壳6的外壳62上固定贯穿件的外套筒5，具体包括：

在外穹顶的钢底模上开孔；

在开孔处焊接外套筒5；

将外穹顶的钢底模吊装至外壳62的穹顶就位位置；

在外穹顶的钢底模上进行混凝土浇筑，形成外穹顶，从而完成在安全壳6的外壳62上固定外套筒5。

本实施例中，在将贯穿件的其余部件通过外套筒5的内孔运输至各自的安装位置并进行安装之前，还包括：在内壳61和外壳62之间搭建操作平台7；操作平台7用于为后续的运输及安装步骤提供操作位置，内壳61的起弧点以下的设定高度处设有通向内壳61和外壳62之间区域的通行通道，在内壳61和外壳62之间搭建操作平台7，具体包括：

搭建第一操作平台71，第一操作平台71从起弧点位置向上延伸至贯穿件安装位置，如图6所示；

搭建第二操作平台72，第二操作平台72从通行通道位置向上延伸至起弧点位置，如图5所示。

本实施例中，第一操作平台71包括台面711和爬梯712，搭建第一操作平台71，具体包括：在安全壳6起弧点位置处搭建第一道台面711，并每隔设定距离向上搭建下一道台面711，本实施例中该设定距离为4～5m，直至台面711高度到达贯穿件安装高度，台面711沿安全壳6的径向连接在内壳61和外壳62之间，径向的台面能够良好利用双壳间的不规整空间；在各相邻两道台面711之间搭建爬梯712，完成第一操作平台71的搭建。

本实施例中，搭建第二操作平台72，具体包括：从通行通道处至起弧点处搭建多个平台721，各台面721在水平方向上相错；在各相邻两个平台721之间搭建斜梯722，完成第二操作平台72的搭建。

