结合冶金工业厂房设备基础变形监测谈设备点检信息化管理

2022-11-22徐艺泽

中国金属通报 2022年10期

徐艺泽

我们在建设一个高质量、高水平且具有较强国际竞争力的现代化钢铁企业时就需要拥有健全的技术设施保障体系来为其企业的生产运作、产品质量服务提供有力支撑。减少因为设备原因的影响而给钢铁企业安全生产带来的损失,形成一套科学有效的设备点检和维护管理战略和控制模式,确保设备稳定、正常运行的安全和可靠,做好全员共同参与的预防性维护,是对钢铁装备制造企业现代化的重中之重。

设备基础等的定期变形监测工作是重型设备厂房运行点检管理的一部分,属于精密点检，区别于设备检查，设备点检是一种设备管理方法，点检的“点”是指设备的关键部位，所谓点检，指为了维持生产设备原来的性能、确保生产和设备的稳定运行，对设备进行预防性检查，点检可分为日常点检、定期点检、精密点检。精密点检即是采用精密仪器对重点检查点位进行标准化模式化检验监测。目的在于防患未然，保证厂房和设备的性能稳定，延长使用时间和效率。变形监测对厂房设备等实行的定期数据监测，然后整合数据资料进行对比综合分析，具有较强的针对性和科学性。本文在深入地研究和分析重型设备基础、厂房变形监测工作的基础上,以唐钢新区重型设备基础、管架及重要厂房设备等定期变形监测过程及其结果为主要研究对象,提出了一些设备运行管理中可能存在的问题,从设备运行管理中的组织机构如何改进、设备管理的工作流程如何优化、全员参加到生产检维护和设备管理的信息化运行、评价中来等几个方面,并且在这几个方面中都已经提出了一些有助于企业设备管理点检的措施。

1 变形监测的重要性

建构筑物和设备在其施工或者运营的过程中，由于其地质条件、土壤特性的不同，地下水位和气候温度的改变，建构筑物设备的荷载和其他外力作用等的影响，导致建构筑物和设备伴随着一段时间而发生的竖向升降、水平位移、挠曲、倾斜、裂缝等，统称之为变形。各种建设工程中所有的建构筑物或设备在其实际施工及运营中，都会产生一定的变形，如果这样的变形参数符合各项规范标准要求，那我们可以视为正常现象，但是如果对实际生产运行及周边环境产生影响且各项参数超出标准规范规定的限度，就有可能会严重影响正常的生产运行抑或是更加严重的危害人身财产安全，因此我们需要针对施工及运营过程中的重点建构筑物、设备及已经出现变形的施工建构筑物进行变形观测,掌握它的变形量、变形的发生趋势和变化规律，以便一旦发现有不利的变形情况能够及时采取措施，以确保施工运营安全和建构筑物设备的安全，同时也为今后更科学合理的设计和运营管理提供资料参考。唐钢新区地处乐亭经济开发区腹地临海而建，沿海地区多为软土地基，土地承载力低，软土承载后变形量大，考虑到地基的特性及厂房设备对安全生产的重要性，非常有必要对厂房及设备管架基础等定期进行变形监测。同时《建筑变形测量规范》（JGJ8-2016）明确规定软弱地基上的建筑物地基基础设计等级为乙级建筑，在其施工过程中和其使用过程中都应当对其进行变形测量。在唐钢新区主要考虑针对建构筑物和设备的垂直升降变形的沉降观测和针对厂房大型设备等倾斜、水平位移的变形监测。

