精度控制技术在过山车设备建造中的应用

1. 引言

随着科学技术的发展和人们生活水平的持续提升，供大众娱乐、消遣的各种游玩设施数量不断增多；与此同时，这些设施也日趋复杂、多样，并更具挑战性。依赖传统的工法与技艺，如今已很难满足日益提高的精度要求。

在这样的背景下，我们引入了更为科学且十分成熟的三维精度管理技术，针对这类结构复杂、制作难度较高的异形结构开展统一的精度策划、管理与制作；同时借助数字化模拟预拼装技术，对现场实际安装情况进行模拟，从而对后续现场安装中可能出现的问题提前加以预防和整改。

2. 实施精度控制技术的目的及作用

精度控制技术最早在传统造船、海工平台等领域得到应用，历经多年的不断发展，如今已成长为一项颇为成熟的精度控制技术，并已成功运用于钢结构制作等众多领域，积累了大量成功的案例。

借助钢构件制作之前的精度策划，可对各类别的分段展开难点分析，对重点、难点分段可能暴露出的问题事先加以预防，从而提升现场制作精度、压降成本消耗、提高工作效率。

借助钢构件制作过程中的精度控制，可对各分段在制作各阶段的情况进行定期检测，从而确保各钢构建筑的精度良好并安全使用，为后续安装建立起良好的基础。

借助钢构件制作完成之后的数字化模拟预拼装，可提前预防现场安装情况，为后续现场安装的简单、高效提供有力保障。

3. 钢结构精度控制技术

就建筑钢结构件而言，建造过程中的精度控制技术方案是一个十分重要的内容，也是钢结构件得以顺利推进的重要保证。

3.1 精度策划

在前期工艺文件下发之后，对各类别的构件以及重难点、制作难度较大的构件实行统一管理，并借助已积累的前期工作进行初步判断，对可能发生的问题予以提前预防、重点关注与定期检测。

为了更加完备地推进后续工作，对各种类型的构件都实施统一要求、统一管理与统一检测。

例如：

单件管柱：单件管柱现场安装时并不与其他管柱相连，可能带有多个牛腿以及多个法兰，因而需要关注每个法兰的平面度与角度；若是存在单个或多个牛腿的分段，还需留意各牛腿之间相对的角度以及其与主管的角度。测量应在焊前与焊后分别进行，并提前加入反变形量与焊接收缩加放，以防焊后变形，整体尺寸应控制在±2mm以内。

门式组合柱：门式组合柱由多件管柱构成，内部制作完成后须进行拼装，拼装后呈现门式组合。此类组合分段需要关注与轨道连接法兰及地脚法兰的精度，以及整体拼接后各管柱之间的档距。

人式组合柱：人式组合柱同样由多件管柱构成，内部制作完成后需要拼装，拼装后形成人型。此类组合分段需关注拼装管柱的角度与直线度，以及与轨道连接法兰和地脚法兰的精度、整体拼接后各管柱之间的档距。

3.2 地样管理

构件制作之前，需要先铺垫良好的基础即地样线，它既是构件制作的基准，也是进行初步检查的标准。将地样线精度控制在±0.5mm，经全站仪检测合格后打上样冲标记点，以方便后续的制作和检查。

3.3 数字化测量技术

测量环节采用数字化三维检测技术，以全站仪和INCheck测量软件为工具，并辅以精度管理流程实施，从而实现精度控制。依据构件的检测需求，在相应位置取点，使用与各个螺栓孔尺寸相对应的工装，分别对构件的各个位置进行取点。

通过坐标转换，将该分段现场的局部坐标与其设计坐标进行匹配，即可获得现场实际制作结果与设计之间产生的偏差，由此能够更加直观地了解并发现其中存在的问题。这一做法既提高了现场制作精度，又提高了测量效率以及测量数据的准确性与可靠性，还大大减轻了现场制作阶段的工作量。

相较之下，传统方法如地样线、经纬仪、水准仪等检测手段，很难保证结构复杂、带有空间角度等分段的角度准确性。而且分步测量容易累积偏差，同时又比较依赖地样线，遇到翻身焊接等问题时，很难保证精度良好。

而当前采用的数字化测量技术，能够更加直观地反映现场制作时出现的问题，最终提供更加全面的三维数据报表，如下图所示。

结合此报表，制作现场可以更方便地了解构件究竟在何处出现问题、是否需要修正，也能够更准确地判断其对后续现场安装是否有影响。

3.4 模拟搭载

为保障构件在运抵安装地之前能够顺利实现拼装，并保证施工方的安装周期，在发运之前需要对构件实施模拟拼装。这一工作主要面向拼装数量多、体积大、在车间内基本无法进行预拼装的构件，通过模拟搭载考察相邻构件之间的吻合度，以及其相对设计理论值的差异度。

以数字化测量为前提，综合运用虚拟技术与人工干预，在电脑中对多个相邻构件进行模拟演示并分析，从而得出有效的模拟预拼方案；在确保精度的前提下，指导现场吊装一次定位即告完成。

模拟搭载的使用流程如下：

①、将单构件测量的最终数据IN-Analysis文件分别导入IN-ASSEMBLY文件之中，如下图所示：

②、针对过山车类型的构件，我们把与轨道连接的分段设置成基准分段，分别开展模拟搭载，借助"IN-ASSEMBLY"模拟搭载软件，将需要搭载的分段分别进行实测点绑定。按照现场实际的拼装情况，主要区分为上下连接、前后连接、左右连接，再依据需要搭载分段在现场的拼接方向进行绑定，如图所示，该分段需进行上下对接绑定。

③、绑定成功后，还需根据绑定后的数据做相应调整与优化，最终出具报告，如下图所示：

在该报告中，红色A框内为两分段连接处各点位的匹配误差，对接方向为上下连接；如上所示，若Z值显示"切0.1"，即表示该处有0.1mm余量；若Z值显示"补6.57"，则表示该处存在6.57mm间隙。红色B框则针对该报告中的问题进行解答。据此出具报告并提交，为后续安装提供有力的保障与建议。

4. 资源配置

精度管理配备：

- 仪器：1、高精度索佳NET 05全站仪1台及三脚架等附件。

- 软件：1、IN-ANALYSIS分析软件1套。2、IN-CHECK数据采集软件2套。3、IN-ASSEMBLY模拟搭载软件2套。（IN-CHECK、IN-ANALYSIS、IN-ASSEMBLY）

- 工装：1、旋转标靶4~6个。2、隐蔽杆1个。3、反射标靶2个。

- 人员：本期项目共配置2人1组，每组精度测量人员2名。前期只配置2组人员。

5. 结语

通过系统性的数字化检测介入以及检测方式方法的改变，实现了制造方人员精度意识的提高、技能的提升、检测作业的标准化，以及数据的可视化与可追溯，从而确保各构件精度均保持在公差要求范围之内，现场一次安装成功率接近100%。这套技术体系在娱乐设施钢结构领域发挥了至关重要的作用，也为该领域后续的高精度制造奠定了良好基础。