综上所述，本实施例的安全壳穹顶贯穿件安装方法，其具体步骤包括：

S1：在安全壳6的内壳61上固定贯穿件的内套筒3，即在安全壳6的内壳61上固定内套筒3的第一节段；

S11：在预制的内穹顶上开孔；

S12：在开孔处焊接内套筒3的第一节段；

S13：将内穹顶吊装至内壳61的穹顶就位位置；

S14：在内套筒3的第一节段周围进行混凝土浇筑，完成在内壳61上固定内套筒3的第一节段；

S2：在安全壳6的外壳62上固定贯穿件的外套筒5；

S21：在外穹顶的钢底模上开孔；

S22：在开孔处焊接外套筒5；

S23：将外穹顶的钢底模吊装至外壳62的穹顶就位位置；

S24：在外穹顶的钢底模上进行混凝土浇筑，形成外穹顶，从而完成在安全壳6的外壳62上固定外套筒5；

S3：在内壳61和外壳62之间搭建操作平台7；

S31：搭建第一操作平台71；

S311：在安全壳6起弧点位置处搭建第一道台面711，并每隔设定距离向上搭建下一道台面711，直至台面711高度到达贯穿件安装高度；

S312：在各相邻两道台面711之间搭建爬梯712，完成第一操作平台71的搭建；

S32：搭建第二操作平台72；

S321：从通行通道处至起弧点处搭建多个平台721，各台面721在水平方向上相错；

S322：在各相邻两个平台721之间搭建斜梯722，完成第二操作平台72的搭建；

S4：将贯穿件的其余部件通过外套筒5的内孔运输至各自的安装位置并进行安装；

S41：将一体成型预制的封头2和内管道1通过外套筒5的内孔运输到与内套筒3第一节段对接处；

S42：连接安全壳6内部管线与内管道1；

S43：将内套筒3的第二节段通过外套筒5的内孔运输到与封头2对接处；

S44：连接封头2和内套筒3的第一节段、封头2和内套筒3的第二节段；

S45：将活动连接件4通过外套筒5的内孔运输到内套筒3第二节段和外套筒5之间；

S46：对环板41进行切割，直至环板41的外边缘与外套筒5的内壁结构一致；

S47：连接活动连接件4和外套筒5以及活动连接件4和内套筒3的第二节段；

S471：在内壳61和外壳62之间焊接连接活动连接件4和外套筒5；

S472：在外壳62的外部焊接连接活动连接件4和内套筒3的第二节段。

如今在民用建筑领域，利用建筑信息模型(BIM)等技术进行施工模拟已日趋成熟，并得到广泛使用。即，通过提前在计算机上对复杂设备的安装过程进行动态仿真模拟，实现设备设计及安装方案的验证及迭代优化，从而实现减少施工时间，提高施工安全性，消除施工风险的目的。本实施例中，采用建筑信息模型系统对安全壳穹顶贯穿件进行模拟优化，得到贯穿件结构尺寸；采用建筑信息模型系统对安全壳穹顶贯穿安装方法的各步骤进行模拟优化，得到模拟安装流程；通过工程设备对符合贯穿件结构尺寸的贯穿件按照模拟安装流程执行各安装步骤，完成安全壳穹顶贯穿件的安装。从而将先进的数字化技术应用于核电的设计和建造阶段，通过深入开展研究，可有效预判设计风险，及时优化设计方案，提高核电设计、建造经济性，助力核电安全高效发展。

即本实施例通过建筑信息模型技术，实施一种基于数字化建造技术设计的核电站安全壳穹顶贯穿件安装方法，适用于双层安全壳穹顶结构的贯穿件并提供模拟安装方案，进一步降低贯穿件安装成本，消除安装质量风险。

具体地，首先，BIM系统根据贯穿件连接的系统、设备功能需求以及力学分析结果初步确定内管道1、封头2、内套筒3、活动连接件4以及外套筒5的结构尺寸。根据贯穿件连接的壳外设备和壳内管道位置初步确定贯穿件在穹顶的安装高度、角度等位置信息，如图2所示。

之后，BIM系统通过数字化模拟得到贯穿件安装模型，该贯穿件安装模型包括有贯穿件安装位置、安装空间、安装的倾斜角度、贯穿件重量等，对贯穿件安装模型分析后(分析方式根据贯穿件所需要连接的设备、关系和系统确定)，根据分析结果数据优化贯穿件的上述结构尺寸。

优化结构尺寸之后，BIM系统开始对安装方法进行优化，即通过构建或预设的工程设备模型和部件模型执行本实施例中的上述步骤后进行优化，具体地：

(1)内穹顶预制：

(1)内穹顶预制模拟具体包含：(1-1)内穹顶内设备管道安装模拟；(1-2)内穹顶开孔并焊接内套筒3的过程模拟。

(1-1)内穹顶内设备管道安装模拟，具体模拟了安全壳6外部穹顶上非能动安全壳热量导出系统换热器(即安全壳壳外设备)的安装过程以及工艺管道及支架(即安全壳壳内管线)在内穹顶内部的安装就位过程，模拟包含不同物项施工过程中使用的工程设备，以及临时平台。通过动态模拟施工过程中施工设备、安装物项的运动，规划设备和管道的施工顺序。

(1-2)内穹顶开孔并焊接内套筒3的模拟过程中，先对贯穿件的安装位置进行确认，通过模拟迭代优化贯穿件安装位置，确保内穹顶上贯穿件套筒在安装过程中不会与其他设备和管道产生干涉。即这一过程模拟了步骤S11和S12。

(2)内穹顶吊装：

内穹顶吊装包括确定内穹顶起吊设备在内穹顶上的安装位置，保证焊接在内穹顶上的内套筒3不会与起吊设备干涉，模拟内穹顶起吊、运输、就位的运动过程，核实过程中对穹顶内安装的设备、管道以及内套筒3的影响，从而确定合适的吊装方案，采用设计临时固定装置等预防措施。即这一过程模拟了步骤S13。

