阎文龙 郭嘉琛 王惠
中国电建市政建设集团有限公司天津公司电建基地项目
天津市 300000
【摘要】在“双碳政策”的背景下，集团也更加注重环保，在桩基钢筋笼焊接工作过程中，除了会产生大量的有害弧光、飞溅火星外，还产生大量的有害气体、烟尘致使工人作业环境差，改善工人作业环境，切实保护工人的身心健康，焊接烟尘的吸收和净化也显得尤为重要，尤其是能在靠近有害物质的发生点及时进行处理，才是空气净化最直接而有效的方法。为了解决焊接和热切割工作时产生大量有害有毒物质，特别是手工电弧焊连续焊接产生的烟雾，本文设计了一款抽吸面积大、整体性较好、密封性强且净化能力强的焊烟机系统。
【关键词】桩基钢筋笼；焊烟机系统；焊烟净化；
0前言
本论文在实际工程案例的基础上，以中国电建市政集团电建基地项目为研究背景，项目桩基础工程采用钻孔灌注桩，因场地狭小，桩基工程分两期施工，一期地下车库工程桩共329根，主楼工程桩共160根，桩径分别为600mm，700mm。桩深分别为35.5m，60.3m，体量大，密度高。钢筋笼的焊接质量要求高，同时，大规模的钢筋笼焊接，所产生的焊烟对环境的污染是严重的，现要研究焊烟的清理再排放对作业环境的影响。焊接环境在满足除尘、防毒、噪声控制、照明设置、放射防护和射频防护等卫生技术要求的同时，还要遵循安全技术规范，促使焊接环境朝着绿色、环保、和谐的方向发展。
作为应用性的研究课题，本论文与实际工程相结合，以计算机BIM模拟技术为主要研究方式，结合实际调研对焊接烟尘净化装置方案进行分析和优化，旨在焊接烟尘净化方面提出有效的设计方案，来解决工程中的实际问题，保证优化后的焊接烟尘净化装置在焊接作业时可以使焊接烟尘浓度不超过国家标准，保护操作人员的安全健康。通过对本课题的研究，分析了现有焊接烟尘净化装置的结构特点，本论文所提方案改进了传统焊烟机结构并加入独立的废气吸气罩设备，可以大大提高装置的除尘效率；并利用管道相连原理，形成室外一体式管道排烟系统，对室外焊接作业环境的焊接烟尘净化装置提出布局方案，改善糟糕的作业环境，为焊接操作人员提供良好的工作氛围。
1焊烟净化装置功能方案综合
1.1方案设计
通过借鉴“生产车间排烟管道工作原理”和“传统焊烟机工作原理”的创新思路，小组提出了桩基钢筋笼焊烟清理装置的一级方案，利用两台高功率焊烟机架设在钢筋加工区两侧，然后通过硬质管材连接两台焊烟机，在焊接集中点上端开设端口，以用来架设吸气罩，起到将焊烟产生后及时吸收至管道内，排入焊烟机进行清理后，排入空气的目的，总体方案分解如图1-1、1-2所示。根据方案的各主要功能特点，分解出焊烟机、焊烟机管道、吸气罩等三项主要功能组成部分，并提出可比选的分级方案择优确定最佳方案，因此绘制如下图：
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图1 一级方案分解系统示意图
图2 二级方案分解系统示意图
2 一级方案选取
我们根据提出的方案，将一级方案进行了对比选择。
2.1 焊烟机选取
表1 焊烟机方案选取分析表
备选方案 | 单台焊烟机方案 | 双台焊烟机方案 |
方案图例 |
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设计方案 | 单台焊烟机接吸烟管道，在管道末端形成“U”形回路，回到焊烟机 | 两台焊烟机固定于钢筋笼焊接操作台两侧，两端接焊烟管道形成回路 |
实验结果 | 因为现场钢筋笼装置过长，所以单台焊烟机连接焊烟管道时，焊烟管道自重较大，焊烟机无法保持稳定。 | 两台焊烟机与中间焊烟管道连接时，能够将焊烟管道分摊至两台焊烟机上，并保持整体稳定。 |
结论 | 不采用 | 采用 |
2.2 焊烟机管道选取
表2 焊烟机管道分析表
备选方案 | “S”形焊烟管道方案 | “Y”形焊烟管道方案 | “双直”形焊烟管道方案 |
方案图例 |
