結合冶金工業廠房設備基礎變形監測談設備點檢信息化管理

徐藝澤

我們在建設一個高質量、高水平且具有較強國際競爭力的現代化鋼鐵企業時就需要擁有健全的技術設施保障體系來為其企業的生產運作、產品質量服務提供有力支撐。減少因為設備原因的影響而給鋼鐵企業安全生產帶來的損失,形成一套科學有效的設備點檢和維護管理戰略和控制模式,確保設備穩定、正常運行的安全和可靠,做好全員共同參與的預防性維護,是對鋼鐵裝備制造企業現代化的重中之重。

設備基礎等的定期變形監測工作是重型設備廠房運行點檢管理的一部分,屬于精密點檢，區別于設備檢查，設備點檢是一種設備管理方法，點檢的“點”是指設備的關鍵部位，所謂點檢，指為了維持生產設備原來的性能、確保生產和設備的穩定運行，對設備進行預防性檢查，點檢可分為日常點檢、定期點檢、精密點檢。精密點檢即是采用精密儀器對重點檢查點位進行標準化模式化檢驗監測。目的在于防患未然，保證廠房和設備的性能穩定，延長使用時間和效率。變形監測對廠房設備等實行的定期數據監測，然后整合數據資料進行對比綜合分析，具有較強的針對性和科學性。本文在深入地研究和分析重型設備基礎、廠房變形監測工作的基礎上,以唐鋼新區重型設備基礎、管架及重要廠房設備等定期變形監測過程及其結果為主要研究對象,提出了一些設備運行管理中可能存在的問題,從設備運行管理中的組織機構如何改進、設備管理的工作流程如何優化、全員參加到生產檢維護和設備管理的信息化運行、評價中來等幾個方面,并且在這幾個方面中都已經提出了一些有助于企業設備管理點檢的措施。

1 變形監測的重要性

建構筑物和設備在其施工或者運營的過程中，由于其地質條件、土壤特性的不同，地下水位和氣候溫度的改變，建構筑物設備的荷載和其他外力作用等的影響，導致建構筑物和設備伴隨著一段時間而發生的豎向升降、水平位移、撓曲、傾斜、裂縫等，統稱之為變形。各種建設工程中所有的建構筑物或設備在其實際施工及運營中，都會產生一定的變形，如果這樣的變形參數符合各項規范標準要求，那我們可以視為正常現象，但是如果對實際生產運行及周邊環境產生影響且各項參數超出標準規范規定的限度，就有可能會嚴重影響正常的生產運行抑或是更加嚴重的危害人身財產安全，因此我們需要針對施工及運營過程中的重點建構筑物、設備及已經出現變形的施工建構筑物進行變形觀測,掌握它的變形量、變形的發生趨勢和變化規律，以便一旦發現有不利的變形情況能夠及時采取措施，以確保施工運營安全和建構筑物設備的安全，同時也為今后更科學合理的設計和運營管理提供資料參考。唐鋼新區地處樂亭經濟開發區腹地臨海而建，沿海地區多為軟土地基，土地承載力低，軟土承載后變形量大，考慮到地基的特性及廠房設備對安全生產的重要性，非常有必要對廠房及設備管架基礎等定期進行變形監測。同時《建筑變形測量規范》（JGJ8-2016）明確規定軟弱地基上的建筑物地基基礎設計等級為乙級建筑，在其施工過程中和其使用過程中都應當對其進行變形測量。在唐鋼新區主要考慮針對建構筑物和設備的垂直升降變形的沉降觀測和針對廠房大型設備等傾斜、水平位移的變形監測。