(3)内穹顶混凝土施工：

具体包括混凝土浇灌过程动态模拟，重点模拟内套筒3周围混凝土浇筑，从而得到不会对内套筒3造成影响的混凝土浇筑位置和浇筑方式。即这一过程模拟了步骤S14。

(4)外穹顶钢底模预制：

对外穹顶钢底模开孔并焊接外套筒5的过程模拟。通过模拟确保外套筒5安装位置与内套筒3的安装位置相对应。即这一过程模拟了步骤S21和S22。

(5)外穹顶钢底模吊装：

动态模拟外穹顶钢底模起吊、运输、就位的过程。通过模拟确保外穹顶钢底模就位过程中不碰撞内穹顶上伸出的内套筒3，确保外穹顶钢底模上的外套筒5位置与内穹顶上对应的内套筒3对齐。即这一过程模拟了步骤S23。

(6)外穹顶混凝土施工：

具体包括混凝土浇灌过程动态模拟，重点模拟外套筒5周围混凝土浇筑，从而得到不会对外套筒5造成影响的混凝土浇筑位置和浇筑方式。即这一过程模拟了步骤S24。

(7)安装贯穿件施工：

包括(7-1)双壳间操作平台7的搭建，(7-2)贯穿件各部件吊装引入，(7-3)贯穿件焊接的过程模拟。

(7-1)双壳间操作平台7的搭建根据安全壳6的不同区域，可以划分为安全壳6起弧点以下部分平台的搭建，如图5所示，安全壳6起弧点以上部分平台的搭建，如图6所示。即这一过程模拟了步骤S3。

操作平台7的合理搭建是保证施工人员到达穹顶贯穿件安装位置，完成贯穿件吊装就位及双壳间焊接工作的基础。在内外穹顶吊装就位后，人员只能通过设置在内壳安全壳起弧点处的人员通行通道进入双壳间区域。通过模拟人员携带施工设备通行所需要的空间，通行过程中消耗的时间，实现操作平台7路径规划；同时考虑安全等其他因素，最终完成操作平台7的设计。

设计采用多段平台721和斜梯722实现了人员在双壳间安全壳6起弧点以下部分的安全、高效通行，如图5所示。安全壳6起弧点以上部分钢平台的设计需要在满足人员通行需求的前提下，考虑贯穿件安装和焊接所需的空间要求，通过模拟人员的实际操作流程确定所需空间，完成平台设计。如图6所示，由于穹顶贯穿件之间存在高差，最终设计两层平台，平台间采用竖直爬梯711进行连接，从而最大程度扩大平台的施工操作面积。

(7-2)贯穿件各部件吊装引入过程，如图3所示，模拟各部件按照内管道1和封头2、内套筒3的第二节段、活动连接件4的顺序依次吊装至安装位置，上述部件的长度较长，吊装高度较高，通过数字化模拟确定吊装过程中使用的工具，确保贯穿件各部件固定牢靠，模拟部件水平起吊后转至倾斜状态所需操作，从而保证贯穿件各部件按照穹顶开孔的角度引入；模拟吊装过程中环境因素例如风的影响，模拟各部件吊装引入过程中重心变化的影响，最终得到无施工风险的贯穿件吊装引入方法。即这一过程模拟了步骤S41、S43、S45。

(7-3)贯穿件焊接的过程模拟，其模拟的焊接过程包括壳内M1焊缝的焊接，壳间M2、M3、M5焊缝的焊接以及壳外M4焊缝的焊接，以及对环板41切割，通过模拟确定壳间M2，M3，M5焊缝焊接所需施工空间，从而为贯穿件部件尺寸和钢平台的设计优化提供依据，同时规划焊接的顺序，模拟焊接操作过程，识别潜在风险，提高施工效率；通过模拟确定环板41切割所需施工空间以及施工设备。M1焊缝在壳内的位置无法搭建施工平台，需要在环吊就位后利用其设置的升降平台，如图4中所示平台。完成焊接操作，通过模拟确定环吊可用时间从而确定贯穿件M1焊缝的施工时间，根据焊缝位置、环吊结构以及焊接操作需求，设计升降平台。通过动态模拟焊接施工过程，验证平台的可用性，形成M1焊缝的焊接方法。M4焊缝位于外套筒5内部，模拟确定焊接所需操作空间，从而选取合适的焊接工具，或调整M4焊缝位置及外套筒5直径，消除潜在施工风险。即这一过程模拟了步骤S42、S44、S46、S47。依据上述模拟内容顺序进行，最终完成贯穿件安装过程，形成完整的贯穿件模拟安装流程。

