Строительство тепловых электростанций отличается высокой степенью индустриализации, жесткими сроками ввода энергоблоков, сосредоточением на одной площадке большого количества организаций (строительных, монтажных, проектных, поставщиков оборудования, конструкций и материалов), высокой динамичностью, характеризующейся постоянным изменением ситуации на стройке. Одновременно с этим совершенствуются и методы строительства тепловых электростанций.

Рис. 12.1. Классификация организационно-технологических решений возведения главных корпусов
Рис. 12.1. Классификация организационно-технологических решений возведения главных корпусов
В результате анализа проработок проектных материалов Атомтеплоэлектропроекта, ВНИПИЭнергопрома, Оргэнергостроя, Энергомонтажпроекта. Мосэнергостроя по сооружению ТЭС предлагается следующая классификация организационно-технологических решений и методов возведения главных корпусов ТЭС (рис. 12.1), в которой решения систематизированы с учетом семи признаков, отражающих основные особенности методов.

1. Очередность строительства

Очередность строительства (в несколько очередей; на полную мощность; строительно-монтажные работы на полную мощность, монтаж технологического оборудования — по очередям) определяется потребностью в тепловой и электрической энергии, а также объемами финансирования.

Строительство по очередям было распространено с 20-х по 60-е годы (Красноярская ТЭЦ, Приднепровская, Назаровская, Троицкая, Змиевская, Беловская ГРЭС, некоторые зарубежные ТЭС). Строительство велось в объеме, необходимом только для ввода очередного агрегата, без задела для последующих, что значительно увеличивало сроки и стоимость строительства (за счет сноса и переделок временных сооружений для каждой последующей очереди). При такой организации строительства резко снижается коэффициент использования строительных машин и повышается текучесть кадров.

В настоящее время этот способ целесообразен при строительстве ТЭЦ, когда потребность а тепловой энергии нарастает постепенно и со значительными перерывами.

Интересен требующий экономического обоснования способ, при котором все строительно-монтажные работы на главном корпусе выполняются на полную мощность ТЭС, а монтаж технологического оборудования осуществляется очередями в соответствии с ростом потребности в тепловой и электрической энергии. При таком решении:

  • исключаются дополнительные капитальные вложения на устройство временных торцов, коммуникаций и дорог;
  • повышается производительность труда;
  • повышаются степень использования механизмов, темпы монтажа конструкций и безопасность выполнения работ;
  • сокращаются площади складов и сборочных площадок путем уменьшения совмещения поставок строительных конструкций и оборудования;
  • сокращается количество рабочих, занятых на строительстве, в результате того, что в связи с сокращением сроков строительства и монтажа создаются условия для привлечения на стройку значительной части рабочих без семей, что уменьшает объем жилищного строительства;
  • создаются условия для эксплуатации введенных блоков, так как здание будет полностью закрыто и, следовательно, исключено пыление, неизбежное при массовых строительных работах.

Строительство ТЭС на полную мощность нашло отражение в организации строительства Ладыжинской, Запорожской и Рязанской ГРЭС.

2. Направление подачи конструкций и оборудования в зону монтажа

Направление подачи конструкций и оборудования в зону монтажа определяется особенностями строительного генерального плана, конструктивными решениями корпуса, количеством монтажных кранов, схемой подъездных путей, а также массой конструкций и оборудования, подаваемых в единицу времени. Различают направления подачи: одностороннее (со стороны временного торца), двустороннее (со стороны обоих торцов); боковое (со стороны фасадных стен машинного и котельного отделений в сочетании с подачей со стороны временного торца корпуса).

Подача грузов по железнодорожным путям в котельное отделение и машинный зал со стороны временного торца обеспечивала нормальное строительство и своевременный ввод электростанций мощностью 200—250 МВт и строительство ТЭС мощностью 500—600 МВт с энергоблоками по 100 МВт (Ворошнловградская, Славянская ГРЭС и др.). Подача всех грузов со стороны временного торца на электростанциях мощностью 1200 и 2400 МВт отрицательно сказалась на темпах строительства и стала фактором, определяющим продолжительность и стоимость сооружения ТЭС, возможность поточной организации работ и уровень использования грузоподъемных механизмов.