1.1 沉降觀測

沉降觀測的主要技術特點主要包括以下三個方面：①觀測的精度高，由于所有沉降觀測的結果都直接地關系著所有建構筑物的安全運營和正常使用，影響對沉降的原因和其規律的正確認識和分析，因此觀測必須要具有極其高的準確性。沉降觀測的精確性要求，取決于該項工程建構筑物的危險限值或是預計沉降量大小。②重復觀測次數多，建構筑物因為各種原因而產生的沉降一般都需要一定的時間階段，計算其沉降量最基本的方法之一就是計算建筑物上的同一點在不同時間段內的高程差值。這就需要沉降觀測必須遵循一定時間周期內的重復觀測。重復觀測的頻繁性主要取決于所預計沉降量的大小，觀測目的和沉降速度。③數據處理嚴密，建構筑物內部的沉降通常都比較小，甚至往往與實際觀測的精度相當，處在了同一個數量級的水平；同時，重復觀測的數據體量相對較大。為了能夠精準地提取沉降的相關信息，必須使用嚴密的數據處理技術。而且數據的處理也是一個沉降分析、預報的過程。根據沉降觀測精度要求很高的特殊情況，儀器采用精密水準儀配合因瓦合金尺。沉降觀測點是指將一個或多個要求進行觀測的建筑物或者其他設備上所需要安裝的一種測量指示標志。觀測點的大小及其數量與地理位置，應該能夠完全地反映出一個建筑物的沉降狀態，結合廠區需要進行監測的建構筑物和重要設備的位置、外部形態、荷載等情況同時兼顧觀測方便綜合考慮在鋼結構的建構筑物的支柱上采用焊接的方式，在混凝土支柱或基礎上采用鑲嵌的方式安裝觀測點。廠區沉降觀測基準點鑲嵌在30 米以上深度的管樁上，堅實穩定，均勻分布在各觀測區周圍。采用精密水準測量的方法，以高程基準點作為計算依據測量沉降觀測點，采用閉合或者附合路線，在觀測過程中我們應盡量配備固定人員和儀器、盡量采用固定的路線。實際觀測中采用往返測，偶數進站、都要采用閉合的水準路線進行觀測，各項檢查指標之間限差均應完全符合相關國家規范規程標準。

1.2 變形監測

針對建構筑物及設備水平位移和傾斜的變形監測，考慮使用三維激光掃描技術，優點在于更加準確直觀地觀測待測物體的幾乎全部可見信息,有利于工程管理者及時發現問題，并隨時排查和修復，降低工程潛在危害。使用三維激光掃描技術進行變形監測可以有效提高作業效率，通過比對監測點的三維坐標一次性獲取垂直與水平位移的變化量，主體思路如下：

（1）監測點的設計,三維激光掃描儀的掃描速率高達每秒鐘100 萬個點，散落的點云具有豐富性與隨機性，無法在所得的點云數據中準確選取某一具體位置的點云坐標。需要借助外表光滑的標靶球，點云均勻地排列在球體表面，借助專業軟件通過選取球面點云數據以最佳擬合的方式獲取球體模型，并提取球心坐標。根據以上需求，需要在廠房主體竣工后將靶球焊接在廠房立柱的側面，以便于隨時獲取靶球的掃描數據。

（2）三維坐標的傳遞,三維激光掃描儀獲取的點云坐標依托于與之配合使用的全站儀。要合理避開易沉降區域，在廠房外部地面堅實穩固的地帶建立高精度的控制網。依靠全站儀將三維坐標賦予到各個掃描站中，借助控制網的精密性與關聯性保證所拼接點云數據三維坐標的準確性。

（3）掃描儀測站的拼接，考慮到鋼鐵廠內部的車間廠房跨度大的特點，相鄰掃描站互相拼接的當時可將每次拼站引起的點位誤差向后傳遞并隨著距離的增加被逐漸放大，應用全站儀賦予掃描儀與定向靶球絕對坐標的方法進行測站拼接，保證測站之間的點云數據都具有極高的精度，相互獨立、互不干擾。