上述部件的设计及安装过程通过数字化建造技术进行模拟验证，模拟流程由安全壳内穹顶的预制开始到贯穿件完成安装为止，所有的模拟安装过程中，需包含模拟的工程设备，采用动态模拟方式，模拟安装过程中被安装物项、设备的运动过程。模拟影响安装过程的环境因素、使用人力和施工周期。分析各个安装环节对核电站主线施工进度的影响，确定贯穿件的安装最佳时间点。

经过上述具体实施步骤设计了适用于双层安全壳6穹顶结构的穹顶贯穿件，同时形成了与贯穿件配套的模拟安装流程，可以用于指导贯穿件的实际安装，及后续的优化设计。之后便可以采用工程设备依照模拟安装流程进行贯穿件的安装。

本发明所述的一种基于数字化建造技术设计的适用于双层安全壳穹顶结构的核电站穹顶贯穿件以及其安装方法。优化了传统贯穿件的设计和安装方法，通过运用数字化模拟技术，将安装和设计动态结合，实现贯穿件结构设计与安装方案的实时优化，通过数字化建造技术模拟迭代，优化了穹顶贯穿件结构，缩小了外穹顶钢底模上开孔的尺寸，减小了贯穿件对外穹顶钢底模的结构强度造成影响。

采用发明专利所述贯穿件安装方法，通过合理安排，简化了贯穿件安装工艺，在贯穿件的安装过程中实现了所有工序环节无交叉，消除了施工中对贯穿件产生破坏的因素，提高了安全性。安装过程对主线关键路径无影响，提高了施工效率，降低了成本，消除安装质量风险，提高核电站的安装效率。

实施例2

本实施例的安全壳穹顶贯穿件，采用实施例1中的安装方法安装得到，如图1所示，贯穿件具体包括内管道1、封头2、内套筒3和外套筒5，内管道1用于连通壳外设备和壳内管线，外套筒5贯穿连接安全壳6的外壳62，内套筒3套设在内管道1外部，一端贯穿连接安全壳6的内壳61，另一端连接外套筒5，封头2设置于内管道1中处于内壳61和外壳62之间的位置处，用于截断内套筒3和内管道1之间的环隙，从而将安全壳6内外隔离开来。贯穿件的各部件可以采用核级的碳钢制成。

由于贯穿件是多种管、筒状结构套接形式，内部还设有封头，这就导致传统的安装方式中，在内外壳之间的管、筒的内部存在焊缝结构，然而内外壳的双壳间区域空间极为有限，贯穿件的部件布局、施工空间、以及焊缝检修维护空间往往相互干涉；再由于穹顶位置特殊性，弧形的空间结构进一步提高了结构设计和施工布局难度。

故本实施例中，封头2一体成型于内管道1的外壁上，内套筒3在封头2位置处分割为两个节段，且两个节段分别与封头2焊接连接。本实施例中，封头2和内管道1可以是通过锻造得到的一体成型件，封头2具体为带有一定厚度的环状结构，沿径向切开后的截面大致呈工字形，如图1所示。

由于封头2一体成型于内管道1的外壁上，故封头1和内管道2之间不需要进行焊接连接，二者之间不存在任何焊缝，而内套筒3与封头2焊接连接使得所有的焊缝完全暴露在筒体外部，焊缝布局更加合理。

本实施例这种设置结构相比于常规焊接封头结构来说，消除了内管道1这一贯穿件的焊接质量风险，同时也不再有安全壳双壳间的焊缝在役检查需求，而且还简化了安装过程，双壳间区域没有管、筒内部焊缝。

且正是由于这种设置结构简化了工艺步骤，使得其能够用于高空、封闭及受限空间作业的双壳贯穿件布局设计，完全能够在有限空间充分开展经过简化后的工艺步骤，完成结构简单合理的贯穿件安装，从而降低贯穿件安装成本和质量风险。