1.1 沉降观测

沉降观测的主要技术特点主要包括以下三个方面：①观测的精度高，由于所有沉降观测的结果都直接地关系着所有建构筑物的安全运营和正常使用，影响对沉降的原因和其规律的正确认识和分析，因此观测必须要具有极其高的准确性。沉降观测的精确性要求，取决于该项工程建构筑物的危险限值或是预计沉降量大小。②重复观测次数多，建构筑物因为各种原因而产生的沉降一般都需要一定的时间阶段，计算其沉降量最基本的方法之一就是计算建筑物上的同一点在不同时间段内的高程差值。这就需要沉降观测必须遵循一定时间周期内的重复观测。重复观测的频繁性主要取决于所预计沉降量的大小，观测目的和沉降速度。③数据处理严密，建构筑物内部的沉降通常都比较小，甚至往往与实际观测的精度相当，处在了同一个数量级的水平；同时，重复观测的数据体量相对较大。为了能够精准地提取沉降的相关信息，必须使用严密的数据处理技术。而且数据的处理也是一个沉降分析、预报的过程。根据沉降观测精度要求很高的特殊情况，仪器采用精密水准仪配合因瓦合金尺。沉降观测点是指将一个或多个要求进行观测的建筑物或者其他设备上所需要安装的一种测量指示标志。观测点的大小及其数量与地理位置，应该能够完全地反映出一个建筑物的沉降状态，结合厂区需要进行监测的建构筑物和重要设备的位置、外部形态、荷载等情况同时兼顾观测方便综合考虑在钢结构的建构筑物的支柱上采用焊接的方式，在混凝土支柱或基础上采用镶嵌的方式安装观测点。厂区沉降观测基准点镶嵌在30 米以上深度的管桩上，坚实稳定，均匀分布在各观测区周围。采用精密水准测量的方法，以高程基准点作为计算依据测量沉降观测点，采用闭合或者附合路线，在观测过程中我们应尽量配备固定人员和仪器、尽量采用固定的路线。实际观测中采用往返测，偶数进站、都要采用闭合的水准路线进行观测，各项检查指标之间限差均应完全符合相关国家规范规程标准。

1.2 变形监测

针对建构筑物及设备水平位移和倾斜的变形监测，考虑使用三维激光扫描技术，优点在于更加准确直观地观测待测物体的几乎全部可见信息,有利于工程管理者及时发现问题，并随时排查和修复，降低工程潜在危害。使用三维激光扫描技术进行变形监测可以有效提高作业效率，通过比对监测点的三维坐标一次性获取垂直与水平位移的变化量，主体思路如下：

（1）监测点的设计,三维激光扫描仪的扫描速率高达每秒钟100 万个点，散落的点云具有丰富性与随机性，无法在所得的点云数据中准确选取某一具体位置的点云坐标。需要借助外表光滑的标靶球，点云均匀地排列在球体表面，借助专业软件通过选取球面点云数据以最佳拟合的方式获取球体模型，并提取球心坐标。根据以上需求，需要在厂房主体竣工后将靶球焊接在厂房立柱的侧面，以便于随时获取靶球的扫描数据。

（2）三维坐标的传递,三维激光扫描仪获取的点云坐标依托于与之配合使用的全站仪。要合理避开易沉降区域，在厂房外部地面坚实稳固的地带建立高精度的控制网。依靠全站仪将三维坐标赋予到各个扫描站中，借助控制网的精密性与关联性保证所拼接点云数据三维坐标的准确性。

（3）扫描仪测站的拼接，考虑到钢铁厂内部的车间厂房跨度大的特点，相邻扫描站互相拼接的当时可将每次拼站引起的点位误差向后传递并随着距离的增加被逐渐放大，应用全站仪赋予扫描仪与定向靶球绝对坐标的方法进行测站拼接，保证测站之间的点云数据都具有极高的精度，相互独立、互不干扰。