（4）獲取監測點點位坐標，掃描所得的點云原始數據拼接完后，每個點云都有了準確的三維坐標。

（5）數據對比，以首次掃描獲取的監測點位的坐標為基準數據，將在此之后掃描獲得的球心坐標與基準數據對比，得出廠房在各個監測點所在位置下的垂直與水平位移。

通過定期沉降觀測及變形監測所得觀測點點位沉降情況一覽表及沉降速率曲線，水平位移通過位移曲線變化圖可以直觀的檢測出哪些危險因素的存在，及時預警及時維護。

2 變形監測與設備點檢管理

變形監測屬于廠房設備點檢管理中重要一環，通過專業人員精確測定廠房及設備基礎等的精密變形數據，通過分析對比，直觀呈現監測點的變化趨勢，參數狀況。管理人員通過專業軟件數據分析可以做到及時預警及時應對。這種精密的點檢措施是對常規點檢方式的權威的有力支撐。同時依據三維激光掃描儀的數據可以做到對設備和監測點的深度實景重現，對于人為疏忽、安全原因等點檢不到位可以通過掃描數據輕松實現點檢管理和溯源。依托三維掃描變形監測數據和專業BIM 軟件也可以實現設備BIM 管理，構建BIM 管理平臺，輸入管理數據屬性編碼做好數據維護實現可視化、可聯動化設備管理。但同時這種方式也有一定不足，涉及到精密觀測方式及數據處理的時效性，得到的數據不能實時反饋到管理人員手中，不過通過對特定點位加強監控，投入監控設備，加強對管理系統軟件的改進相信未來會做到更加實時、準確、高效。

2.1 三位一體點檢制

所以我們認為有必要通過研究建立三位一體的日常點檢制，即研究建立由各個專業生產設備操作技術人員、維護管理工作人員、設備維護管理人員共同組成的日常專業點檢，各個系統專業點檢技術人員的定期日常點檢和各個設備維護管理人員專業點檢技術人員共同組成的精密日常點檢，三種不同的技術層次不同類型的日常點檢工作人員對同一個生產設備系統進行定期檢查、維護和檢測診斷的“三位一體點檢制”①各個崗位的日常點檢安全管理是基礎，它們構成了安全的生產裝置及廠房安全防護管理體系中的第一道防線。是由各個崗位的操作者、運營管理人員、檢維護人員經營者通過直接身體感受及簡單的加工器具對各種設備零部件進行日常的維護和保養，并將所有點檢的結果通過點檢記錄的方式上報到本地區域的專門點檢工作者。必須形成一個點檢記錄而且要將以往憑經驗靠感覺的抽象監測具體化形成一個網絡記錄，點檢人員可以分為三級專門點檢，對重要的設備，隱患裝置等進行一個重點點檢，對所有負責裝置的設備在工作中的運轉狀態都要進行一個整體，全面的監控。②有專職點檢，每名點檢員分別負責本工作區域內廠房設備運行狀態的檢查和故障診斷、定期針對設備采取傾向性檢查和管理，并定時、定點地進行設備點檢及日常維修。專職點檢人員是安全生產管理體系的中心，是安全生產設備和廠房安全防護管理體系的第二層安全防線，由具備點檢人員資格的特派專職點檢人員按事前制訂的點檢方案以及點檢路徑示意圖定期針對所屬區域的安全生產設備進行點檢。③精密設備點檢,精密設備點檢工作是前兩位的一次深化和提升，是安全生產技術裝備及廠房安全防護管理體系的第三道防線，在認真做好各個專業點檢的基礎上，更進一步地開展和完善精密設備點檢的工作，這也是設備點檢工作中不可或缺的一項。精密點檢主要指利用精密儀器或技術對設備進行的精準參數化的檢測，或者運用自身的診斷技術來準確掌握設備的運行狀態，通過對設備中的各項參數，如振動、溫升等的物理變化量，并對這些數據進行分析和比較，定量確定了設備的技術現狀、優劣傾向的程度及發展趨勢，例如，重型裝備廠房基礎沉降觀測和變形監測等，以判斷其修復和調節的必要性以及為技術上的決策工作提供了依據。

2.2 企業應當制定嚴密的點檢標準及預案系統

點檢的標準詳細地規定了每一次點檢操作的基礎性內容,使所有的檢查點都能夠做到定點、定法、定標、定期、定人，點檢的標準也就是我們編制點檢計劃的重要依據。編制的點檢技術標準的內容主要包括確定檢測部位、項目以及其他內容；確定了檢查手段、設施運行情況的狀態指標;確定被檢測結果的評估基準；確定點檢周期和點檢分工。在有了一套標準和完整的點檢制度之后就應該建立起相應的事故處理預案系統，各個作業區必須針對關鍵廠房設備和重要的生產設施、易出現事故、失靈等重大安全問題而構筑起來的應急處理預案，務必能夠做到其內容具體，可操作性較強。安全事故應急預案需要嚴格落實至每位點檢員中，并在每月的安全例會上認真組織學習。