本实施例中，封头2的外径与内套筒3的外径一致，内套筒3的两个节段分别位于封头2的两端，且各节段的端面边缘与封头2的端面对接形成对接焊缝。对接焊缝位于连接在双壳之间的内套筒3和封头2的衔接表面处，其所处表面朝向就是双壳之间的空置区域，因此操作人员有大量的操作空间可以执行焊接操作，方便焊缝形成。

本实施例中，贯穿件还包括活动连接件4，由于安全壳6的双壳可能存在一定的相对活动，因此活动连接件4能够为内套筒3和外套筒5之间提供一定的活动余量，避免直接固定造成形变等安全问题。本实施例中，活动连接件4为波纹管，波纹管具有良好的伸缩性，可以保证活动余量。

内套筒3的端部套设在外套筒5内，活动连接件4套设在内套筒3和外套筒5之间，一端焊接连接外套筒5的内壁，另一端焊接连接内套筒3的外壁，且活动连接件4位于与外套筒5对应的轴向位置处，以使两端的焊缝分别处于外套筒5的两侧开口处。

这一设置结构在波纹管能够提供活动余量的情况下，不仅确保波纹管没有覆盖封头2处的焊缝，避免工艺步骤上的反复，还保证了波纹管自身的焊缝处于完全暴露位置，避免焊接不便，更重要的是，波纹管仅有一端焊缝位于双壳间区域，另一端焊缝接近外壳62外侧，可以从外壳62外部进行焊接操作，因此减少了双壳间的焊缝数量，双壳间区域的操作工艺过程被进一步简化，降低了整个贯穿件安装时的不便程度。

本实施例中，活动连接件4中，靠近内壳61一侧的端部外壁上设有环板41，环板41的板片沿活动连接件4径向平面布置，环板41的外边缘与外套筒5的内壁结构一致，并与外套筒5的内壁垂直相接。环板41与外套筒5的内壁垂直相接形成朝向内壳61方向的角焊缝。活动连接件4中，远离内壳61一侧的端部与内套筒3之间通过角焊缝连接。

通过环板41的设置，使得焊缝呈朝向内壳61方向的角焊缝，使得焊接操作可以在双壳间区域沿外套筒5的轴向对准焊缝执行，因此操作空间充足，操作角度适宜，避免在此处设置对接或搭接焊缝导致在内套筒3的干涉下，需要从外套筒5和内套筒3的间隙处沿外套筒5径向进行焊接操作。

环板41不仅能够起到对接连接作用，同时，其还能够通过切割修改外边缘结构，当存在安装施工偏差时，切割操作能够良好弥补这一误差，使得环板41的外边缘与外套筒5结构适配，消除施工偏差带来的影响。

本实施例基于核岛双层安全壳6穹顶设计及位置的特殊性，针对高空、封闭及受限空间作业，穹顶上物项安装与检查可达性差的特点，得到适用于双层安全壳6的穹顶贯穿件，通过合理安排部件结构以及焊缝位置，简化贯穿件自身安装工艺，消除贯穿件安装对安全壳穹顶吊装，外穹顶钢底模吊装以及工程主线进度的影响，降低贯穿件安装成本，消除安装质量风险，提高核电站的安装效率。

实施例3

本实施例提供一种安全壳，安全壳6包括内壳61、外壳62以及实施例2中的安全壳穹顶贯穿件，外壳62罩设在内壳61的外部，安全壳穹顶贯穿件贯穿连接在内壳61和外壳62的穹顶上。

贯穿件的安装高度和角度可以依据实施例1中的建筑信息模型(BIM)系统对安全壳穹顶贯穿件进行模拟优化，根据贯穿件连接的壳外设备和壳内管道位置初步确定贯穿件在穹顶的安装高度、角度等位置信息；之后对贯穿件、穹顶进行力学计算分析，贯穿件间距过近会影响安全壳穹顶的结构强度，贯穿件的间距首先要满足安全壳穹顶力学计算分析的要求，同时要考虑施工的要求，采用不同的施工方法，贯穿件安装就位以及焊接需要的空间不同，通过力学计算分析以及施工分析之后，对初步确定的安装高度、角度等位置信息进行优化迭代，即执行分析、迭代这一循环过程，直至满足施工要求以及力学要求，得到最终确定的安装高度、角度等位置信息，如图2所示。本实施例通过数字化施工模拟验证了贯穿件安装的空间要求，消除了贯穿件安装风险。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种安全壳穹顶贯穿件安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

