船舶舾裝單元模塊建造研究

(渤海船舶職業學院 船舶工程系，遼寧 葫蘆島 125000)

我國造船工業已經經歷了3個歷史階段，當前正處于第4個階段：殼舾涂一體化，并正在形成未來的第5個階段：設計制造一體化。

從船舶建造演變的過程可以看出，船舶舾裝的發展過程大致可分為以下幾個階段：船臺和碼頭舾裝階段、預舾裝階段、區域舾裝階段、殼舾涂一體化階段、殼舾分離階段。

殼舾分離是當代造船技術的發展方向，是按照模塊化技術，對造船舾裝技術進行改造發展而來的新的施工技術。船體和舾裝分開施工，實現舾裝單元化和功能模塊化。

1 模塊化造船

模塊化造船概念從二戰期間美國的大批量造船開始[1]，當時，美國擁有165萬造船工人，建造了軍用艦船1 768艘，這些大量標準船的建造促進了焊接技術和分段建造技術的發展。而這些建造技術又在20世紀50年代由日本造船業加以發展，20世紀60年代則結合成組技術產生了今天模塊化建造技術的雛形。1971年，前蘇聯正式提出了模塊化造船方法，于1977年用此方法建造了10萬噸級的“鮑里斯·布托瑪”礦油兩用船。隨后美國開始研究模塊化造船方法并開始組織生產，到20世紀70年代末，美國的模塊化造船思想更趨于成熟。20世紀80年代中期，我國造船業引入模塊化造船，開始進入模塊化造船技術的研究和探索階段。

模塊化造船就是在滿足船舶總體性能、強度、結構和功能的前提下，將船舶劃分成若干個模塊，按照這些模塊進行船舶設計，由專業廠家進行模塊建造，然后由總裝廠進行總裝，最后形成所需船舶。

造船模塊可以定義為具有標準尺寸的標準件，且主要部件具有可選性的最終產品的預制單元[2]。這種預制單元可以是結構功能單元或系統功能單元。它們都具有特定的界面、連接尺寸及連接形式，具有獨立的功能和良好的通用性。由于模塊中含有可選部件，因此可作局部修改，以滿足船東的使用要求。

2 船舶舾裝單元模塊

根據以上模塊定義，船體分段、船上區域和預舾裝單元都可以成為造船模塊。根據模塊與船體的結構關系，其中舾裝模塊可分為自持式模塊和依附式模塊兩大類。

自持式舾裝模塊原先是分段或船上的預舾裝單元，它具有獨立的基座或框架結構，可以在內場預制，完工后在外場安裝到船上，是預舾裝單元升級為造船模塊。通常單元中的主要設備選自性能相近的三種型號作為船廠的標準件，這三種型號設備可以分別屬于高、中、低三檔產品，以供船東選用，船廠也可借以控制材料成本。從設計與建造的角度來看，自持式舾裝模塊是真正的模塊，自持式舾裝模塊，實現了殼舾分離。這類模塊如燃油凈化單元、CO2滅火單元、主配電板單元等。

依附式舾裝模塊，因其設備布置范圍較廣或固定要求較高，實際建造中要以船體分段或船上區域的結構為依托，模塊的預制性受船體建造進度制約，但其設備的可選性和單元的通用性與自持式舾裝模塊相同，因而可以稱為圖面造船模塊。這類模塊如船員艙單元、油水分離單元、疏排水單元等。

除上述兩類以設備為主的模塊外，船上還有許多分布的舾裝件。分布舾裝件模塊是依附式模塊的特例，單元模塊中通常沒有供船東選擇的主要設備，僅僅是舾裝件在船體結構上布置的一種通用程式。分布舾裝件主要是管路、電纜及其附件，其中主機周圍的管路單元也可以做成自持式舾裝模塊，以開展“盆舾裝”，這無疑將大大提高管系安裝的生產效率。分布舾裝件模塊中，典型的管路模塊有管路單元，單元所含管件可以綁在一起運送，在雙層底分段建造的適當階段裝入箱形中底桁中。同型船舶的管路具有很強的相似性，只要在典型模塊可選部件的規格尺寸上做適當的調整就可以用于一條新船。

