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摘要：牽引變電所智能建造施工模式是當(dāng)代建造模式轉(zhuǎn)變發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文探討軟母線檔距測(cè)量方法及放線長(zhǎng)度計(jì)算，提出智能激光測(cè)距儀測(cè)量的新方法，實(shí)現(xiàn)母線測(cè)量智能化；通過導(dǎo)線的長(zhǎng)度和弧垂之間的關(guān)系簡(jiǎn)要分析，得出導(dǎo)線長(zhǎng)度精度控制重要性。提出軟母線工廠化預(yù)制應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能，并闡述工廠預(yù)制各操作要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：工廠化預(yù)制；測(cè)量；計(jì)算；智能建造

中圖分類號(hào)：TM757 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064(2023)08-0089-04

0.引言

為適應(yīng)時(shí)代發(fā)展和國(guó)家“十四五”發(fā)展規(guī)劃，發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)，把握新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革新機(jī)遇，鐵路牽引變電所施工也在積極探索新一代信息技術(shù)與工程建造深度融合的智能建造創(chuàng)新模式。牽引變電所施工正在逐步向數(shù)字化、自動(dòng)化、工廠化等智能建造方式轉(zhuǎn)變，探索構(gòu)建多專業(yè)協(xié)同的生產(chǎn)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)在工程建設(shè)項(xiàng)目中的全周期規(guī)范化應(yīng)用，完成信息化到數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

鐵路牽引變電所施工也正在構(gòu)建圍繞“智能建造”的電力變電安裝設(shè)備體系，實(shí)現(xiàn)軟、硬件結(jié)合、預(yù)配和現(xiàn)場(chǎng)安裝結(jié)合、將智能化技術(shù)與現(xiàn)代裝備、手段和工藝工法進(jìn)行有效融合，不斷提升電力變電行業(yè)的施工技術(shù)水平，從而及早達(dá)到工廠化預(yù)制、機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人的效果。

目前基于集成數(shù)據(jù)導(dǎo)入、計(jì)算、放線、裁剪、壓接、標(biāo)記、成品打包等功能的智能化軟母線預(yù)制平臺(tái)已在項(xiàng)目探索應(yīng)用。運(yùn)用BIM信息化技術(shù)模擬母線馳度、長(zhǎng)度、線夾受力，運(yùn)用智能激光測(cè)距儀、智能平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)貫通，通過軟件計(jì)算數(shù)據(jù)，平臺(tái)精準(zhǔn)剪切軟母線，壓接設(shè)備線夾，實(shí)現(xiàn)工廠化、自動(dòng)化、智能化的軟母線預(yù)制作業(yè)。

1.軟母線檔距測(cè)量

目前變電所內(nèi)軟母線檔距測(cè)量常規(guī)施工基本測(cè)量?jī)蓚?cè)架構(gòu)掛環(huán)間距L如圖1所示，通過公式計(jì)算導(dǎo)線下料長(zhǎng)度。L測(cè)量方法主要有鋼卷尺直接測(cè)量法、經(jīng)緯儀測(cè)量法、智能激光測(cè)距儀測(cè)量法三種測(cè)量方法。

 

圖1 兩側(cè)架構(gòu)掛環(huán)間距L

1.1鋼卷尺直接測(cè)量法

測(cè)量人員攀登到架構(gòu)橫梁上，使用鋼卷尺測(cè)量母線兩側(cè)橫梁掛環(huán)之間的檔距尺寸。該種方法測(cè)量時(shí)，由于是高空作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高，受天氣等環(huán)境因素影響較大；再者尺子因自重會(huì)產(chǎn)生一定的弧垂，鋼尺的拉緊度不一，會(huì)有測(cè)量誤差。

1.2經(jīng)緯儀測(cè)量法

經(jīng)緯儀測(cè)量時(shí)，人員不需攀爬到構(gòu)架橫梁上，避免了高空作業(yè)，同時(shí)將掛線點(diǎn)投影到地面后使用鋼卷尺測(cè)量，能夠避免了高空測(cè)量時(shí)產(chǎn)生的測(cè)量誤差，并可以保證與帶電設(shè)備的安全距離，因此可在改擴(kuò)建工程中臨近帶電設(shè)備的情況下使用。但是此方法操作步驟較為復(fù)雜，測(cè)量人員需要具備較高的測(cè)量水平^[1]。

