“机械弯管”在弧形管道安装中的应用

“机械弯管”在弧形管道安装中的应用韩玉磊高远陈浩.邹蓓中国建筑第八工程局有限公司总承包公司上海200129摘要：随着弧形元素在现在建筑中应用越来越广泛，如大型体育场馆中的弧形走道、大型城市综合体中的弧形车库、车道等，为在观感上达到最佳效果，机电管线亦设计为与结构相匹配的弧形，因此成熟的弧形管道施工工艺起着决定性作用，本文主要介绍采用弯管机弯管，即机械弯管在施工中的应用，结合珠海歌剧院弧形管道施工方案，对“机械弯管”在弧形管道安装中应用的技术原理、工艺流程、适用范围、注意事项、效益分析等展开研究，为弧形管道安装效果的提升而努力。关键词：弧形结构弧形管道机械弯管中图分类号：C35文献标识码：A前言：随着经济的发展和人们生活水平的提升，人们对建筑的要求不仅表现在建筑的安全性和舒适性方面，而且对建筑物的美观和观赏性也提出了更高的标准，建筑施工过程为满足人们的需求，不断对施工工艺进行调整和深化，“机械弯管”即是建筑弧形管道安装工艺不断升级的产物，使建筑感官效果更理想。一、技术原理“机械弯管”在弧形管道安装中应用的技术原理即根据设计图纸将管线综合深化，应用AutoCAD测量管道整体弯曲半径R，绘制大样图，并测量出相应长度AC及弯曲半径管材的偏移量BB’，应用弯管机弯制管道，经校验、二次弯制、直至管道弧形预制成形，达到现场需要的使用要求，如图1所示，A-B-C代表原管道，AB’C代表弧形管道，BB’为弦高，根据弦高BB’确定管道是否达到所求弧度。以珠海歌剧院弧形管道施工项目为例，此项目总用地面积57669㎡，总建筑面积约59000㎡，主体结构为框架剪力墙结构，整体规模包括1600座结构高度为60米，构筑物高度为90米的大剧场和600座结构高度为36米，构筑物高度为56米的多功能小剧场，构筑物大部分为异型结构，其中地下室车库、大小剧院主体（包括观众厅、后舞台、钢结构外架等）管道繁多，安装专业设计的管道为配合土建建筑不规则弧形的外部形状，均设计为弧形。其在弧形管道安装中“机械弯管”技术的应用，首先要结合其实际设计图纸，对弧形管道的走向、环境、支撑结构等进行全面、综合分析，并利用AutoCAD软件对项目中的弯曲半径进行准确测量，以测量结果为依据进行大样图的编制，确定弧形管道的水平长度及弦高，为机械弯管的具体弧度提供依据[1]。图1“机械弯管”在弧形管道安装中的应用技术原理简图二、工艺流程（1）图纸深化：根据原设计图纸进行管线综合深化，将尽量将弧度统一，同时确定管道标高及分支管位置，进行管线综合布置，确定弧形管道的弯曲半径，这一步骤可视为弧形管道施工的起始点，为后期各道工序的顺利实施奠定基础，决定着整个弧形管道施工的其它技术数据，因此最为重要，故要求必须确保其精确度和与其它管线的空间合理分配，这样既增加观感效果又方便操作，另外，在图纸深化的过程中，将管道按照规格型号进行编号，形成流水生产线，可提高施工质量及进度，珠海歌剧院的部分施工详细信息如附图一所示[2]。（2）管道定位：在土建结构浇筑完成后，根据深化图纸进行管道定位，确定支吊架位置及形式，例如珠海歌剧院项目，在土建完成主体施工后，其将在车库、小剧院、大剧院等具备安装条件的部分进行各个专业管道定位工作，确定所采用支架的具体坐标位置及样式。（3）统筹排料：根据深化图纸进行各系统管道下料，同时编号记录，弹出管道中心线，沟槽或丝扣连接管道进行压槽或套丝；例如珠海歌剧院在弧形管道安装中应用“机械弯管”时，将各种需要弯曲的管道用CAD制图软件精确进行弧形分段，并将各分段管段的长度、弯曲半径等参数记录下，根据所绘CAD详图，进行各管段的下料，严格按照图纸及现场实际情况，尽可能将管线综合为同一弧度，即弯曲半径一致，根据系统所需管道规格型号，进行统筹排料，减少新的偏移量的确定次数[3]。