3 船舶舾裝單元模塊建造現狀

目前我國單元模塊應用比較多的是舾裝件(如機械設備、閥件、管路和儀表)，按不同的特征和要求(區域、功能)先在車間內進行配套安裝、調試，組合成舾裝單元或模塊[3]。

其特點是以某一舾裝件為主體，其它舾裝件依附其上而形成一個組合體，或者以一定框架、基座或其它連接件將若干舾裝件連成一個整體，是一個與船體結構脫離的基本舾裝區域。

因為與船體結構無關，所以單元模塊組裝可以在車間內進行，作業條件較好。同時由于不受船體作業的干擾，工期容易得到保證。

船舶舾裝單元模塊中設備單元模塊研究開發比較早，而近年來對直接影響造船水平和進度的管舾裝模塊的研究發展比較迅速。

3.1 設備單元模塊

3.1.1 設備單元模塊的形成和特點

采用設備單元模塊，是把船上各區域的各種設備(如：凈油機、機艙壓載泵、消防泵、海水冷卻泵等)，按技術要求進行總體布置，按需要把設備有效的分成若干組合，然后繪制成各種設備單元模塊組裝制作圖，在車間內場進行建造施工。各設備單元模塊要滿足技術要求和維修空間，要滿足制作施工的方便性及到船上安裝的正確性和可靠性。

設備單元模塊是一種先進的生產設計和工藝措施，目的在于可以改變完成生產過程的條件，可以利用車間里先進的工具組裝設備單元模塊，可以有效的保護設備，提高設備及系統安裝質量。設備單元模塊可以分散制作，這樣可利用的施工場地多，加速了施工進度，單元模塊可在船體建造之前或與船體建造平行進行，這樣極大地縮短船臺(塢)建造周期。采用設備單元預舾裝，加強了生產技術準備和生產管理工作，優化了勞動組織，提高了工人專業化水平，也為殼、舾、涂一體化的完善創造了條件。

3.1.2 設備單元模塊建造特點

目前一般按兩個流程建造劃分，機艙底部設備單元建造流程、機泵艙各平臺上設備單元建造流程。

機艙底部設備單元的特點是，設備多，空間間隙密，設備組合精度要求高，設備相互連接多，為了保證建造質量，各設備單元與機艙底部管子單元組合建造，然后按要求分開吊運，這樣保證產品質量加快建造生產周期。

機艙各平臺上設備單元的特點是，設備組合精度要求高，管子組裝組合要求高，高壓管子多，要求保證制造質量。

3.2 管子單元模塊

所謂管子單元模塊，就是把船上各區域管子、管附件、地板框架等進行總體布置，按照不同的部位和用途分成若干個管子制作單元(如：油船主甲板上走橋管子單元、機艙底部花地板下主機兩側管子單元、發電機平臺管子單元、油艙油柜加熱管單元、各種減壓閥集合器管子單元等)；然后繪制成相關管子單元組裝制作圖，在車間等地進行管子單元的建造。各管子單元除了要滿足相關管路技術要求，同時還要滿足管子單元制作和船上安裝的工藝性。

3.2.1 管子單元模塊主要特點

管子單元模塊作為一種工藝方法，目的在于通過改變完成生產過程的條件，將以往大量在船內散裝的管子，提前在地上或廠房里組裝成一個個單元。這樣可以利用的施工場地多，可以進行集中作業，加快了施工的進度。采用管子單元預舾裝工藝方法，方便了生產技術準備和生產管理工作，優化了勞動組織，簡化了工藝程序，提高了工人專業化技術水平。管子單元模塊還可以與船體分段建造平行或提前進行，極大地縮短船臺(塢)的建造周期，為總裝造船的殼、舾、涂一體化創造了條件。

3.2.2 管子單元模塊組裝的分類

管子單元模塊按機艙底部花地板下主機兩側管子單元、發電機平臺管子單元、油船主甲板上走橋管子單元、油艙油柜加熱管單元、各種減壓閥集合器管子單元等類型劃分成不同的工藝流程進行加工。

1)油船主甲板上走橋管子、平臺甲板、油艙加熱管等單元。該類型單元模塊分布在機艙平臺和甲板各個部位，安裝位置分散，單元模塊制作、吊運過程中加強等都有一定的特點，應由專業的施工人員建造。專業技術人員建造時應經常到施工現場，了解各類船舶特點，把單元模塊安裝過程中容易發生的問題提前消除掉，提高安裝質量。油艙油柜加熱管單元、各種減壓閥集合器管子單元可按集中流水作業的形式進行加工組裝。

2)機艙底部花地板下主機兩側管子單元。該單元特點是管子多、附件多、空間間隙密集、施工精度要求高，為了保證單元的建造質量，必須與機艙底部其它類型的單元一起進行整體建造，然后按要求分開吊運。