（4）获取监测点点位坐标，扫描所得的点云原始数据拼接完后，每个点云都有了准确的三维坐标。

（5）数据对比，以首次扫描获取的监测点位的坐标为基准数据，将在此之后扫描获得的球心坐标与基准数据对比，得出厂房在各个监测点所在位置下的垂直与水平位移。

通过定期沉降观测及变形监测所得观测点点位沉降情况一览表及沉降速率曲线，水平位移通过位移曲线变化图可以直观的检测出哪些危险因素的存在，及时预警及时维护。

2 变形监测与设备点检管理

变形监测属于厂房设备点检管理中重要一环，通过专业人员精确测定厂房及设备基础等的精密变形数据，通过分析对比，直观呈现监测点的变化趋势，参数状况。管理人员通过专业软件数据分析可以做到及时预警及时应对。这种精密的点检措施是对常规点检方式的权威的有力支撑。同时依据三维激光扫描仪的数据可以做到对设备和监测点的深度实景重现，对于人为疏忽、安全原因等点检不到位可以通过扫描数据轻松实现点检管理和溯源。依托三维扫描变形监测数据和专业BIM 软件也可以实现设备BIM 管理，构建BIM 管理平台，输入管理数据属性编码做好数据维护实现可视化、可联动化设备管理。但同时这种方式也有一定不足，涉及到精密观测方式及数据处理的时效性，得到的数据不能实时反馈到管理人员手中，不过通过对特定点位加强监控，投入监控设备，加强对管理系统软件的改进相信未来会做到更加实时、准确、高效。

2.1 三位一体点检制

所以我们认为有必要通过研究建立三位一体的日常点检制，即研究建立由各个专业生产设备操作技术人员、维护管理工作人员、设备维护管理人员共同组成的日常专业点检，各个系统专业点检技术人员的定期日常点检和各个设备维护管理人员专业点检技术人员共同组成的精密日常点检，三种不同的技术层次不同类型的日常点检工作人员对同一个生产设备系统进行定期检查、维护和检测诊断的“三位一体点检制”①各个岗位的日常点检安全管理是基础，它们构成了安全的生产装置及厂房安全防护管理体系中的第一道防线。是由各个岗位的操作者、运营管理人员、检维护人员经营者通过直接身体感受及简单的加工器具对各种设备零部件进行日常的维护和保养，并将所有点检的结果通过点检记录的方式上报到本地区域的专门点检工作者。必须形成一个点检记录而且要将以往凭经验靠感觉的抽象监测具体化形成一个网络记录，点检人员可以分为三级专门点检，对重要的设备，隐患装置等进行一个重点点检，对所有负责装置的设备在工作中的运转状态都要进行一个整体，全面的监控。②有专职点检，每名点检员分别负责本工作区域内厂房设备运行状态的检查和故障诊断、定期针对设备采取倾向性检查和管理，并定时、定点地进行设备点检及日常维修。专职点检人员是安全生产管理体系的中心，是安全生产设备和厂房安全防护管理体系的第二层安全防线，由具备点检人员资格的特派专职点检人员按事前制订的点检方案以及点检路径示意图定期针对所属区域的安全生产设备进行点检。③精密设备点检,精密设备点检工作是前两位的一次深化和提升，是安全生产技术装备及厂房安全防护管理体系的第三道防线，在认真做好各个专业点检的基础上，更进一步地开展和完善精密设备点检的工作，这也是设备点检工作中不可或缺的一项。精密点检主要指利用精密仪器或技术对设备进行的精准参数化的检测，或者运用自身的诊断技术来准确掌握设备的运行状态，通过对设备中的各项参数，如振动、温升等的物理变化量，并对这些数据进行分析和比较，定量确定了设备的技术现状、优劣倾向的程度及发展趋势，例如，重型装备厂房基础沉降观测和变形监测等，以判断其修复和调节的必要性以及为技术上的决策工作提供了依据。

2.2 企业应当制定严密的点检标准及预案系统

点检的标准详细地规定了每一次点检操作的基础性内容,使所有的检查点都能够做到定点、定法、定标、定期、定人，点检的标准也就是我们编制点检计划的重要依据。编制的点检技术标准的内容主要包括确定检测部位、项目以及其他内容；确定了检查手段、设施运行情况的状态指标;确定被检测结果的评估基准；确定点检周期和点检分工。在有了一套标准和完整的点检制度之后就应该建立起相应的事故处理预案系统，各个作业区必须针对关键厂房设备和重要的生产设施、易出现事故、失灵等重大安全问题而构筑起来的应急处理预案，务必能够做到其内容具体，可操作性较强。安全事故应急预案需要严格落实至每位点检员中，并在每月的安全例会上认真组织学习。

