大体积螺旋造型电气设备安装方案设计及应用

郑 波 蒯袁林

（合肥探奥自动化有限公司，安徽 合肥 230000）

0 引言

本大型展品作为某科技馆的标志性展品，灵感来源于战国时期的伟大诗人屈原的长诗《天问》，由合肥探奥自动化有限公司设计安装。其整体造型为螺旋上升的倒圆锥体，高13.6 m，最大半径8.6 m，重约15 t，由173.5 m的螺旋轨道组成。中部为方形钢架支撑，原设计为钢管轨道，由1 800根灯管并列盘旋组成演示主体，可变换多种颜色，寓意展现中华民族对自然和宇宙的强大求知精神。

1 承重设计

该展品螺旋轨道总长度173.5 m，成型高度13.6 m，到中心立柱最大半径8.6 m。因造型复杂，无法用钢管弯制。为保证轨道造型和原设计造型贴合且能承受灯管组件的重量，改为采用PVC软管弯制成螺旋造型，在PVC软管上带胶缠绕碳纤维的方式来制作。

2 PVC软管造型

2.1 PVC软管造型原则

由于轨道造型为空间无规则螺旋造型，为保证造型的准确美观，采用“分段拟合法”，即将螺旋轨道以0.5 m的长度进行分段，共分为347段349个端点，计算出各点的空间三维坐标，制作时PVC软管造型只需按照顺序依次找出各点的三维坐标即可，如图1所示。

图1 螺旋轨道分段示意图

2.2 坐标系的建立及活动坐标仪的安装使用

（1）制作PVC软管造型需要找到分端点的三维坐标，在空间测量三个数值（X，Y，Z）操作比较困难且无法精准地找到分端点。现采用极坐标方法，设立柱的中心为原点（0，0），如图2所示；底座的下端为Z向零点，如图3所示；将分端点的（X，Y）坐标投影到平面XY上，转化为到圆心距离和角度之间的关系，如图4所示。

图2 现场位置示意图

图3 底座结构

图4 三维坐标系

（2）立柱围板安装在较高高空，安装人员操作时必须按要求穿好安全带并相互检查，戴好安全帽并互相检查。

（3）现场有高空作业车两台：1）剪叉式升降平台SJY0.3-18型，起升高度18 m，作业高度20 m，最大载荷300 kg，电动液压升降，如图5所示；2）曲臂式升降车GKT-15型，起升高度13.5 m，作业高度15 m，最大载荷200 kg，电动液压升降，如图6所示。根据现场施工环境选用不同型号的高空作业车，若同时使用需分清主次，做好配合。

图5 剪叉式升降平台SJY0.3-18型

图6 曲臂式升降车GKT-15型

（4）高空作业车使用方法及注意事项：

1）每次使用时，要认真检查液压、电气系统，确保无渗漏或线路无松动方可使用。

2）平台使用时，支腿应牢固地支撑在坚实的地面上，必要时可使用枕木，将平台调至水平（目测即可）。

3）长期不使用的平台，使用时空运行1～3次后方可加载作业。

4）载荷中心应处于工作台面的中心位置。

5）工作台护栏的活动门关牢锁紧后方可作业。

6）该设备由专人负责操作、维护且每步操作时均需告知参与人员下一步的使用动作。

7）平台工作时，工作平台应保持水平。

8）平台升降时，严禁人员攀爬，严禁无关人员靠近、触摸操作。

9）支腿未撑紧不得作业，平台升起后不得移动。

10）平台使用过程中严禁超载、超高，升降过程中货物不得移动。

11）剪叉式升降平台，使用时需系上安全风绳，悬停操作时风绳与固定点连接牢固。

12）定时检查各构件，如遇突发情况，不要慌张，将平台上人员安全降落，及时报厂家或专业人员维修，切勿盲目操作。

2.3 辅助支撑焊接

（1）按要求算出轨道节点A（L，@，Z），利用活动坐标找出点A（L，@）坐标后，将激光测距仪安装座移动到标尺L尺寸位置，锁紧激光测距仪安装座。用高空作业车将对应的辅助支撑平稳地送到A点以上的空间位置，利用辅助支撑上的激光接收盘来调整辅助支撑的位置，如图7所示。利用激光测距仪测量出Z向尺寸后，用重锤来校核点位置，误差控制在10～20 mm，如图8所示。

图7 激光测距仪安装座位置

图8 激光测距仪配合重锤校正

（2）核对好位置后做好标记，拿下激光接收盘将辅助支撑尾部与围板焊接（焊接牢固可靠），切掉辅助支撑头部多余部分，如图9所示（切掉的多余部分应放在登高车里，运送到地面，严禁高空抛物）。将轨道支撑架焊接在辅助支撑的端头，如图10所示，轨道支撑架方向与辅助支撑垂直，若辅助支撑的跨度较大，焊接完成5～10个辅助支撑后可将其整体进行加固或者吊装到钢架椭圆环上。依次类推，将所有辅助支撑焊接完成，注意整体造型，进行动态调整。

图9 切除辅助支撑头部多余部分

图10 轨道支撑架焊接

（3）待到所有轨道支架完成后，将PVC软管按顺序放到轨道支架上，调整好造型后，用扎带固定住，如图11所示，PVC软管造型结束。

图11 扎带固定示意图

3 结语

该工艺采用现代工程思路，从设备减重、复杂形状分段、极坐标与空间分区融合、施工作业安全、设备精确定位及固定等角度出发解决问题，适用于各类大型不规则电气设备的安装，已在多个不同项目及复杂场景中得到应用，均在较短时间内完成安装并通过质量检验，安全高效、节约人力。在对成本、质量、安全要求日益提高的今天，该工艺具备相当的实用价值。