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核电混凝土的智能化突破

    6月温州,骄阳似火。从远处看,各类脚手架竖立在灰色核岛上。走近看,彩色的升降台和塔吊,飘扬的旗子,印有“责任、安全、创新、协同”的横幅,繁忙穿梭的施工工人仿佛形成一幅近重远淡层次分明的画卷。6月30日,记者实地探访正在建设中的广核浙江三澳核电项目。

    负责承建三澳核电项目的中国核工业华兴建设有限公司(以下简称“中核华兴”)是我国核电建设的先行者,已有近40年核电建设史。截至目前,中核华兴已承接50余台核电机组的建设,是国内承建核岛土建工程最多的承包商。在建造三澳核电项目的过程中,多种施工技术及工艺首次创新应用;与此同时,通过多个项目试验、升级的智能化装备和管理系统为项目建造赋能,不断推动着核电项目建造质量与效率的提升。在海外项目建设中,创新技术的应用,也使得“中国造”成功“海外生”。

    先进技术大幅提升项目效率

    记者在参观采访三澳核电过程中了解到,建造过程中的创新研发和先进技术应用,有效提高了该核电项目的建造质量和建造效率。

    混凝土浇筑是事关核电工程安全的关键环节。一副手套、一个马甲、一顶安全帽、一根智能振捣棒,这么简单的物件就能令混凝土浇筑的质量大幅提升?原来,这些就是混凝土智能振捣在线监测装备。

    据工作人员介绍,这些设备中都安装了感应系统,工人通过穿戴这些带感应器的设备进行振捣作业,过程中可以将振捣时间、位置和深度反馈至模型,以颜色的形式显现出来,实现混凝土振捣全过程的可视、可控、可调。记者了解到,中核华兴将该装备投入三澳核电混凝土浇筑环节,这也是在核电建造领域中的首次应用。

     混凝土浇筑到建筑楼板或墙体的预制模型内时,由于本身的黏结性,会造成有些区域无法自然流通产生气孔,需要通过振捣填充密实。以往传统的振捣方法是通过工人凭借工作经验并结合实验数据进行人工振捣,可能会导致某些区域的漏振或过振,对混凝土质量和工程安全性造成一定的隐患。“而混凝土智能振捣在线监测装备通过可视化管理,以不同的颜色来有效识别振捣程度,显示至终端平台。比如,红色表示区域漏振需要补振,蓝色表示振捣时间过长需要及时修正。”中核华兴相关负责人说。

    “经过结构块试验、模拟墙试验、现场墙体振捣试验等多次应用试验和逐步深入,验证了该智能检测技术在核电工程领域混凝土振捣的实用性与先进性。由于可以在现场实时监控振捣质量,并及时进行补振,该技术明显提升了混凝土的振捣质量,并对振捣全流程实现精细化、数字化管理。相较于传统振捣棒,该技术施工过程也更安全。”上述负责人进一步解释。

    除了混凝土智能振捣在线监测装备,中核华兴专业技术人员告诉记者,还有钢筋套丝头尺寸偏差在线检测装备、在线相机用于模板支撑体系智能安全监测装备、基于视觉测量的预埋件安装的智能质量检测装备、核电工程受限空间智能监测装备等均是在核电项目首次应用。

    中核华兴在核电建设的过程中,也将模块化施工深入推进至项目建设的各个专业,在三澳项目现场,其最大的亮点就在于模块化施工。“模块化施工不仅能够明显优化主线工期,还能将现场作业转化为车间预制。这样一来,作业人员的作业环境得到了改善,降低了安全风险,预制构件质量更容易得到保证,大大提升了结构施工质量和施工工效。”中核华兴技术人员表示。

    如堆坑底板混凝土钢筋笼模块施工工艺,能够提前预制堆坑底板模块,待钢衬里底板模块吊装完成后将堆坑底板模块整体吊装就位,具有速度快、工程建设周期短、受工作面和当期环境影响小的特点。“这一施工技术在三澳核电厂2号机组反应堆厂房内部结构首次成功应用,能够缩短核岛施工关键路径工期30天,同时有效降低交叉作业安全风险、提高结构施工质量。”该技术人员介绍。

    管理系统实现智能化突破

    “中核华兴华兴除了着力于实体工作硬件设备的升级创新,还致力于核电工程建造管理系统的智能化升级,为华兴公司核电建设品牌影响力和核心竞争力的提升奠定了良好基础。”中核华兴党委书记周博在接受采访时表示。三澳核电的智能化管理主要体现在BIM(建筑信息模型,Building Information Modeling)可视化管理平台和精细化管理平台,并实现了双平台的互通互联,成功打通了模型、数据与业务流程的信息孤岛。