3. Технологическая последовательность выполнения работ

Технологическая последовательность выполнения работ зависит от объемно-планировочных и конструктивных решений главного корпуса, организации работ, наличия мощных строительных машин и механизмов. При соблюдении жесткой технологической последовательности работ на надземной части возможна различная степень выполнения подземной части до начала монтажа надземной, что оказывает существенное влияние на продолжительность возведения и омертвление капитальных вложений.

В годы первых пятилеток прежде всего сооружались фундаменты и надземная часть главного корпуса, а строительство фундаментов основного и вспомогательного оборудования, туннелей, каналов и всего подземного хозяйства выполнялось в закрытом здании, частично даже одновременно с монтажом технологического оборудования. Такое решение вносило затруднения в производство как строительных, так и монтажных работ.

Выполнение всей подземной части дб начала надземной упрощает организационную увязку работ нулевого цикла, обеспечивает удобство транспортирования строительных конструкций и оборудования в монтажную зону на нулевые отметки. Однако предварительное выполнение всей подземной части не только отодвигает начало монтажа каркаса и технологического оборудования, но и приводит к длительному простою подготовленного фронта для монтажных работ и омертвлению капитальных вложений, затраченных на устройство подземной части.

Возможно выполнение подземной части в минимальном объеме (подъездные эстакады н фундаменты под каркас), после чего начинают монтаж надземной части корпуса. Такой способ позволяет сразу после окончания земляных работ на участке одного-двух технологических блоков монтировать фундаменты под каркас здания и конструкций надземной части, а затем уже в закрытом здании выполнять подземное хозяйство и монтаж технологического оборудования, что позволяет сократить сроки возведения главного корпуса и повысить эффективность капитальных вложений. Но при таком решении усложняется увязка работ во времени, что затрудняет транспортные связи и снижает производительность рабочих и машин.

4. Совмещение строительных работ и монтажа технологического оборудования

Совмещение строительных работ и монтажа технологического оборудования зависит от пропускной способности транспортных путей, концентрации объемов работ и ресурсов, количества очередей строительства и технологической последовательности выполнения работ. Различают раздельное и совмещенное выполнение строительных работ и монтажа технологического оборудования, которые являются лишь крайними значениями возможного совмещения, так как существует множество возможных промежуточных решений.

Можно выделить четыре этапа развития схем возведения главных корпусов с точки зрения степени совмещения строительных и монтажных работ.

Первый этап (1920—1950 гг.) характеризуется совмещенным выполнением строительных работ и монтажа технологического оборудования. В этот период построены Горьковская, Зуевская, Средне-Уральская ГРЭС и др.

Второй этап (1951—1957 гг.) характеризуется относительно раздельным выполнением строительных работ и монтажа технологического оборудования. В этот период на строительствах Мироновской, Вороши-ловградской. Приднепровской и Славянской ГРЭС каркас главного корпуса, кровля, подкрановые пути и минимум стеновых ограждений были выполнены на полную проектную мощность очереди до начала монтажа технологического оборудования.

Третий этап (1958—1968 гг.) характеризуется внедрением в практику строительства сборных железобетонных конструкций. В этот период подземное хозяйство главного корпуса сооружали на полную мощность с отрытием общего котлована, а также совмещали отдельные виды строительных и тепломонтажных работ в главном корпусе.


В этот же период начинает сказываться несовершенство совмещенного метода строительства. С каждым годом ввод мощностей все больше отодвигается на последние месяцы. С 1960 по 1973 г. в ноябре и декабре вводилось 50—60 % мощностей. Такая неравномерность ввода приводила к неравномерной загрузке на протяжении года строительных и монтажных коллективов, вызывала сверхплановый рост численности рабочих. При совмещенном способе выполнения строительных и монтажных работ усложняется организационная увязка, что объясняется высокой концентрацией объемов строительно-монтажных работ, их разнохарактерностью, а также тем, что все основные работы обеспечиваются общими транспортными путями. Обслуживание транспортными путями всех работ приводит к тому, что любая задержка в ходе работ на одном виде работ приводит к задержке на других.