2.3 建立设备和厂房历史的档案管理

设备的档案管理工作也是设备管理中一个重要组成部分，每台设备各个重要的厂房等均配置了一个完善的档案，其中这个档案的全面性和准确程度都应当精确至少达到每次检查时间和记录。历史档案务必实现电子信息化，设备台帐中的各种通用设施和设备的卡片，它们应该被认为是每一台设备的完整档案，包含了设备的明细、各种设施的运营状况、各种设施的维护和检修工作情况、各种设施的备件置换工作情况以及各种附属设施的正常运行工作情况，能够很好地实现针对每台设施的档案信息化。电子信息化的档案也要具体安置到每一个设备和监测点，设置专门的二维码，借助厂区的网络信号覆盖每次管理人员点检时直接扫描二维码，即可显示设备或者监测点的所有信息，并且可以根据权限设定进行相应权限的编辑和增补信息，实时动态更新信息档案。并且具化到一点一对应的情况下也方便获取原始监测资料和维护维修保养，大大提高设备管理的效率。

2.4 建立设备点检管理评价体系

完整的设备点检体系需要评价激励机制保驾护航，因此有必要建立一套设备点检管理评价体系，通过数据量化进行分析和评价体系运行的效果，做到结果科学、公平、公正合理。对不同岗位的人员进行不同维度的评价，对结果和过程同时进行管控，保证目标结果的顺利实现。对设备管理人员的评价需要从结果进行评价，可以从全厂的设备完好率、维修费用、设备故障间隔时间和设备故障频率等维度进行评价，从设备管理结果上进行管控，评价设备管理的水平。对不同层次人员的评价主要从过程和结果两个方面进行评价，高级管理人员需要强调结果的评价，中级管理人员需要强调过程和结果并行，初级管理人员主要是在过程管控上。对点检日常操作人员主要是对其执行过程的评价，如是否按照企业制定的标准进行日常的点检工作。需要不同层级的人员监督检查执行情况，把日常执行情况、日常点检结果和月度绩效进行挂钩，设备年度汇总数据可以为年度评优评级、升职加薪等年度绩效提供参考数据，确保点检管理体系落地执行到位。

设备管理体系要运行通畅，需要一定量的基础数据作为支撑，进行客观统计分析和评价，而且这些数据要真实可靠，这样执行数据分析出来的结果才有意义和价值，才能在执行过程中有效地进行纠偏。因此也需要设备管理信息化平台来提升设备管理的效率，这也是目前智能制造的一部分。企业数据的透明化，同时也体现了公平化，因为所有数据都是由信息化系统自动生成的，都是由上下链记录产生的。有了系统数据分析，也能够更准确和全面地对设备管理进行分析和评价。

2.5 设备点检团队建设

完整的设备管理体系涉及到多专业多工种人员，如机电、通讯、测绘等专业同时还包括设备故障分析、准备备件等内容，尤其运行到一定程度时，需要不同层次的人员共同完成。例如，对于点检日常操作人员来说，需要加强他们对设备的管理认识以及日常维护技能，养成日常操作习惯。要加强对点检人员进行技能和方法的培训，保证落实到每一步。维护管理人员的响应和技术会直接决定管理体系运行的效果，也要加强对维护人员进行管理和技术培训，提升不同岗位人员的专业水平。在制定保养标准、点检标准和检修标准时，让各专业人员共同参与，通过制定这些标准，相关人员可以系统地学习和了解设备结构和性能，提升对设备的认识度和熟悉度。通过对这些标准的多维度讨论和分析，人员能更好地掌握设备的重要部件和关键技术，提升标准的质量，提升工作效率。