一、业务背景

　　大型设备吊装系施工重难点专项和危大工程。在我国经济快速发展阶段，由于进入门槛较低，大量私人分包商涌入市场，导致吊装方案编制落后，大量工程仅依赖技术人员个人经验，未经过科学论证，起重机倾覆、转台分离、主臂断裂、构件碰撞等安全事故频发。

　　二、共研回顾

　　公司与上海建工安装集团机施分公司合作，成功完成了吊装仿真组件的研发，在上海市北横通道新建工程Ⅶ标段-安国路盾构机上井项目进行了验证，获得用户好评。

　　(一)客户项目概况。北横通道新建工程Ⅶ标段(盾构)工程区间隧道含福建北路井～梧州路井区间及梧州路井～安国路井区间。在安国路盾构机上井项目中，盾构主机上井拆吊采用800吨履带吊作为主体机头吊装，主机部分另需400吨履带吊配合将盾构主体部分构件翻身并解体装车。后配套车架设备使用400吨履带吊进行拆吊上井。另配置⼀台50吨液压式汽车吊作为临时辅助吊装机械。

　　(二)项目重难点分析。

　　1.工作场地狭小、周边建筑物密集，施工难度大。项目位于城市繁华地块，北侧有3根电力架空线，南侧为老洋房社区，施工作业面受到极大限制，起重设备的吊装能力无法被充分利用。吊装过程中，需要技术人员密切监视，避免盾构机零部件与周围环境发生碰撞。

　　2.超大超重构件多，对起重设备的吊装能力和地基承载力提出更高的要求。盾构机系统中超大、超重构件多。其中，刀盘直径15.56m，重403t，系本次施工中难度最高的吊装对象，需采用两台大型履带吊配合完成。并且根据场地地质资料及现场加固情况，还需在履带下垫置多块路基板，以保证地面受力平稳。

　　(三)合作进展历程。

　　技术中心的仿真团队与上海建工安装集团的专家们进行了多轮现场考察、技术研讨和测试使用活动，使技术成果更加贴近客户的实际需求。

　　2023年7月。目的：完成航拍与场地建模。结果反馈：完成北横通道安国路场地的航拍工作，后借助BIMTwins软件完成场地模型的构建。

　　2023年8月。目的：验证设计方案。结果反馈：完成单机-垂直水平吊装、单机-刀盘垂直翻转、双机-长梁水平旋转3个场景的验证。一是吊装仿真组件的核心价值初步凸显;二是针对一些复杂场景，仿真结果与实际情况存在差异;三是根据现场实际业务和吊装场景提出新的功能需求。

　　2023年8月。目的：参观实际工程。结果反馈：展示了吊装工作流程和工艺工法。使后续的仿真技术研发高度还原设备工艺行为，仿真结果高度符合实际工程情况。

　　2023年10月。目的：验证复杂场景设计方案。结果反馈：完成单机-刀盘垂直翻转、双机-长梁水平旋转、双机-刀盘拆吊翻身场景的验证，并挑战完成一些复杂场景的验证。一是吊装仿真组件在运行结果、负载分析、设备工况分析等方面已基本满足需求;二是对地应力的设计与研发工作初步达成共识。

　　2023年12月。目的：验证对地应力功能。结果反馈：完成对地应力计算结果的验证工作，计算结果与国外厂商Liebherr提供的的计算工具基本一致。

　　三、方案应用

　　(一)吊装仿真方案应用流程。

　　1.设备数字化。首先，通过构建设备零件，布置父子级和关节连接关系，形成设备的三维模型。然后，利用行为建模、规则建模等系统建模技术对设备工况、运转动作进行建模，实现设备工艺动作的数字化。

　　2.场景重建。利用无人机对场地进行航拍，并借助BIMTwins软件对场地进行重建。

　　3.方案编制。将场景、设备和吊物模型载入到仿真场景，并设置吊物重量、吊机工况信息。然后，通过指定吊物或吊机的途径、终止位置完成方案编制。

　　4.运行仿真。在完成方案编制后，即可进行仿真计算。若方案可行会直接输出运行结果，若方案不可行会报错。

　　(二)吊装方案仿真应用点。吊装仿真组件的应用点主要包括：避障路径规划、设备工况分析、设备荷载率分析和对地应力分析。

　　1.避障路径规划。求解吊物与吊机在吊装过程中的运动路径。未开启“碰撞检测”时为距离最短路径，开启“碰撞检测”后为避障前提下的最短路径。

　　2.设备工况分析。实时分析设备工况，输出设备操作指南，以指导现场施工。

　　3.设备负载率分析。实时计算设备当前额定荷载，并在负载率超过安全阈值时进行“超载”预警;对于双机吊场景，实时计算主副吊机的负荷分配，确保了负载率计算的准确性。

　　4.对地应力分析。实时计算不同土质条件下的对地应力，并据此计算地基承载力要求;实时分析吊机重心位置，并在其超出安全范围时进行“倾覆”预警。

　　四、价值分析

　　(一)编制方式。

　　以“全过程、数字化仿真”替代“部分关键工况、CAD制图”，增加吊装流程数字化完整性，提高方案编制效率和水平。

　　传统的吊装专项施工方案采用二维CAD软件绘制吊装过程中的关键姿态，并配以文字说明来表达设备工况和施工工艺。

　　采用吊装仿真组件，不仅可以直观展示设备吊装全过程的运行路径和动作变化，大大缩短方案编制时间;同时，还可以实时输出设备工况，使用户获取设备在整个吊装过程中的工况信息;此外，其三维可视化的表达形式更易于吊装方案的表达与理解。

　　(二)计算方式。

　　以“全过程、实时、科学计算”替代“部分关键工况、查表估算”，增加设备计算书可靠性，提高方案安全性。

　　吊装专项施工方案需对设备吊装能力、荷载受力、地基承载力等进行安全计算。受限于二维图纸的表达形式，传统的计算方式仅能依据部分工况分析设备吊装能力、通过简化设备受力分布分析地基承载力;通过国外设备厂商提供的计算工具LICCON对风险进行辅助校验，但由于设备品牌、型号、构造均有差异，是否存在风险仍需人为经验判断。

　　五、客户反馈

　　上海建工安装集团客户反馈：

　　上安机施工程部经理徐肖瀚：市场上充斥了很多做低价难以保证质量安全的吊装分包商，也变相导致了国企总包范围的技术断层。有了数字化仿真工具，能直接提升技术人员的方案编制水平和对安全风险的预测能力，尽可能规避风险，还希望我们可以做国外一些软件的国产化替代，降低我们技术人员的合用门槛。

　　隧道盾构专家范晨晨：设备如何能精准的吊装到位是主要风险因素，吊装仿真工具起直观地把运送路径体现出来，还增加了起机对地面压力的情况和吊机臂杆在变幅时的尺寸标注线，有效地模拟了在整个模拟吊装过程中的计算数据，控制了危险源并且降低了风险系数。

　　市政路桥专家刘子楠：提供了非常逼真的模型和实景设计，能够更加直观地了解起重机的运作和工作环境。软件中的吊机工况验算功能非常清晰，可以清晰地看到吊机的各种参数和状态，从面更加准确地掌握吊机的负载和稳定性。