大型半潛船艏樓上層建筑總段整體提拉施工及關鍵技術研究

張金鐘，向 君，陳達勝

（1. 招商局重工（深圳）有限公司，深圳 518067；2. 深圳海油工程水下技術有限公司，深圳 518067）

0 引 言

半潛船（Semi-submersible ships）也稱半潛式母船，是專門從事運輸海上石油鉆井平臺、艦船、潛艇、龍門吊、預制橋梁構件等超長超重，但又無法分割吊運的超大型設備的特種海運船舶。

艏樓上建結構位于半潛船主甲板以上，其內集中了全船大部分的機械處所，安裝有大量核心機電設備。如按照常規船臺合攏工藝方案，艏樓上建結構分段及設備的安裝只有在主甲板以下船體合攏完成后才能進行，使得艏樓上建無法與主船體并行施工，無法擴大施工作業面，影響工程進度，尤其在船廠吊機起重能力、起升高度受限制的情況下，合攏效率低且總周期較長。因此經研究，采取艏樓上建總段整體建造、整體安裝新施工方法[1]。

1 艏樓上建總段整體提拉安裝

1.1 主要參數

主尺度：長≈39.9m；寬≈42m；高≈31.9m；重量≈4500t；重心位置：縱向FR240～40mm；橫向距中0m；高度方向距總段底部14.8m。

1.2 整體提拉安裝方法

1) 分別完成主甲板以下艏部總段和艏樓上建總段的建造（見圖1）；

圖1 艏部總段和艏樓上建總段并行建造

2) 將合攏完成后的艏樓上建總段整體提升到足夠高度（～18m）（見圖2、3、4）；

圖2 艏樓上建總段提升到約18m高度

圖3 提升到約18m高度現場側面圖

圖4 提升到約18m高度現場正面圖

3) 通過滑道拉移的方式，將主甲板以下的艏部總段縱向拉移到合攏位置（見圖5）；

圖5 將主甲板以下的艏部總段縱向拉移到合攏位置

圖6 艏樓上建總段與艏部總段完成大合攏

2 整體提拉安裝關鍵技術

2.1 吊點設置

2.1.1 吊點設置的難點

吊點設置是整個提拉安裝方法的核心。因為整個艏樓上建結構的底部是個大開口，如何控制結構在提升過程中的變形，滿足與艏部總段的合攏要求，是比結構本身的強度更重要的考慮因素。

2.1.2 吊點設置的解決方案

1) 采用有限元分析法[2]，根據圖紙，用ANSYS軟件對艏樓上建總段結構進行建模；

2) 調整模型的重心，使有限元模型與實際符合；

3) 找出結構在水平方向及左右舷兩側主要的強結構；

4) 對強結構進行分析，找出可能的強結構，把強結構與外板連接處做剛固處理，載荷為結構本身總質量的1.05倍。針對各種可能的方案，反復進行有限元計算，找出最合適的方案，最終確定吊點的位置（見圖 7、8）。

圖7 艏樓上建總段主要強結構有限元模型

圖8 最終確定的吊點位置

2.2 吊梁設計

吊梁的設計中首先考慮其安全性，同時必須滿足與安裝單位鋼絞線配合的尺寸公差要求。由于艏樓上建總段線型變化較大，吊梁必須既要順應船體線型走勢，還要滿足塔架吊裝的尺寸裝配要求。根據對艏樓上建總段質量、重心及強度計算結果，結合吊點設置的情況，圍繞艏樓上建總段周圍設置了8個吊梁，即：1、2、3、4、1'、2'、3'、4'，左右對稱，各4個。吊梁尺寸各有差異，每個吊梁在垂直方向上跨越艏樓上建總段的第8甲板（為最上層甲板）至第6甲板，水平方向上跨越艏樓上建總段的4道肋板（見圖9、10）。

圖9 吊梁水平布置

圖10 吊梁三維結構

2.3 船體結構加強

2.3.1 船體結構加強的難點

因為此船是半潛船，而船艏樓上建總段的重量和重心又對船舶的性能產生重要的影響，業主對艏樓上建總段的質量和重心有明確的要求。必須做到既能滿足整體提拉時的強度要求，又能滿足增加的質量不超過業主的要求。

2.3.2 船體結構加強的解決方案

采用有限元分析法，對4個吊梁及其相連關的船體結構進行建模計算。在滿足強度及穩定性要求的情況下[3,4]，最大限度地降低船體內部增加結構的重量（見圖11、12）。

圖11 吊梁及相關船體結構有限元模型

圖12 水平甲板補強

2.4 船體縱向拉移精度控制

采用下水滑道拉移的方式，將艏總段向前移運到合攏指定位置，即艏樓上建總段正下方，前后誤差<50mm，左右誤差<50mm，通過滑道限位工裝控制精度（見圖13）。

2.5 大合攏口對接精度控制

2.5.1 合攏口的位置

艏部總段和艏樓上建總段的合攏口位于FR219～艏端的主甲板平面處；

2.5.2 合攏口對接精度的控制措施[5]

1）確保合攏口附近分段的建造精度：應用三維精度測量系統對分段焊前裝配精度和焊后完工精度進行檢測；

2）統一船臺劃線：兩個總段用一條縱中線；兩個總段合攏場地上分別都要勘劃FR219～艏端的主甲板邊輪廓線，利于分段合攏吊線檢驗；

3）確保總段合攏精度：嚴格按船臺劃線進行合攏（見圖14）。

圖13 滑道限位工裝

圖14大合攏口對接現場

3 結 語

簡要闡述了大型半潛船艏樓上建總段整體提拉施工方法，并對其中的關鍵技術進行了分析。經現場實踐表明，此方法對縮短工期、提高施工質量、施工完整性以及安全生產管理有利，提高了工作效率。

[1] 孫學榮，邵啟一，陳海龍，張金鐘，向 君. 大型半潛船艏樓上建總段整體提拉安裝方法[P]. 中國專利：CN 102381438B,2013-08-07.

[2] 李紅云，趙社戌，孫 雁. ANSYS 10.0基礎及工程應用[M]. 北京：機械工業出版社，2008.

[3] American Bureau of Shipping, Rules for Building and Classing Mobile Offshore Drilling Units [S], 2012.

[4] American Bureau of Shipping, Guide for Buckling and Ultimate Strength Assessment for Offshore Structures[S], 2012.

[5] 溫永生. 船體總組與合攏精度控制研究[D]. 哈爾濱工程大學，2011.