在安全壳(6)的内壳(61)上固定贯穿件的内套筒(3)；

在安全壳(6)的外壳(62)上固定贯穿件的外套筒(5)；

将贯穿件的其余部件通过所述外套筒(5)的内孔运输至各自的安装位置并进行安装。

2.根据权利要求1所述的安全壳穹顶贯穿件安装方法，其特征在于，贯穿件的内套筒(3)分割为两个节段，贯穿件的封头(2)和内管道(1)为一体成型预制结构，

所述在安全壳(6)的内壳(61)上固定贯穿件的内套筒(3)，具体是：

在安全壳(6)的内壳(61)上固定内套筒(3)的第一节段；

所述将贯穿件的其余部件通过所述外套筒(5)的内孔运输至各自的安装位置并进行安装，具体包括：

将一体成型预制的封头(2)和内管道(1)通过所述外套筒(5)的内孔运输到与内套筒(3)第一节段对接处；

连接安全壳(6)内部管线与内管道(1)；

将内套筒(3)的第二节段通过所述外套筒(5)的内孔运输到与封头(2)对接处；

连接封头(2)和内套筒(3)的第一节段、封头(2)和内套筒(3)的第二节段。

3.根据权利要求2所述的安全壳穹顶贯穿件安装方法，其特征在于，所述贯穿件还包括能够轴向活动的活动连接件(4)，

所述连接封头(2)和内套筒(3)的第一节段、封头(2)和内套筒(3)的第二节段之后，还包括：

将活动连接件(4)通过所述外套筒(5)的内孔运输到内套筒(3)第二节段和外套筒(5)之间；

连接活动连接件(4)和外套筒(5)以及活动连接件(4)和内套筒(3)的第二节段。

4.根据权利要求3所述的安全壳穹顶贯穿件安装方法，其特征在于，所述活动连接件(4)具体设置在内套筒(3)第二节段外部，位于与外套筒(5)对应的轴向位置处，

所述连接活动连接件(4)和外套筒(5)以及活动连接件(4)和内套筒(3)的第二节段，具体包括：

在内壳(61)和外壳(62)之间焊接连接活动连接件(4)和外套筒(5)；

在外壳(62)的外部焊接连接活动连接件(4)和内套筒(3)的第二节段。

5.根据权利要求4所述的安全壳穹顶贯穿件安装方法，其特征在于，所述活动连接件(4)中，靠近内壳(61)一侧的端部外壁上设有环板(41)，用于与外套筒(5)的内壁对接连接，

