SolidWorks 動畫演示在塔吊拆除培訓中的應用

朱朋飛 朱偉偉

（中國能源建設集團江蘇省電力建設第三工程有限公司，鎮江 212000）

SolidWorks 軟件功能強大、組件繁多，能夠為客戶提供精準的設計方案，減少設計過程中的錯誤，保證設計質量。零件設計模塊的基本特征功能有拉伸、旋轉、掃描、陣列以及鏡像等[1]。裝配模塊的運動算例功能可通過三維動畫的方式，將裝配體各部件按照既定的裝配順序運動組合，加以局部特寫和人工講解，從而全面詳細地展示塔吊拆除的所有步驟和注 意事項。

巴基斯坦卡拉奇K-2/K-3 核電項目工程正處于收尾階段，布置在K-3 常規島廠房外的塔吊已完成吊裝任務，需立即進行拆除，為場地清理爭取時間。現階段，由于嚴重缺少安拆工人，塔吊的拆除工作必須要項目現場的其他安裝作業人員和起重人員擇優參與。因此，借助SolidWorks 三維動畫，對這些從未參與過塔吊安拆的工人進行全面的培訓和交底。

1 塔吊拆除風險概述

塔吊拆除屬于施工作業中的高風險項目，作業實施過程中高空落物、高空墜落、機械傾覆、機械故障、起重傷害以及意外受傷等危險因素較多。作業環境一般較為復雜，要充分考慮到拆除場地的警戒合理布置、拆除平面機械與已構筑物的防碰撞措施和吊機工作半徑等[2]。

2 塔吊拆除過程

待拆除塔吊為底座壓重式工況：75 m 長起重臂，17.5 m 長平衡臂，塔身高度51 m，15 節標準節。從塔吊高度和施工場地兩方面考慮，塔吊拆除分為塔身降節和起重臂、平衡臂等的拆除兩個階段。

具體拆除順序：標準節降11 節→拆除鉤頭及鋼絲繩→解除電氣系統→拆除平衡重（剩1 塊3.5 t）→拆除起重臂總成→拆除剩余的平衡重→拆除平衡臂→拆除回轉塔身→拆除回轉支承總成（含操作室）→拆除爬升架→拆除剩余的標準節、加強節→拆除底座。

3 動畫模擬展示

3.1 SolidWorks 制作塔吊零部件三維模型

通過SolidWorks 軟件，1 ∶1 制作塔吊各零部件的三維模型。首先，對實物尺寸進行測量，以塔身標準節為例，先測量主框架尺寸，再測量小部件尺寸，記錄各尺寸之間的關系[3]。其次，打開軟件的草圖繪制界面，在上視基準面上繪制主框架角鋼L 形切面草圖，再使用拉伸功能把草圖向Z 軸拉伸到尺寸長度，使二維的面成為三維的體。連接小部件的草圖可在拉伸出的三維主框架的面上進行繪制，也可根據實際情況，在右視基準面和前視基準面上進行繪制。最后，使用拉伸、旋轉、切除、鏡像以及陣列等功能，完成三維模型的建立與修整[3]。零部件模型制作完成后，按照塔吊的實際組裝順序對其進行裝配。裝配完成后的效果如圖1 所示。

3.2 制作動畫

塔身的降節依靠套架撐著塔身以上的部分反復爬升和下降完成。如圖2 所示，套架爬升側上有活動爬爪（掛在踏步上，可支撐塔身以上重量），下有頂升橫梁（掛在踏步上，可支撐塔身以上重量）。在頂升油缸的伸縮下，活動爬爪和頂升橫梁交替承載塔身以上重量，以此實現套架的爬升與下降，最終完成降節任務。塔身降節在塔吊拆除工作中風險極高，需要爬升架上、中、下3 層平臺的工作人員協同配合。對于從未參與塔吊拆除工作的新人來講，只靠文字描述幾乎不能理解其中的步驟，甚至一些構件的名稱都難以理解。在沒有實物參照的情況下，三維立體模型的建立和運動，無疑是最有效、最生動的培訓資料。因此，以塔身降節為例，介紹三維動畫的制作。

在軟件的裝配界面中，插入標準節、套架和回轉總成三維零件，利用固定、重合、平行、垂距離以及角度等功能將頂升系統裝配成形，然后新建運動算例，通過在運動算例中的時間尺上修改部件之間的配合約束、設置各部件在不同時間點關鍵幀的不同位置和展示角度，完成整套動畫的制作[4]。比如，降節時，油缸的伸縮距離變化帶動套架或頂升橫梁的上升下降，而上升和下降又處于不同的時間點上。

