有色冶炼厂大型钢结构吊装施工关键技术研究

关键词：有色冶炼厂；大型钢结构；吊装施工；吊装路径；多机协同；施工安全

1、引言

在我国冶金工业快速发展的背景下，有色冶炼厂作为关键基础设施，其建设质量直接影响金属提炼效率与能源消耗水平。由于其建筑物结构跨度大、工艺设备集中、结构件单元尺寸大、重量重，使得大型钢结构吊装施工成为决定工程整体质量与工期的关键环节。然而，目前工程实践中仍面临诸多技术瓶颈：如吊装路径布设不合理、场地受限构件组拼精度差、构件起吊受风载和偏载影响大、以及多台吊装设备协同作业控制难度高等。为此，本文从工程应用需求出发，聚焦大型钢结构吊装施工的关键技术展开系统研究，以期形成一套科学、可操作性强的吊装技术体系，助力冶金工业建设提质增效。

2、吊装施工难点分析

2.1 构件分段运输与场内拼装困难

在大型钢结构工程中，由于构件常常超出运输通行限值，尤其在有色冶炼厂此类厂区，常伴有狭窄的厂区道路、转弯半径不足及地基承载力有限等问题，导致无法实现整体运输。以本研究项目中某跨度达34m 的主桁架为例，其整体长度和质量远超市政道路运输标准，必须采用“工厂预制 + 场外分段 + 现场拼装”的分段施工方式。然而，分段拼装面临两方面技术难点：一方面需确保接头节点加工精度及传力稳定性，采用传统插板加螺栓连接方式时极易因构件自重引起局部变形，导致装配偏差；另一方面，拼装位置的场地布设亦需精确规划，既要避让吊装路径，又需保障吊车作业安全。为此，需在设计阶段同步开展运输路径模拟与构件分段优化分析，并在施工阶段设置可调式拼装胎架，结合激光对中与高强螺栓预紧力控制，实现现场高精度、高效率组装。

2.2 空间受限与吊装路径冲突

冶炼厂的主厂房和辅助设施设备布设密集，常存在多层管廊、轨道通廊、管线井道等竖向与横向交叉结构。钢结构构件在吊装过程中不仅需通过有限的竖向空间，还要避免与既有设备、塔器、钢梯、电缆桥架等产生干涉。吊装通道空间不足使得传统的线性吊装路径或“起- 旋-降”模式难以实施，尤其是对大型吊构件的转场与姿态调整带来极大挑战。为应对这一问题，需借助 BIM 技术对施工区域进行精细建模，采用三维路径仿真进行多方案对比，提前识别可能的障碍点与冲突区域，并结合现场情况优化吊装顺序，动态调整构件堆放点与起吊顺序，保障吊装操作安全、高效。部分构件吊装时需横向穿越多个装置区，其路径不仅受空间限制，更需动态考虑厂区运行设备的震动影响、吊装作业期间的风荷载变化等动态边界条件，对施工调度与路径安全提出更高要求。

2.3 构件偏心吊装带来的稳定性问题

冶炼厂结构构件不仅体量大，其结构形式亦极为复杂，如弧形桁架、开口式箱梁、异型节点等均可能出现质心偏离现象。构件质心一旦未对准吊装重心，极易在起吊过程中发生姿态偏转、吊索张力不均，严重时将导致构件失稳、吊装事故甚至设备损毁。尤其是在双吊点或多吊点起吊方案中，构件由于自身刚度差异，在上升过程中受力重分布剧烈，需对吊点位置进行精确分析与布设。传统经验型布索方式难以适配复杂构件的实际吊装力学特性，因此需引入数字化建模与动力学仿真分析方法，进行构件姿态控制、吊点负载分配与索具刚度参数优化。现场实际操作中，还应结合智能吊装张力传感器与无线姿态监测设备，实时反馈构件旋转角度与各吊点受力状态，配合液压调整装置进行姿态微调，从而确保整个吊装过程稳定、安全、高精度完成。