1.3智能激光測(cè)距儀測(cè)量法

1.3.1測(cè)量簡(jiǎn)要原理

利用電磁波原理測(cè)量角度及長(zhǎng)度，建立三維坐標(biāo)系，根據(jù)計(jì)算公式得出測(cè)量長(zhǎng)度。

以測(cè)量終端位置O點(diǎn)作為0點(diǎn)坐標(biāo)，母線起始段安裝位置為A，終端安裝位置為B，建立三維坐標(biāo)如圖2所示。

 

圖2 三維坐標(biāo)圖

O：0點(diǎn)坐標(biāo)，A：起始段安裝位置，B:終端安裝位置，a:OA長(zhǎng)度，B：OB長(zhǎng)度，C：AB長(zhǎng)度。

根據(jù)電磁波測(cè)距原理測(cè)量出OA之間的距離a，OB之間的距離b，測(cè)量終端在測(cè)量A點(diǎn)、B點(diǎn)距離的同時(shí)，將A、B點(diǎn)與x、y、z坐標(biāo)形成的角度計(jì)算出來(lái)，得出A點(diǎn)坐標(biāo)（x_a、y_a、z_a）、B點(diǎn)坐標(biāo)（x_b、y_b、z_b），AB之間長(zhǎng)度C如公式（1）所示：

    （1）

式中x_a，y_a，z_a；x_b，y_b，z_b分別為A點(diǎn)和B點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

1.3.2測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理

將智能激光測(cè)距儀手持端分別與智能激光測(cè)距儀、智慧管理平臺(tái)互聯(lián)，各設(shè)備互聯(lián)界面如圖3所示。在數(shù)智云管理系統(tǒng)中建立測(cè)量工程項(xiàng)目、單位工程，并將軟母線起始端、終止端位置數(shù)據(jù)導(dǎo)入空間測(cè)距軟母線測(cè)量工序界面進(jìn)行處理。

 

圖3智能激光測(cè)距儀各設(shè)備互聯(lián)

1.3.3測(cè)量方法

將智能激光測(cè)距儀放到指定位置進(jìn)行調(diào)平，按照?qǐng)D4測(cè)量示意圖進(jìn)行測(cè)量，一人將測(cè)距儀激光點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)軟母線起始端位置（根據(jù)不同架構(gòu)/設(shè)備類型測(cè)量位置不同），首先對(duì)測(cè)距儀進(jìn)行粗調(diào)并鎖定測(cè)量鏡頭，通過微調(diào)捕捉起始段測(cè)量點(diǎn)A，點(diǎn)擊測(cè)量，然后打開鏡頭鎖定，捕捉終止端測(cè)量位置B，點(diǎn)擊計(jì)算，然后點(diǎn)擊發(fā)送，數(shù)據(jù)自動(dòng)回傳至平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，后臺(tái)計(jì)算人員可隨時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量狀態(tài)和數(shù)據(jù)。

 

圖4 測(cè)量示意圖

2.絕緣子串組裝及測(cè)量

將絕緣子組裝好后（含耐張線夾），為減少測(cè)量誤差，將組裝好的絕緣子串吊裝起來(lái)進(jìn)行測(cè)量，如圖5所示。使用鋼卷尺測(cè)量從U形環(huán)內(nèi)側(cè)到耐張線夾鋼錨內(nèi)孔處（即導(dǎo)線鋼芯所達(dá)到的位置）之間的距離，測(cè)量結(jié)果應(yīng)兩端分別記為S01、S02^[2]。

 