Четвертый этап. Начиная с середины 70-х годов начались поиски методов, свободных от указанных недостатков. Основными принципами организации сооружения ТЭС стали концентрация ресурсов, обеспечивающая строительство станций проектной мощности; полное разделение строительных работ и монтажа технологического оборудования; создание специализированных потоков монтажа конструкций и оборудования; углубление специализации подрядных организаций, выполняющих разные виды работ.

Благодаря применению новых принципов организации строительства на Ладыжинской ГРЭС введено в эксплуатацию шесть блоков по 300 МВт за 44 мес при норме 59 мес и достигнут экономический эффект более 30 млн. руб. Этот метод обеспечил хорошие результаты строительства Запорожской и Рязанской ГРЭС.

5. Пространственное развитие строительства главного корпуса

Пространственное развитие строительства главного корпуса многовариантно, на рис. 12.1 учтены следующие основные варианты; все работы имеют фронт от постоянного торца к временному; земляные работы и монтаж подземной части ведутся от временного к постоянному, а монтаж надземных конструкций и технологического оборудования — от постоянного к временному торцу; земляные работы и часть подземного хозяйства, необходимая для прокладки железнодорожных путей, выполняются от временного к постоянному торцу. Оставшаяся часть подземного хозяйства выполняется от середины корпуса к торцам. Монтаж надземных конструкций и технологического оборудования ведется от постоянного к временному торцу.

6. Методы возведения главных корпусов

Методы возведения главных корпусов отличаются также количеством крановых потоков, определяемых количеством основных монтажных кранов, директивными сроками строительства, объемом монтируемых конструкций и габаритными размерами зданий.

Однокрановая и двухкрановая схемы нашли применение лишь при строительстве главных корпусов ТЭС с небольшими габаритными размерами (Архангельская. Дзержинская и т. п.). На мощных конденсационных электростанциях с блоками мощностью 300 МВт и более количество основных монтажных кранов достигает пяти, а вспомогательных — от двух до четырех.

Выбор комплектов монтажных кранов является одной из основных организационно-технологических задач, эффективное решение которых определяет продолжительность, трудоемкость и стоимость строительства главного корпуса.

7. Концентрация материально-технических ресурсов

Концентрация материально-технических ресурсов приводит к сокращению сроков строительства и повышению производительности труда при сокращении общего числа рабочих, занятых на строительстве.

Одной из основных причин, сдерживающих темпы строительства, является заниженный в первые годы план строительно-монтажных работ, а следовательно, и недопоставка материальных ресурсов. Это приводит к значительному увеличению капитальных вложений в последние годы строительства, что при плановых фондах на материальные ресурсы и заработную плату крайне неблагоприятно отражается на организации и сроках строительства. Допускаются отклонения технологии строительно-монтажных работ, нарушаются последовательность сооружения отдельных объектов и сроки строительства, не обеспечивается ритмичность работы отдельных подразделений строительно-монтажных организаций.

Стремление обеспечить пуск энергоблоков в намеченные сроки при недостаточном финансировании в первые годы приводит к форсированию монтажа основного оборудования при .сильном отставании строительства других объектов, важных для пуска блоков (топливное хозяйство, КИПиА, автохозяйство и др.). В результате появляются временные схемы, требующие дополнительных затрат и не обеспечивающие устойчивой работы блоков.

Предлагается под методом возведения понимать организационно-технологическое решение, определяемое совокупностью решений о количестве очередей строительства, схеме подачи конструкций и оборудования, последовательности выполнения работ, степени совмещения строительства и монтажа оборудования, пространственном развитии процессов, схеме крановых потоков, составе и размере ресурсов.

Практика сооружения мощных ГРЭС (Ладыжинская, Запорожская) позволила определить рациональные организационно-технологические решения: строительство главного корпуса на полную мощность с подачей конструкций и деталей по железной дороге или автотранспортом при раздельном выполнении строительных работ и монтажа технологического оборудования с концентрацией материально-технических ресурсов и полным выполнением подземной части до начала монтажа надземной с развитием всех процессов от постоянного торца.

