深水鋪管起重船建造方法及建造精度技術研究

商明星

(江蘇熔盛造船有限公司，江蘇 南通 226532)

深水鋪管起重船建造方法及建造精度技術研究

商明星

(江蘇熔盛造船有限公司，江蘇 南通 226532)

鑒于深水鋪管起重船“海洋石油201”船是中國首艘3 000 m深水鋪管起重船，設計和建造難度大，在分析深水鋪管起重船結構特點的基礎上，著重對總體建造、焊接、精度控制技術進行研究。首先，應根據結構特點劃分分段/總段，提高預舾裝率；其次，托管架的焊接工藝是本船焊接的核心工藝，其安裝精度的好壞直接影響鋪管的功能；最后，通過制定合理的布置方案，加強過程控制，總組工具和工裝優化，引入全站儀和三維模擬軟件，實現精度管理。

鋪管船；起重船；精度管理；分段劃分；托管架；焊接工藝

0 引言

深水鋪管起重船“海洋石油201”是世界上第一艘同時具備3 000 m級深水鋪管能力、4 000 t級重型起重能力和DP3級動力定位，并具備自航能力的船型工程作業船，能在除北極外的無限航區作業，集成多項世界頂級裝備技術，其總體技術水平和綜合作業能力在國際同類工程船舶中處于領先地位，代表了國際海洋工程裝備制造的最高水平。本文主要對該船的部分建造技術難點以及精度控制方案做簡要介紹,為后續類似船舶的建造提供參考。

1 深水鋪管起重船結構特點

(1)本船為布置地位型船，甲板面積大，線型復雜，結構復雜，功能區域眾多。同時入中國船級社(CCS)和美國船級社(ABS)。由于為首制船，船東和船檢對其檢驗標準遠遠超過對一般船舶的要求。本船總布置圖如圖1所示。

圖1 深水鋪管起重船總布置圖(側視圖)

(2)本船定員380人，上層建筑龐大，層數多，艙室復雜。由于其體積龐大，常規的上層建筑整體吊裝方案已經不能夠適用于本船，必須制定切實可行的起吊方案來縮短船舶建造周期。

(3)本船配備6臺主發電機、7臺推進器，此外還有眾多的鋪管設備，因此對結構要做許多的加強，且對于船舶建造的精度以及設備納期計劃的控制也提出極大的挑戰。

(4)本船具備4 000 t級重型起重能力。主起重機筒體結構重803 t，筒體直徑24.2 m，高13.4 m，材料為EH36-Z35高強度鋼，板厚45 mm。其建造精度要求為直徑公差±4 mm，周長公差±16 mm，上端平面度±2 mm，以保證與起重機的底座環對接安裝精度。

2 深水鋪管起重船總體建造技術

分段是船舶建造的基本單元，其建造速度以及預舾裝率對于船舶的建造進度有決定性的影響。以船體為基礎，以舾裝為中心，制定合理的分段/總段劃分方案。船體建造必須充分滿足舾裝和涂裝生產的需要，為“殼、舾、涂”一體化的實現有利的條件。

分段劃分圖是深水鋪管起重船建造的指導性文件，分段劃分的合理性直接影響到船舶的建造周期。本船是雙底雙舷側縱骨架式結構形式，尾部有重型起重機筒體，中部有雙機艙，首部有能夠容納380人居住的大型上層建筑，因此在平臺分段/總段劃分時，應充分考慮其結構特點，遵循相關原則，最大可能地提高預舾裝率。同時，根據建造場地及設施條件，最大可能發揮各個設備和場地的功效，充分利用平面分段流水線和900 t龍門吊等資源，減少分段/總段數量，為搭載提速打下基礎。在建造過程中，根據工程項目關鍵設備的到貨情況，及時調整甲板和上建的總段劃分方案。從建造過程看，圍繞提高預舾裝率為目標展開分段/總段的劃分工作符合深水鋪管起重船的結構和設備/系統布置特點。為了延續習慣，深水鋪管起重船分段命名仍然采用傳統的命名方式，即數字1開頭表示艉尾部分段，2開頭表示雙層底，5開頭表示甲板，6開頭表示舷側，8開頭表示艏部，9開頭表示上層建筑。

3 深水鋪管起重船焊接技術

鋪管用托管架是本船的關鍵設備之一，其安裝精度的好壞對于本船的鋪管功能有著極其重要的影響。托管架的最大板厚為140 mm，鉸座與船體結構之間為對接焊，鉸座與艉封板為深熔焊，以及鉸座與復板為填角焊。其坡口復雜，對表面粗糙度也有要求，要進行機加工處理，鉸座之間的距離要求控制在±2 mm 之內。為此，船廠通過一系列的焊接試驗，最后確定采用雙焊式分段退焊法同時焊接，每段焊縫長度為500 mm，邊焊接，邊測量，及時發現焊接過程中出現的各種問題，查找隱患。在各個部門的通力協作之下，最終一次性焊接成功，為托管架的順利安裝打下基礎。