圖5 絕緣子串BIM模擬組裝測(cè)量

3.軟母線下料及長(zhǎng)度計(jì)算

3.1壓接式耐張線夾軟母線安裝長(zhǎng)度計(jì)算

壓接式耐張線夾軟母線下料長(zhǎng)度計(jì)算一般用公式（2）進(jìn)行計(jì)算。

（2）

式中L每組掛線環(huán)內(nèi)沿之間的凈距；SO₁、SO₂絕緣子串的長(zhǎng)度；f導(dǎo)線的弧垂（按設(shè)計(jì)數(shù)值）；S₁實(shí)際安裝長(zhǎng)度；K根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際金具、瓷瓶、導(dǎo)線及檔距對(duì)母線的放量。

3.2栓接式耐張線夾軟母線安裝長(zhǎng)度計(jì)算

栓接式軟母線下料長(zhǎng)度計(jì)算一般用公式（3）進(jìn)行計(jì)算。

（3）

式中S軟母線安裝長(zhǎng)度，L、SO₁、SO₂、f、K為上文種式（2）描述。

S₂導(dǎo)線兩端耐張線夾后面預(yù)留的終端尾巴線（一般情況下終端尾巴線預(yù)留長(zhǎng)度為150mm）S₃直接引出的設(shè)備連接線。

3.3導(dǎo)線的長(zhǎng)度和弧垂之間的關(guān)系簡(jiǎn)要分析

                                       （4）

從公式上可以看出導(dǎo)線長(zhǎng)度的變化量和弧垂變化量之間的關(guān)系。當(dāng)檔距L越大或弧垂f越小，的比值變化較大，也就是說(shuō)較小的導(dǎo)線長(zhǎng)度變化將會(huì)引起導(dǎo)線弧垂較大的變化。所以，軟母線測(cè)量計(jì)算時(shí)，當(dāng)設(shè)計(jì)弧垂很小或檔距較大時(shí)，必須要嚴(yán)格控制導(dǎo)線長(zhǎng)度的精確度，否則很容易造成導(dǎo)線弧垂過大，既達(dá)不到工藝標(biāo)準(zhǔn)要求，又影響變電所整體美觀度。

3.4引下線及設(shè)備間連線測(cè)量

可利用BIM技術(shù)模擬引下線及連接線的弧度、線夾受力情況，并獲取引下線及設(shè)備間連線長(zhǎng)度。BIM模擬情況如圖6所示。

 

圖6 軟母線引下線BIM模擬

4.軟母線工廠化預(yù)制

運(yùn)用具有計(jì)算、上傳功能的激光測(cè)距儀測(cè)量計(jì)算軟母線長(zhǎng)度，運(yùn)用BIM技術(shù)模擬測(cè)量引線及連接線長(zhǎng)度，通過預(yù)制平臺(tái)進(jìn)行軟母線剪切、設(shè)備線夾壓接，實(shí)現(xiàn)放線、測(cè)量、裁剪、開孔、壓接、標(biāo)記、成品打包等全工序自動(dòng)化工廠預(yù)制，提高預(yù)制精度和效率。

4.1數(shù)據(jù)導(dǎo)入

將設(shè)備線夾型號(hào)、軟母線設(shè)計(jì)馳度及相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算軟件（包括相鄰兩設(shè)備接線板凈空距離、軟母線規(guī)格型號(hào)、設(shè)備線夾規(guī)格型號(hào)、軟母線設(shè)計(jì)馳度等），通過軟件自動(dòng)計(jì)算軟母線預(yù)制及下料長(zhǎng)度，自動(dòng)計(jì)算生成預(yù)制數(shù)據(jù)，預(yù)制平臺(tái)進(jìn)行軟母線自動(dòng)送料、剪切、壓接等工作。

預(yù)制數(shù)據(jù)應(yīng)與智能管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)貫通，貫通數(shù)據(jù)包括母線編號(hào)、材質(zhì)、型號(hào)、測(cè)量長(zhǎng)度、裁剪長(zhǎng)度、金具型號(hào)等。

4.2母線裁剪

母線由輸送機(jī)及調(diào)直機(jī)處理后，消除母線應(yīng)力，根據(jù)預(yù)制長(zhǎng)度自動(dòng)裁剪。如果軟母線安裝耐張線夾，先進(jìn)行首端環(huán)切，保留內(nèi)部鋼芯，待達(dá)到設(shè)定長(zhǎng)度后再進(jìn)行裁剪斷線，再進(jìn)行末端環(huán)切，保留內(nèi)部鋼芯。