3、大型钢结构吊装关键技术研究

3.1 基于复杂环境的吊装方案设计与路径控制技术

有色冶炼厂施工场地环境复杂，结构构件体量大、种类多，运输与吊装路径设计成为影响施工效率与安全的关键因素。首先，在构件运输与拼装方面，需实施“设计- 制造- 运输- 拼装”一体化协同控制。构件在设计阶段便应充分考虑运输可达性与拼装便利性，运用有限元方法对分段节点受力与安装精度进行分析，优先选用高强螺栓与套筒连接节点，并设计便于现场快速装配的榫卯定位结构。在施工现场设置可移动拼装胎架平台，配合激光对中仪、全站仪及张拉控制装置，提升拼装效率与结构精度。在吊装路径规划方面，传统二维图纸与经验判断已难以满足当前冶炼厂吊装作业的精度与安全需求，必须引入 BIM+ 吊装仿真一体化建模技术。基于 Revit 与 Navisworks 构建冶炼厂三维结构与设备模型，并叠加吊装机械作业模型，进行动态路径规划、设备布设优化与干涉检测。以CraneSim、BIM 5D 吊装模块为平台，集成吊装构件属性、场地环境、风荷载参数，构建多种吊装路径方案，通过碰撞检查与动态模拟确定最优路径，形成可视化施工指导文件。对路径风险点进行编号标注并提前设定应急预案，在现场作业中提供精准操作依据，显著提升吊装效率与风险应对能力。

3.2 多机协同、姿态调控与智能监测一体化系统构建

针对冶炼厂中桁架、组合梁等特大型构件需多台起重设备协同吊装的实际情况，需建立“构件姿态识别—多机同步控制—受力均衡反馈”三位一体的智能吊装系统。首先，构件吊装前通过布设激光测距仪、陀螺惯导模块与张力传感器，实时获取构件重心位置、吊点载荷与空间姿态信息。结合控制逻辑判断偏载趋势，提前调节索具预张力或调整吊点位置，避免起吊初期发生构件扭转或偏移。其次，在吊装过程中引入基于 PLC 与无线传感器网络的多机协同控制系统，设定主控机与从属机逻辑关系，实时同步控制起升速度、回转角度与载荷分布。控制系统内置三维实时可视界面，通过动态数据融合模型实时显示构件受力与运动状态，设定位移与角度的报警阈值，一旦偏离可控范围，立即启动联锁控制机制，实现动态纠偏与吊装暂停，有效防止构件变形或吊机失衡。在吊装全过程中，还需部署智能监测与预警系统，对吊装应力、振动、风速、位移进行多维度监控。采用光纤光栅应变计布设于构件受力关键位置，结合振动加速度计与风速仪，形成吊装“感知网络”，通过数据分析算法评估当前施工状态是否安全。基于人工神经网络构建的风险识别模型可在数据异常初现时即刻发出预警，并联动吊装系统实现紧急响应，如起重机构停止、电源切断、操作人员疏散等，从而建立完善的吊装动态风险控制闭环。通过上述关键技术的系统整合与应用，可显著提升冶炼厂大型钢结构吊装作业的组织效率、作业精度与安全水平，推动冶金工程向智能建造与本质安全方向迈进。

结论

本文以有色冶炼厂典型工程为依托，深入分析了大型钢结构吊装施工的关键技术难点，提出了包括构件运输优化、吊装路径仿真、多机协同控制与全过程监测预警等在内的综合解决方案。研究结果表明，基于数字化与智能化技术支撑的吊装体系可显著提升施工效率与安全性，具有良好的工程适配性与推广价值。未来，随着智能建造技术的发展，融合 AI 识别、自动导航与无人机协同监测的吊装系统将成为高风险工业结构吊装的研究热点，值得深入开展跨专业协同研究与实践探索。

参考文献

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