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.
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.
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.