（4）确定偏移量：应用AutoCAD测量管道整体弯曲半径R，将下好料的管道分段编号，然后进行现场加工，根据所记录的参数将管道制作成现场做需要的形状以满足现场施工要求，其主要编写所弯制管段的安装区域号码、系统、管材规格型号和弯曲半径，如在珠海歌剧院项目中小贝壳-喷淋管道-DN50-弯曲半径180米，编号为X-P-DN50-180，弹管道中心线，在两管端通过挂线锤确定中心点，再用墨斗弹出中心线，弯管时中心线与两只挡模板上的中心重合后，然后进行弯制，此方式可避免管道产生扭曲，保证平面度的重要措施，绘制大样图，应用CAD软件，结合设计图纸，计算出管道弯制弧度，通过计算弦长得出管中心偏移量，以此作为控制管道弯曲弧度的准确参数，将制作完成的管道运送回施工现场，根据前期所做的定位，将管道安装至相应位置，测量出相应长度AC及弯曲半径R管道的偏移量BB’。（5）管道试弯：首先在弯管机限位处安装标尺，试弯管道，计算管道实际偏移量m与标尺显示数据n之差，即可得出管道偏移量的标尺数据M，试弯的主要目的是确定管道偏移量的标尺数据M，此数据应在弯管机使用过程中多次校验并修正，避免因更换模具及设备磨损等出现累计误差，确定弯管机或自制弯管器的限位，由于同一规格型号及弯曲半径的限位相同，避免反复调整限位，方便操作、减少误差。（6）管道弯制及弧度校验：初步管道弯制完成后，进行弧度检查，校核各顶弯点是否满足尺寸要求，如不满足，重新调整限位，弯制将设备中心线与管道中心线对齐，调整限位至相应的标尺数据M，启动设备倒顺开关向前，在管道即将滑出模具前停止，然后将开关调至相反方向，来回2-3遍，即可进行弧度校验。相同弯曲半径或相同规格的管道尽量成批弯制，避免反复调整限位或更换模具，管道弯制完成必须进行校验，若出现误差须调整限位进行二次弯制，并更新实际偏移量的标尺数据M。三、适用范围“机械弯管”在弧形管道安装中的应用，并不适合于所有的弧形管道，其对管道的半径、所应用的工艺、弧度的大小等都有较严格的要求，管子在机械弯曲过程中其外侧材料受到较大的拉力，而内侧材料同时承受着较大的压力，所以在机械弯曲后，其外侧管壁将相比之前变薄，而内侧管壁却明显加厚，如果机械弯管使管道的变形量过大，则会导致外侧开裂，而内侧起皱，所以在具体的“机械弯曲”操作中不能忽视管材实际的弯曲性能，另外，当“机械弯管”的机械外力撤消后，管子会自行产生回弹能力，使产生的弯曲弧度发生变化，即BB’变小，此时应注意所形成的管型弯曲误差，现阶段机械弯管主要适用于以下范围：（1）适用管道管径DN50-DN200管道，可根据现场实际需要定做，DN50以下管道可选择手动液压弯管机弯制；（2）适用整体弧度较小，即弯曲半径较大的弧形管道弯制；（3）适用焊管、镀锌钢管等可锻压材质管道，铸铁管等较脆裂材质管道则不适用。四、注意事项（1）弯管机，（如附图二）属于较大型设备，使用前对设备进行全面检查，保证其拥有良好的接地和电气绝缘，电压稳定，检查其润滑部位，杜绝缺油和无油情况的发生，以加工管径作为管模的选择依据，并按顺序放好，不得在管子和管模之间加油，在正常运用机械弯管前，进行空车试运转，检查机械运转是否正常，电器开关是否灵敏好用，弯管及拆卸工作必须由熟练人员操作，并指定专人操作弯管机开关，在机床开动时，操作者不得离开弯管机，弯曲管材时人不能站在机床头部，工作完毕关闭电源，班前班中严禁饮酒[4]。（2）需要弯制的管材必须有制造厂的合格证及质量保证书，且需对管材的外径、壁厚、是否有裂纹等进行严格检查，避免弯制过程导致管道损坏漏水，具体管材的选择标准以上述第三点为参考。