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设计方案 | “S”形状焊烟管道将焊烟吸收面积覆盖广泛； | “单直”焊烟管道施工便利，稳固性强，适用范围广，通用性强； | 在“单直”焊烟管道基础上加设一根“单直”焊烟管道，使得吸收面积加强； |
BIM模拟图 |
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CAD模拟图 |
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试验结果 |
通过自重、管道内风速、安装时间对比，并对三种方案使用价值工程从可实施性、规范性、安全文明、可靠率、回收效率及实施成本6个因素对方案进行深入分析，并通过BIM建模模拟，计算三种方案的功能评价系数、成本占用系数、价值系数评定出最优方案为“单直”形焊烟管道方案。 | ||
结论 | 不采用 | 采用 | 不采用 |
2.3 吸气罩选取
表3 吸气罩分析表
备选方案 | 固定吸气罩 | 可移动吸气罩 | ||
方案图例 |
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设计方案 | 在焊烟管道上开设吸气罩转接口，并将吸气罩逐个固定安装在转接口，形成密闭连接。 | 在焊烟管道上开设吸气罩转接口，并将吸气臂逐个固定安装在转接口，形成密闭连接。 | ||
实验结果 | 比选项 | 结果 | 比选项 | 结果 |
行动范围 | 吸气罩外直径约为40cm，高度约为30cm，在于焊烟管道固定后，总高度为2-0.3=1.7m，对施工人员不会造成行动影响。 | 行动范围 | 吸气臂总长为2m，且内直径为16cm，在于焊烟管道固定后，总伸长长度达到2+0.16+0.3=2.46m，不利于施工人员行动，且在焊接施工时，还需防止吸气臂与钢筋笼接触。 | |
结论 | 采用 | 不采用 | ||
3二级方案选取
3.1焊烟机的选择
表4 焊烟机选取分析表
方案需求 | 具有构造简单，功率适用，价钱符合等特点 | |||
可选方案 |
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选择依据 | 1、性能良好，功率适中；2、性价比高，稳固性较好；3、自重足够； | |||
备选材料 | 1.1千瓦 | 2.2千瓦 | 40*40*90 | 50*50*100 |
实物图 |
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材料性能 | 优点：省电，成本较低； 缺点：功率不足； | 优点：功率适合； 缺点：成本较高； | 优点：省电，占用空间小； 缺点：自重较轻，稳固性不足； | 优点：自重大，稳固性较好； 缺点：占用空间大； |
实验分析 | 现场试验分析时功率不足 | 现场试验分析功率足够，吸附率较好 | 现场试验安装稳固性不足 | 现场试验安装稳固性较好 |
结论 | 不满足 | 满足 | 不满足 | 满足 |
3.2吸气罩的选择
表5 吸气罩选取分析表
方案需求 | 具有拆卸安装简单、不易破损、耐高温、耐腐蚀、方便施工等特点 | ||
可选方案 |
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选择依据 | 1、拆卸安装简单；2、密封性好；3、耐热、防腐性好； | ||
备选材料 | 材料一：塑料 | 材料二：不锈钢 | |
实物图 |
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材料性能 | 优点：性价比高，密封性好，易安装拆卸；价格低：26元；缺点：易变性； | 优点：不易变形，韧性强； 缺点：价钱略高，自重过大；价格高：100元； | |