在所述连接活动连接件(4)和外套筒(5)之前，还包括以下步骤：

对环板(41)进行切割，直至环板(41)的外边缘与外套筒(5)的内壁结构一致。

6.根据权利要求2所述的安全壳穹顶贯穿件安装方法，其特征在于，所述在安全壳(6)的内壳(61)上固定内套筒(3)的第一节段，具体包括：

在预制的内穹顶上开孔；

在开孔处焊接内套筒(3)的第一节段；

将内穹顶吊装至内壳(61)的穹顶就位位置；

在内套筒(3)的第一节段周围进行混凝土浇筑，完成在内壳(61)上固定内套筒(3)的第一节段。

7.根据权利要求1所述的安全壳穹顶贯穿件安装方法，其特征在于，所述在安全壳(6)的外壳(62)上固定贯穿件的外套筒(5)，具体包括：

在外穹顶的钢底模上开孔；

在开孔处焊接外套筒(5)；

将外穹顶的钢底模吊装至外壳(62)的穹顶就位位置；

在外穹顶的钢底模上进行混凝土浇筑，形成外穹顶，从而完成在安全壳(6)的外壳(62)上固定外套筒(5)。

8.根据权利要求1所述的安全壳穹顶贯穿件安装方法，其特征在于，在所述将贯穿件的其余部件通过所述外套筒(5)的内孔运输至各自的安装位置并进行安装之前，还包括：

在内壳(61)和外壳(62)之间搭建操作平台(7)；

所述操作平台(7)用于为后续的运输及安装步骤提供操作位置，

所述内壳(61)的起弧点以下的设定高度处设有通向内壳(61)和外壳(62)之间区域的通行通道，

所述在内壳(61)和外壳(62)之间搭建操作平台(7)，具体包括：

搭建第一操作平台(71)，所述第一操作平台(71)从起弧点位置向上延伸至贯穿件安装位置；

搭建第二操作平台(72)，所述第二操作平台(72)从通行通道位置向上延伸至起弧点位置。

9.根据权利要求8所述的安全壳穹顶贯穿件安装方法，其特征在于，所述第一操作平台(71)包括台面(711)和爬梯(712)，

所述搭建第一操作平台(71)，具体包括：

在安全壳(6)起弧点位置处搭建第一道台面(711)，并每隔设定距离向上搭建下一道台面(711)，直至台面(711)高度到达所述贯穿件安装高度，所述台面(711)沿安全壳(6)的径向连接在内壳(61)和外壳(62)之间；

在各相邻两道台面(711)之间搭建爬梯(712)，完成第一操作平台(71)的搭建。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的安全壳穹顶贯穿件安装方法，其特征在于：

采用建筑信息模型系统对所述安全壳穹顶贯穿件进行模拟优化，得到贯穿件结构尺寸；

采用建筑信息模型系统对所述安全壳穹顶贯穿安装方法的各步骤进行模拟优化，得到模拟安装流程；

通过工程设备对符合所述贯穿件结构尺寸的贯穿件按照所述模拟安装流程执行各安装步骤，完成安全壳穹顶贯穿件的安装。

11.一种安全壳穹顶贯穿件，其特征在于：采用权利要求1至10中任一项所述的安装方法安装得到，所述贯穿件具体包括内管道(1)、封头(2)、内套筒(3)和外套筒(5)，

所述内管道(1)用于连通壳外设备和壳内管线，

所述外套筒(5)贯穿连接安全壳(6)的外壳(62)，

所述内套筒(3)套设在内管道(1)外部，一端贯穿连接安全壳(6)的内壳(61)，另一端连接外套筒(5)，

所述封头(2)设置于内管道(1)中处于内壳(61)和外壳(62)之间的位置处，用于截断内套筒(3)和内管道(1)之间的环隙，从而将安全壳(6)内外隔离开来。

12.根据权利要求11所述的安全壳穹顶贯穿件，其特征在于：所述封头(2)一体成型于内管道(1)的外壁上，

所述内套筒(3)在封头(2)位置处分割为两个节段，且两个节段分别与封头(2)焊接连接。

13.根据权利要求11所述的安全壳穹顶贯穿件，其特征在于：还包括活动连接件(4)，

所述内套筒(3)的端部套设在外套筒(5)内，

所述活动连接件(4)套设在内套筒(3)和外套筒(5)之间，一端焊接连接外套筒(5)的内壁，另一端焊接连接内套筒(3)的外壁，

且活动连接件(4)位于与外套筒(5)对应的轴向位置处，以使两端的焊缝分别处于外套筒(5)的两侧开口处。

14.根据权利要求13所述的安全壳穹顶贯穿件，其特征在于：所述活动连接件(4)中，靠近内壳(61)一侧的端部外壁上设有环板(41)，

所述环板(41)的板片沿活动连接件(4)径向平面布置，环板(41)的外边缘与外套筒(5)的内壁结构一致，并与外套筒(5)的内壁垂直相接。

15.一种安全壳，其特征在于：所述安全壳(6)包括内壳(61)、外壳(62)以及权利要求11至14中任一项所述的安全壳穹顶贯穿件，

所述外壳(62)罩设在内壳(61)的外部，所述安全壳穹顶贯穿件贯穿连接在内壳(61)和外壳(62)的穹顶上。