2.3 建立設備和廠房歷史的檔案管理

設備的檔案管理工作也是設備管理中一個重要組成部分，每臺設備各個重要的廠房等均配置了一個完善的檔案，其中這個檔案的全面性和準確程度都應當精確至少達到每次檢查時間和記錄。歷史檔案務必實現電子信息化，設備臺帳中的各種通用設施和設備的卡片，它們應該被認為是每一臺設備的完整檔案，包含了設備的明細、各種設施的運營狀況、各種設施的維護和檢修工作情況、各種設施的備件置換工作情況以及各種附屬設施的正常運行工作情況，能夠很好地實現針對每臺設施的檔案信息化。電子信息化的檔案也要具體安置到每一個設備和監測點，設置專門的二維碼，借助廠區的網絡信號覆蓋每次管理人員點檢時直接掃描二維碼，即可顯示設備或者監測點的所有信息，并且可以根據權限設定進行相應權限的編輯和增補信息，實時動態更新信息檔案。并且具化到一點一對應的情況下也方便獲取原始監測資料和維護維修保養，大大提高設備管理的效率。

2.4 建立設備點檢管理評價體系

完整的設備點檢體系需要評價激勵機制保駕護航，因此有必要建立一套設備點檢管理評價體系，通過數據量化進行分析和評價體系運行的效果，做到結果科學、公平、公正合理。對不同崗位的人員進行不同維度的評價，對結果和過程同時進行管控，保證目標結果的順利實現。對設備管理人員的評價需要從結果進行評價，可以從全廠的設備完好率、維修費用、設備故障間隔時間和設備故障頻率等維度進行評價，從設備管理結果上進行管控，評價設備管理的水平。對不同層次人員的評價主要從過程和結果兩個方面進行評價，高級管理人員需要強調結果的評價，中級管理人員需要強調過程和結果并行，初級管理人員主要是在過程管控上。對點檢日常操作人員主要是對其執行過程的評價，如是否按照企業制定的標準進行日常的點檢工作。需要不同層級的人員監督檢查執行情況，把日常執行情況、日常點檢結果和月度績效進行掛鉤，設備年度匯總數據可以為年度評優評級、升職加薪等年度績效提供參考數據，確保點檢管理體系落地執行到位。

設備管理體系要運行通暢，需要一定量的基礎數據作為支撐，進行客觀統計分析和評價，而且這些數據要真實可靠，這樣執行數據分析出來的結果才有意義和價值，才能在執行過程中有效地進行糾偏。因此也需要設備管理信息化平臺來提升設備管理的效率，這也是目前智能制造的一部分。企業數據的透明化，同時也體現了公平化，因為所有數據都是由信息化系統自動生成的，都是由上下鏈記錄產生的。有了系統數據分析，也能夠更準確和全面地對設備管理進行分析和評價。

2.5 設備點檢團隊建設

完整的設備管理體系涉及到多專業多工種人員，如機電、通訊、測繪等專業同時還包括設備故障分析、準備備件等內容，尤其運行到一定程度時，需要不同層次的人員共同完成。例如，對于點檢日常操作人員來說，需要加強他們對設備的管理認識以及日常維護技能，養成日常操作習慣。要加強對點檢人員進行技能和方法的培訓，保證落實到每一步。維護管理人員的響應和技術會直接決定管理體系運行的效果，也要加強對維護人員進行管理和技術培訓，提升不同崗位人員的專業水平。在制定保養標準、點檢標準和檢修標準時，讓各專業人員共同參與，通過制定這些標準，相關人員可以系統地學習和了解設備結構和性能，提升對設備的認識度和熟悉度。通過對這些標準的多維度討論和分析，人員能更好地掌握設備的重要部件和關鍵技術，提升標準的質量，提升工作效率。

3 結語

變形監測作為設備點檢過程中重要一環，精密水準沉降觀測和三維激光掃描技術其科學精密的操作規程,完備詳實的數據供給，專業縝密的分析對比值得給我們更深入地思考，尤其是在已有成果基礎上，開辟新渠道和新空間，推進互聯網、大數據、人工智能與設備管理融合運用。