3.3 管系單元模塊

管系單元模塊主要是以管子和設備組成的單元模塊。管系單元模塊和設備單元模塊的區別在于不強調單元模塊的功能，可以是多個系統和多種設備組合在一起的組合體。管系單元模塊還包括管束單元模塊和加熱盤管單元模塊。管束單元模塊主要是由管子和管子附件組成。加熱盤管單元模塊全部是由管子組成。

管系單元模塊的設計，主要是針對管子、設備布置比較密集的區域。將該區域的設備、管子以及管子附件集中布置，形成單元模塊，以便于地面舾裝，然后整體吊裝，從而減少分段、船上的舾裝量。

管系單元模塊的劃分沒有嚴格的要求，除了甲板面可以采用框架固定管子形成的單元模塊外，凡是不需要依附船體結構，能在地面進行組裝并可以整體吊裝的都可以形成單元模塊。因此在設計中盡量考慮管系的固定形式，以形成單元模塊。對一些布置形式、單元內所含系統沒有多大變化的，要盡量形成標準單元模塊。

對于不同的船型，舾裝工作量較大的區域，都應盡量采用單元模塊組裝。如機艙底層、發電機平臺、油船主甲板面的管系、油艙加熱管系、散貨船艙口圍板周圍的管系等。

在確定單元模塊組裝的區域時，單元模塊劃分應盡量將設備、舾裝件、管子納入單元模塊內。因此設備布置在滿足通道、維修空間的要求后盡量往船中靠，實在無法布置時才考慮布置在舷側。

總之，管系布置要綜合考慮，盡一切可能形成單元模塊。對于管子、設備，凡是能采用框架形式固定安裝的，都設計成單元模塊。對于布置在甲板下的管子，可采用排碼和多層管碼的形式固定管子，以形成管束單元模塊。

4 船舶舾裝單元模塊的發展

船舶舾裝單元模塊今后應向著功能性、區域性和綜合性方向發展。

4.1 功能性單元模塊

功能性單元模塊是以具有一定專用的獨立性很強的設備為主體，連接管路、附件、電器、鐵舾件等組成一體，而且具有獨立功能，獨立運轉實驗、交驗的單元模塊體。該種單元模塊技術性能強、操作方便、質量可靠，如燃油、滑油、凈油機單元模塊，燃油供給單元模塊，冷熱水壓力缸單元模塊，各種單體油水箱柜單元模塊等。

4.2 區域性單元模塊

區域性單元模塊是一種較大型化、完整性強的整體單元模塊；是一種提高生產效率、見效快、效益好的預舾裝形式。如發電機區域組成一個整體單元模塊，機艙內底區域組成一個整體單元模塊，煙囪區域連同結構一起組成一個整體單元模塊等。

4.3 綜合性單元模塊

如雷達桅、燈桅、惰氣排放柱單元模塊，物料架單元模塊，交通裝置單元模塊，通風裝置單元模塊，系統裝置單元模塊等。

5 結論

目前，國外造船在模塊化應用方面已發展到模塊化設計和制造階段，功能性模塊已實現標準化。現在國內對一些典型功能性單元的模塊化進行了嘗試，也取得了成功，但是還處于探索階段。推進模塊化造船技術，應從以下幾方面入手。

1)從標準尺寸和標準構造入手。標準化是簡化設計、便于制造的有效措施。根據原材料和配套設備的的標準化狀況，可以確定船體構件和舾裝單元模塊的標準尺寸和標準構造，以減少尺寸種類和構造類型，從而加快設計進程，方便施工建造。

2)從標準件和可選部件入手。造船是屬于訂貨型的裝配工業部門，訂貨型設計必須滿足客戶的合同要求，而要完成裝配性生產就必須依賴外部配套工業提供各種標準器材和定型設備。標準件的可選性是“定制”設計的一種特色，可以用模塊內設備的可調換性來滿足船東的特定要求。

3)應從預制性、可組裝性入手。造船競爭力的標志之一是建造周期，平行作業、預制預裝是加快造船進度的有力措施。船體模塊就是船體的分段或小分段，是船體結構的預制件；舾裝模塊通常是預舾裝單元，也可以是船上的一個區域，它們與船體的組裝就是船體總裝或分段舾裝和船上舾裝。

[1] 何學發，李維博．模塊化造船技術及其發展綜述[J]．上海：造船技術，1998(1)：10-18．

[2] 陳 彬．造船成組技術[M]．哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2007．

[3] 劉雪梅．船舶舾裝生產管理[M]．北京：人民交通出版社，2012．