Рис 12.2. Циклограммы различных методов возведения главных корпусов
Рис 12.2. Циклограммы различных методов возведения главных корпусов
На рис. 12.2 приведены циклограммы различных методов сооружения главных корпусов, широко применяющиеся в практике теплоэнергетического строительства. Выбор методов осуществляется пока на основе инженерной интуиции, поэтому многочисленные и противоречивые рекомендации не имеют, как правило, научно обоснованной аргументации и экономических обоснований.

Устойчивое отклонение фактических показателей строительства ТЭС от планируемых характеризует их низкую организационно-технологическую надежность, т. е. способность системы сохранять в процессе осуществления работ запроектированные технико-экономические показатели. Это объясняется несовершенством инструктивно-методических материалов для проектирования организационно-технологической документации и отсутствием экономико-математических методов проектирования возведения объектов.

В настоящее время при разработке ПОС и ППР решения, принимаемые проектировщиком, основываются главным образом на личном опыте, при этом принимаемые решения не могут быть оптимальными, так как человек практически не в состоянии учесть и переработать огромный объем информации, который влияет на оптимальность и реальность выполнения принимаемых им решений.

Проектирование организации строительства должно вестись на принципиально новой основе — создании автоматизированных систем проектирования возведения объектов (АСПВ ТЭС). Большой интерес представляет рассмотрение в рамках АСПВ ТЭС комплекса задач, охватывающих как разработку методов строительства теплоэнергетических объектов, так и расчет потребности материально-технических ресурсов.

Классификация организационно-технологических решений методов возведения главных корпусов ТЭС определяет основные особенности возникающих в практике строительного производства задач и позволяет создать предпосылки для разработки АСПВ ТЭС.

На процесс возведения объектов ТЭС постоянно влияют внешние и внутренние случайные факторы (перебои в материально-техническом снабжении, поломки строительных машин, изменения погодных условий и т.п.), которые появляются в произвольные моменты времени в различных сочетаниях и обусловливают вероятностный характер строительного производства. Поэтому строительство ТЭС можно отнести к вероятностным динамическим системам. Исследовать аналитическими методами такие системы практически невозможно из-за сложности математического аппарата.

Представляет интерес исследование таких систем с помощью имитационного моделирования на ЭВМ, при котором прогнозируются ситуации, которые могут возникнуть на стадии строительства объектов, что дает возможность своевременно принимать решения и делать соответствующие выводы о функционировании системы в различных условиях.

С помощью имитационной модели можно рассчитать организационно-технологическую надежность (ОТН) методов возведения и отдельных организационно-технологических решений, принятых при разработке ПОС и ППР. Под ОТН целесообразно понимать вероятность соблюдения заданных сроков окончания строительства.

Имитационная модель позволяет также вычислить ряд параметров, характеризующих процесс возведения: средние продолжительности выполнения отдельных видов работ, средние простои бригад и строительных машин, среднюю интенсивность подачи конструкции и оборудования в зону монтажа по железнодорожным и автомобильным путям, переменные статьи затрат в себестоимости.

На основании исследований, проводимых с помощью имитационной модели, можно решить принципиальные организационно-технологические задачи:

  • выбор отдельных организационно-технологических решений и методов возведения объектов при заданных продолжительности и уровне ОТН;
  • установление влияния организационно-технологических параметров (совмещение процессов, ритм монтажа оборудования, интенсивность работ, технологическая последовательность работ, простои подготовленного фронта работ, интенсивность подачи материалов) на ОТН возведения объектов;
  • выбор оптимального варианта распределения ресурсов для максимального сокращения продолжительности строительства с заданным уровнем ОТН;
  • расчет мощности строительно-монтажных организаций с учетом задаваемого уровня ОТН.
Имитационная модель может быть использована не только на стадии разработки ПОС и ППР, но и на стадии сооружения объектов, составления оперативных планов.