4.3線夾壓接

（1）母線經(jīng)過給料系統(tǒng)調(diào)直處理后輸送至壓接系統(tǒng)，機(jī)械手按操作時(shí)序?qū)⒕€夾放置至預(yù)制裝置，進(jìn)行壓接或栓接，壓接順序由內(nèi)向外，防止壓接線管內(nèi)形成氣壓。

（2）壓接時(shí)相鄰兩模間鋼管重疊不應(yīng)小于5mm，鋁管重疊不應(yīng)小于 10mm，壓接后六角形尺寸為0.866D+0.2mm（D 為壓接鋁管標(biāo)稱外）^[3]。

（3）導(dǎo)線與線夾接觸面均應(yīng)清除氧化膜并用汽油或丙酮清洗。清洗長(zhǎng)度不少于壓接長(zhǎng)度的1.2倍，線夾與導(dǎo)線接觸面涂以薄層電力復(fù)合脂^[3]。

（4）螺栓型線夾螺栓穿向應(yīng)一致，線夾水平放置時(shí)螺母位于線夾下方^[4]。

4.4標(biāo)識(shí)、包裝、存放

（1）對(duì)預(yù)制完成的軟母線進(jìn)行人工復(fù)核，包括長(zhǎng)度、壓接質(zhì)量、軟母線有無(wú)散股等情況，確認(rèn)無(wú)誤后，利用機(jī)器集成的激光打標(biāo)裝置在軟母線線夾上標(biāo)記安裝信息，包括編號(hào)、安裝位置、長(zhǎng)度、生產(chǎn)日期、檢驗(yàn)員等信息。

（2）可按類型為一個(gè)小單元、以所為一個(gè)大單元進(jìn)行包裝并標(biāo)識(shí)。

（3）包裝完成后，以所為單位進(jìn)行存放。

5.結(jié)語(yǔ)

在牽引變電所軟母線施工過程中，現(xiàn)場(chǎng)一直對(duì)軟母線的測(cè)量及計(jì)算方法進(jìn)行探索，針對(duì)不同施工環(huán)境，創(chuàng)新出多種測(cè)量計(jì)算方法。特別是在BIM技術(shù)、信息化技術(shù)與工程建造深度融合的智能建造創(chuàng)新模式下，激光測(cè)距儀等新型測(cè)量方法的引入，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳，減少數(shù)據(jù)記錄及核對(duì)工序，大大簡(jiǎn)化了測(cè)量過程，提高了測(cè)量數(shù)值的精確度，同時(shí)減少了測(cè)量時(shí)高空作業(yè)量，為提高軟母線放線的施工質(zhì)量提供技術(shù)支撐。軟母線智能預(yù)配平臺(tái)的成功運(yùn)用，將工廠化預(yù)配和現(xiàn)場(chǎng)安裝有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)變電所關(guān)鍵工序裝備智能化、生產(chǎn)自動(dòng)化，管理信息化，有效減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高施工質(zhì)量和效率，從而達(dá)到工廠化預(yù)制，機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人的效果。

參考文獻(xiàn)

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Discussion on Measurement Calculation and Factory Prefabrication Technology of Soft Bus in Traction Substation

WANG Shengxu,HUO Hongguo,ZHANG Zhao

(China Railway Electrification Bureau Group No.1 Engineering Co., Ltd., Beijing  100070)

Abstract:The intelligent construction mode of traction substation is the inevitable trend of the transformation and development of contemporary construction mode. This paper discusses the measurement method of flexible bus span and the calculation of paying off length, and puts forward a new measurement method of intelligent laser rangefinder to realize intelligent bus measurement; Through the brief analysis of the relationship between the length of the conductor and the sag, the importance of the precision control of the conductor length is obtained. This paper puts forward the functions that should be realized in the factory prefabrication of soft bus, and expounds the operation points of factory prefabrication.

Key words:factory prefabrication;measurement;calculation;intelligent construction