实验分析 | 现场试验，密封性良好，吸附率较好 | 现场试验，自重过大不易固定，价格较高 | |
结论 | 满足 | 不满足 | |
3.2管道的选择
表6 管道选取分析表
方案需求 | 具有重量轻，耐高温，耐腐蚀，连接性能好，密封性好等特点 | |||||||||
可选方案 |
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选择依据 | 1、重量轻；2、连接方便，密封性好；3、耐热、防腐性好；4、使用寿命长；5、固定稳固 | |||||||||
备选材料 | PVC | 镀锌钢管 | 不锈钢 | DN110 | DN200 | 千分之一 | 千分之二 | 千分之三 | 钢丝绳 固定 |
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实物图 |
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材料性能 | 优点：耐腐蚀性高，连接密封性好； 缺点：易破损 | 优点：不易破损，耐腐性高； 缺点：自重大，价钱略高 | 优点：密封性好，性能良好； 缺点：自重大，价钱略高； | 优点：自重较好，成本较低； 缺点：过烟量小； | 优点：过烟量大； 缺点：自重大，安装较困难； | 优点：易于操作，固定性高； 缺点：烟雾流通幅度小 | 优点：幅度大 缺点：不易操作施工，固定性差； | 优点：幅度大 缺点：不易操作施工，固定性差； | 采用11mm钢丝绳，20m长度总重量8.5Kg，焊烟管道重量18×2.721=48.978Kg，整体重量8.5Kg+48.978=57.478Kg＜焊烟机承载重量100Kg | 采用11mm钢丝绳，20m长度总重量8.5Kg，焊烟管道重量18×2.721=48.978Kg，整体重量8.5Kg+48.978=57.478Kg＜焊烟机承载重量100Kg |
实验分析 | 现场试验多次符合，密封性好，耐腐蚀好 | 现场试验符合要求，但价钱略高 | 现场试验略有变形，价钱略高 | 现场试验安装较好，自重稳定 | 现场试验安装较好，自重较差 | 现场试验固定较好 | 现场试验固定难 | 现场试验固定难 | 钢丝绳+扎丝固定，对管道无损伤 | 电焊，对管道破坏大 |
结论 | 满足 | 不满足 | 不满足 | 满足 | 不满足 | 满足 | 不满足 | 不满足 | 满足 | 不满足 |
3.3最终方案确定
图3 最终方案确定图
3.4 效果跟踪检查
经过整个项目部所有成员的共同努力，桩基焊烟机焊烟清理装置系统与2021年7月25日制作完成，并于7月26日投入使用。截止到小组活动结束后桩基钢筋笼焊烟清理装置系统的焊烟清理率达到了预期目标，取得了良好效益。
焊烟清理装置系统使用以后，小组成员对使用前后的钢筋笼，从焊点质量、焊烟产生、健康危害、空气污染等情况进行对比查看，该系统使用之后桩基钢筋笼的焊烟清理及对周边环境污染问题得到了很大的改善，受到业主方和社会上的一致好评，为评“天津市安全文明工地”奖奠定基础，这也说明我们的桩基钢筋笼焊烟清理装置的研制是成功的！
图4 检测仪监测数据
4结论
随着环保、机械工业技术的发展，焊接烟尘净化设备的除尘效率有了很大的提高，不同焊接烟尘净化设备有其适应特点。焊接烟尘的治理，一定要结合焊接工况、焊接作业环境、焊接规模来选择合适的焊接净化设备，才能取得较好的治理效果。
该成果可以实现降低桩基钢筋笼焊烟的烟尘含量，保证钢筋笼焊接质量，达到环境保护效果，避免因焊烟污染导致的工期推迟、整改，更加响应党的十九大以来，以习近平同志为核心的党中央坚持以人民为中心的发展思想，把生态文明建设作为统筹推进“五位一体”总体布局和协调推进“四个全面”战略布局的重要内容，具有推广应用价值，并组织专家论证，形成专家论证报告。
参考文献
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