3.2.1 塔身降節具體步驟

以下內容的展示均由三維動畫輔助人工解說，三維動畫無法展示之處均由人工講解。

第一，解除起升和變幅限位，連接泵站-油缸的油管，泵站接電源。第二，指揮塔吊吊起2 只1 t 水泥丁字塊，配平起重臂和平衡臂，使套架四面的16個導向輪與塔身標準節間隙在2 ～3 mm，便于套架順利升降。第三，套架初始狀態是油缸完全收縮，油缸底座掛在從上往下數第5 個踏步上。掀開活動爬爪，操作泵站使頂升油缸伸出，套架上升至套架頂部銷孔與回轉塔身銷孔對齊并打入4 只連接銷軸，插上保險銷。第四，打出待拆除標準節與回轉支撐總成底部的8 個連接銷軸和保險銷。第五，油缸繼續伸出，直到回轉支撐總成剛剛離開塔身，將待拆除標準節掛在引進小車上。第六，繼續伸出油缸，直到待拆除標準節與下一標準節脫離2 ～3 cm，將待拆除標準節從套架出口側蕩出。此時，油缸的一個行程還沒有結束。第七，收縮油缸，將活動爬爪掛在油缸底座上的一組踏步上，繼續收縮油缸，扳開油缸底座使其和踏步分離，然后伸出油缸將油缸底座下移1 個踏步。活動爬爪和油缸底座的交替承載塔身以上重量，每降1 節標準節高度，下移2 個踏步。第八，下移2 個踏步后，打入回轉支撐總成與下一標準節的4 個替代銷后，指揮塔吊操作工將配平用的丁字塊放下，并將掛在引進梁上的標準節吊離，如圖3 所示。至此，完成一節標準節的降節。

重復第四步至第八步，完成標準節降節后，將套架與回轉支撐平臺分離，在油缸收完后拆除泵站電機電源。

3.2.2 塔身降節主要危險點

第一，油泵電機接線。確認油泵電機風扇葉片旋向和電機外殼箭頭保持一致，避免燒壞油泵。如有錯誤，重新接線。第二，檢查油泵電機到電柜的電路是否完好，防止觸電事故的發生。第三，檢查油泵液位是否在液位柱一半以上，防止液壓油不夠，頂力不足。第四，錘打銷軸時，注意錘點前后不要站人，防止誤傷。銷軸即將被打出時，使用繩子系住銷軸，防止銷軸掉落，拎錘人員小力錘打銷軸。被打出的銷軸和保險銷用鐵絲串好送至地面。第五，所使用的鐵錘、扳手等工器具使用時帶好防脫繩。小工器具使用完立即放進工具包，防止高處落物的發生。第六，降節時，做好相關區域隔離警戒。此外，地下工作人員不得靠近塔身正下方區域。

3.2.3 降節后塔吊拆除

降節完成之后，按照以下的拆除步驟，分別對起重臂、平衡臂和套架進行拆除。起重臂拆除時，需將變幅小車固定在起重臂根部（如圖4 所示），解除起重臂電路。起重臂上弦和塔頭之間的連接銷軸拆除后，再將起重臂下弦和塔頭之間連接銷軸的保護罩殼上移，然后將起重臂和兩個銷軸整體抽出，完成起重臂的拆除。

起重臂拆除要確保起重臂上無浮置物，人員全部從起重臂撤離。起重臂首尾兩端要系好足夠長的溜繩，確保起重臂拆除過程中不發生碰撞。

平衡臂共有前后兩節，先拆除平衡臂后節，再拆除平衡臂前節。平衡臂前節的拆除首先要將平衡臂前節與塔頭之間的長短連接拉桿的銷軸拆除，而后拆除前后節臂之間的兩只連接銷軸；平衡臂后節的拆除要先將其和塔頭之間的連接拉桿銷軸拆除，然后用拆除起重臂的方式，把平衡臂前節與塔頭連接銷軸的保護罩殼上移，將平衡臂前節及其銷軸整體抽離。

套架吊起的過程中，拆除人員在標準節平臺和爬梯上時刻觀察套架導向輪的間隙，如間隙過大或過小，及時指揮汽車吊進行調整，保證套架順利從標準節抽離。拆除頂升撐腳操作平臺、頂升撐腳及其底座后，豎直放在地面，薄木板支撐。

4 塔吊拆除主要安全要求

第一，待拆除部件不得有浮置物，所有零散部件用鐵絲固定牢固。第二，所使用的工器具要有防脫繩，防止高處落物。第三，捶打銷軸時，錘點前后上下不得有人，防止造成人員傷害。第四，銷軸即將打出時，銷軸尾部用安全繩捆綁，防止銷軸掉落。第五，使用五項勞保用品，安全帶高掛低用，不得雙鉤脫離，不得掛在無效固件上。第六，嚴格遵守“四不傷害”原則和起重吊裝“十不吊”。第七，合理采用吊機和吊索具。第八，禁止違規指揮，強令冒險作業。第九，四級及其以上大風等惡劣天氣不得降節，五級及其以上大風禁止拆除作業[5]。

5 結語

通過SolidWorks 對塔吊拆除進行三維動畫演示，新進工作人員對塔吊結構有了更深的了解，快速進入對塔吊拆除的技術和安全學習，學習內容生動形象不枯燥。此次使用三維動畫輔助交底培訓的效果非常顯著，實際生產中，新人快速上手拆除工作，安全工作把控到位，受到業主、監理的一致好評，也證實了利用SolidWorks 三維動畫輔助交底培訓的方式對培養新人具有可行性。