珠海歌剧院在进行管材选择时，首先，在施工的前期，按照图纸计算工程量，根据施工图计算工程量制订的材料计划表中的型号、规格，购买合格产品；其次，保证，管材必须有制造厂的合格证和质量保证书，管材应逐根进行外径和壁厚的测量；管标的外表面应光滑，无裂纹和腐蚀现象，具体各种材料的质量要求及进场验收参照相关验收规范和施工单位质量管理手册等相关规定，送检材料严格执行相关规定的要求，确保材料质量满足工程需要，所以管材质量较有保证。（3）管道弯制后必须进行弧度校验，避免管道安装后整体弧度不均匀，影响美观。如珠海歌剧院管道的连接工艺有螺纹连接、压槽连接、卡压连接及焊接等，需要顶弯的管道在顶弯之前应将丝口、压槽及焊接坡口加工好，丝口应用丝口帽加以保护；弯管加工时对接焊口应在距顶弯点大于等于管径的位置，焊接管的焊缝应避开受控（压）区；在弯制时要注意每根连接管口要预留一定的距离，防止连接管焊口、槽口、卡位的产生的偏离过大，不能满足要求，保证在每根将要弯制的管两边预留满足连接管件安装位置的距离；注意现场预埋的过墙孔洞、梁孔洞、楼板孔洞的厚度与弯曲弧度，整个施工过程对安装技术的要求较高，而且错综复杂，为保证其机械弯曲应用弧度与管道弧度一致，进行弧度校验具有必要性。五、效益分析相比人工顶弯法制作弧形管道，机械弯管法有以下优点：(1)管道弯曲弧度均匀、美观机械弯管所产生的外力均匀，在管道材质优良的情况下，大批量的弯曲后，所有管道的弯曲弧度基本保持一致，而传统的人工顶弯法，由于施工人员的弯曲工艺、个人身体素质、对弯曲设备的使用水平等方面存在较大的差异，所以即使同一批管材在弯曲后其弧度、整体美观程度等也存在较大的区别，将不同弯曲程度的弧形管道在实际施工中应用，其不仅美观度差强人意，而且在安装安全性上也很难得到保证。(2)操作简单快捷，有助于提高效率、缩短工期机械弯管技术其弯管的质量和效果完全取决于弯管机规格和管材的质量，当两者得到保证的前提下，弯管机可实现全天候持续高水平作业，而人工顶弯法的弯管质量取决于管材质量和人工技术水平，而人工技术水平有较大的波动性，而且受到多方面因素的制约，例如人工的生理变化、施工的环境变化等，所以相同规模的管材弯曲，应用机械弯曲技术其应用的时间和实际产生的效果会明显优于人工顶弯法。(3)节省人工，压缩成本传统人工顶弯法其施工完全依赖于人工，弯管适量越多，所需要的人工数量也会随之增多，而人工的增多必然导致生产成本的上涨，而机械弯管技术，其施工完全依赖于弯管机，人工主要负责开关的控制，所以并不会因为弯管数量的增多而导致人工规模的增大，而弯管数量的增多会提升弯管机的使用率，使弯管机的使用价值提升，这是缩减成本，创造经济价值的体现。结论珠海大剧院造型独特、结构复杂、管道系统繁多，大面积的弧形车库及车道、弧形立管井给施工带来一定地难度。经过专家论证及现场多次试验，最终决定采用机械弯管制作安装弧形管道，仅用一周时间完成了弧形管道样板段施工，得到了业主、监理、设计及建筑行业专家的一致认可。立足当前建筑行业，是一个追求效率和质量的时代，成熟、高效的工艺是行业发展必然之趋势。参考文献[1]李玮，张召春，陈敏，汪壮，曾凤艳．现代弯管工艺在工程机械驾驶室制造中的应用现状及发展趋势[J]．工程机械．2011，02：56-59．[2]唐学峰．基于嵌入式运动控制器弯管机数控系统研究[D]．南京：江苏大学，2010．[3]薛峰．基于三菱FX2N的自动弯管机控制系统的设计与实现[J]．苏州：苏州大学，2010-10-01．[4]王鹏．基于机器人的弯管缠绕机控制系统设计[D]．哈尔滨：哈尔滨理工大学2013-03-01．附图一：珠海大剧院弧形管道样板段（深化图纸）（现场照片）附图二：弯管机