    “运用BIM可实现远程后台钢筋三维下料,不需人工现场下料,待全部下料后,通过精细化管理平台将数字化钢筋料单进行排产,直接传输至钢筋智能加工设备实现自动进行加工,数据共享实现智能建造。”中核华兴三澳核电项目部负责人说。

    目前BIM技术已创建了10种堆型的核岛结构三维模型,为数字化建造提供可靠精准输入。“在工程结构数字化与可视化方面可进行材料、半成品、工程量、进度及方案模拟等;在施工业务应用方面,可实现埋件自动建模、模架自动布置、钢筋快速翻样、钢结构深化设计等;并能够与钢筋自动化生产、预埋件自动验收、3D打印、三维扫描等先进技术装备融合应用。”该项目负责人举例。

    据了解,精细化管理平台将合同、图纸、技术规格书等所有的目标工程信息通过平台进行整合,有效串联起工程施工各个环节,将项目工程分类为工作包模块、加工生产模块、配送管理模块、施工管理模块和商务管理模块等,能够保证施工组织衔接顺畅,有效提高现场施工效率,进而提升施工工效。此外,精细化管理平台能有效记录项目在生产活动中的资源投入,形成大量数据,并对全周期数据进行有效分析,为后续机组建设提供宝贵的参考数据,进而提升建设经济性。

    在工程施工各个环节中,中核华兴在智能焊接的管理应用方面实现了重大突破。焊接自动化管理平台不仅能够进行焊接工艺的管理,还对焊接焊工资格、焊材发放、领用、焊缝检测、焊检测委托等一系列焊接流程进行管理。据了解,大量的数据输入之后,可以借助数据二次赋能,实现整个焊接工作乃至钢结构工作的智慧化改造。

    截至目前,这一焊接自动化管理平台已累计节约核级焊工人力成本3000余万元,取得显著的社会和经济效益,具有广泛的应用前景。“在核电建造现场,一名核级焊工需要大约40万元的雇佣成本,通过智能焊接平台代替人工焊接,不仅减少了对人工特别是对核级焊工的依赖,也带来了巨大的经济效益。利用这些管理软件信息化手段,使得核电建造工作中重复性高的工作以数字化方式精简,岗位减少了,组织质效却提高了。”该项目负责人说。

    先进创新技术走出国门

    据了解,中核华兴已承建10种堆型、50台核电机组及8台常规岛工程的建造工作。其中,更是承建了巴基斯坦的卡拉奇、恰希玛共6台机组。 

   “海外华龙一号首堆,首次采用‘开顶法’施工,为反应堆厂房管道焊接提前4个月具备施工条件。FCD(the first concrete date,即第一罐混凝土浇注日期)至具备穹顶吊装条件共用时22.5个月,比国内首堆工期缩短1.5个月。”中核华兴核电事业部技术负责人介绍。

    记者了解到,开顶法施工技术是中核华兴在海外项目无成熟经验参考、质量安全风险大的施工条件下,打破固有施工逻辑的创新施工方法。“‘开顶法’实现了水锈钢水池‘后贴法改先贴法’模块施工,优化了土建工程施工逻辑,改变了以往核电主设备传统的引入方法。采用这一技术后,K2、K3主管道焊接较传统施工方法分别提前了7.5、9个月启动,比原进度计划分别提前4.5、7.5个月完成。”该负责人指出。

    在“华龙一号”海外首堆项目策划初始,中核华兴便提出钢衬里必须采用模块化施工。“钢衬里走在土建前面,堆腔不锈钢覆面也要用。只有这样,内部结构施工才能保证压力容器的安装,才能保证首堆不拖期。”

    在钢衬里模块化施工过程中,施工团队不断进行着创新与试验。“钢衬里由13层变更为9层,团队与厂家协商定制超宽板,减少了40%的现场拼装量,降低了现场的安装难度和施工风险;由于底板与加腋区连接焊缝距离间隙15公分,距离地面20公分,焊接施工难,质量保证难,因此必须采用模块化,底板环段与加腋区模块施工便诞生了。”钢衬里施工的技术负责人讲述道。

    据悉,巴基斯坦卡拉奇K2、K3核电项目核岛土建工程开工至今,共被授权发明专利10项、实用新型专利16项,并取得9项省级工法,形成了新型高强混凝土、钢衬里和不锈钢模块化、双平台预应力和开顶法等一系列具有国际先进水平的建造施工技术。

 信息来源:中国混凝土网时间:2023年07月18日

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