4 深水鋪管起重船的精度控制

深水鋪管起重船線型復雜，并且尾部采用雙吊艙式推進器，對于船廠建造技術來說是極大的挑戰。為了推進精度造船工藝的貫徹和實施，縮短分段在塢內搭載的周期，特編制船舶精度控制工藝。相關技術管理人員應熟悉本工藝的各項要求，在深水鋪管起重船建造的全過程中必須嚴格實施精度控制管理規定，執行工藝紀律，認真測試和記錄各種數據，嚴格控制焊接收縮變形，使分段無余量制造深入開展，減小搭載周期。

4.1制定合理的精度布置方案

通過對于前期各類船舶的總結，深入現場進行實地調研，取得第一手資料。對于各種厚度、材質的板焊接收縮量進行分析統計，并且總結船塢搭載經驗，確定各個區域總組及船塢階段的余量，繪制全船精度布置圖，為精度控制提供理論依據。

4.2加強過程控制

該船精度的控制以及測量由精度管理部主要負責，事業部精度測量專業人員負責配合，質量主管按照設計圖紙及工藝文件的要求參與和負責對各測量精度數據進行復核。如發現有超出精度要求以外的誤差問題，質量主管有權停止現場的繼續作業，必須將誤差情況書面通報設計研究院，經設計研究院確定修正方案，并以書面形式下達整改要求后方可恢復作業。對于下料、加工、分段制作、船塢合攏等階段都制定詳細的精度標準和控制方案，確保精度滿足要求。

4.3總組工具和工裝優化

常規使用的分段總組和合攏的工裝工具是水泥塢墩上面墊木板的組合，實際上因木板材質不可能相同，并且由于使用次數的差異，分段吊裝后因塢墩在不同區域的下沉就會導致分段的水平發生偏差，必須用手動油泵進行調整，尤其是總組分段有時涉及4只分段，即每吊裝一次則重力增加水平度一直是一種動態的變化過程，直到全部分段吊裝結束才是靜態過程，這樣消耗大量勞動力還不能很好確保總組水平±4 mm的要求。水平度是總組精度控制的基礎，必須嚴格控制。為了保證精度，由水泥塢墩變為螺旋式剛性平臺，其高度方便調節，強度大，調節方便，并且精度高，使得其精度在可以控制的范圍之內。

4.4全站儀的引入

傳統的精度測量方法是使用激光經緯儀，得到的所有的尺寸均是在一維空間上測量，結合后也只有二維空間尺寸，若常規測量方法得出三維尺寸其過程十分繁瑣，也不準確，誤差很大，不能夠適應現代化造船的要求。這樣對于總組數據的控制就不全面，也不能夠滿足深水鋪管起重船的精度控制要求。在引進了先進的全站儀后就可以優化所有的總組精度測量過程，通過預先輸入船體型值表，得到理論數據，然后在實際測量過程過之中可以直接測量合攏口的坐標值，然后將兩者進行對比，測量結果一目了然，及時發現問題。

4.5三維模擬軟件的引入

有了實際的三維測量數據，同時還要進行科學合理的精度分析，判斷各種累計誤差會不會影響最后的結果。結合當前實際測量之中出現的各種問題，以全站儀和精度軟件為依托，優化數據測量和分析方法，優化作業流程，建立1套以數字化精度控制為導向的精度數據收集、整理、分析的科學管理體系來提高船舶總組、搭載的精度控制水平。為此，引進了DACS(Dimensional & Accuracy Control System)尺寸與精度控制系統，用于船舶制造過程現場尺寸檢查、幾何量檢查、三維精度控制、分段搭載模擬、預計分段吊裝位置、形成精度檢查表等的專用系統。它以系統軟件為核心，集成現代高精度全站儀及各種附件于一體，能夠快速、精確、自動的對各種焊接件、船體分段、總段，船體合攏進行精度檢查及控制，及時對于可能出現的問題進行預警。系統操作簡單、界面友好、功能豐富，操作人員經簡單培訓即可快速掌握，并投入實際工作，極大提高了精度管理水平。

5 結語

“海洋石油201”船于2012年5月15日從青島起航奔赴中國首個深海氣田“荔灣31”，與早前已開鉆的海洋石油981深水鉆井平臺會合，進行1 500 m深水鋪管作業。 在此之前，“海洋石油201”和“海洋石油981”都經歷了長時間的調試，“海洋石油201”的狀態非常好，船上各設備運作正常，完全達到最初的設計要求。

[1]陳聽梁，沈世瑤.船舶焊接手冊[M].北京：國防工業出版社，1995.

[2]邊道田. 深水鋪管船托管架鉸座和A架基座的制造與安裝精度控制[J].造船技術,2011(3)：34-36.

[3]許融明. 造船精度管理[J]. 船舶工程,2010,32(z1):1-4.

“工業和信息化部 高技術船舶科研項目 3 000 m水深大型起重鋪管船自主研發項目”資助

2013-10-16

商明星(1986-)，男，助理工程師，主要從事船體設計方面的工作。

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