預(yù)制模塊化艙室單元的技術(shù)特點及應(yīng)用

孫新峰

（江蘇海灣電氣科技有限公司 南通226000）

引 言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，全球造船業(yè)得到了極大的發(fā)展。其中，中國造船業(yè)也逐漸發(fā)展壯大。但是由于全球金融危機(jī)的影響，2008年9月開始，全球造船業(yè)進(jìn)入了低迷期，散貨船、集裝箱船、油輪的需求量明顯減少，傳統(tǒng)船型發(fā)展也因此遇到瓶頸［1］。另外受海洋開發(fā)熱潮的影響，許多國家都加大了對海洋資源的開發(fā)及利用；許多船東也因不看好未來幾年的航運市場，紛紛向海洋工程方向發(fā)展。此外，人們對高品質(zhì)生活的向往，也推動了大型海上工作、生活平臺及大型豪華郵輪的建造。

因為大型平臺、郵輪的人數(shù)及艙室多，對舒適性要求較高，所以傳統(tǒng)的造船工藝面臨極大的挑戰(zhàn)。因此，在新環(huán)境下，預(yù)制模塊化艙室單元應(yīng)運而生，將有效地解決以上問題。

1 預(yù)制模塊化艙室單元的由來

早在20世紀(jì)二三十年代，美國就已經(jīng)提出了模塊化設(shè)計和建造船舶的設(shè)想，并逐步付諸實施［2］。之后經(jīng)過40多年的發(fā)展，模塊化造船方法在國外得到了廣泛應(yīng)用。德、美、英、法、俄羅斯、日本、挪威、丹麥、芬蘭等眾多工業(yè)國家在模塊化造船方面都取得了很大的成就［3-4］。其中，芬蘭的Kvaemer Masa-Yards等歐洲船廠普遍采用預(yù)制模塊化艙室單元（PMCU-Prefabricated Modular Cabin Unit）技術(shù)建造大型豪華郵輪的居住艙室，并取得了顯著成效［5］。

目前做預(yù)制模塊化艙室單元比較有名氣的芬蘭STX公司，在豪華郵輪建造領(lǐng)域有著無可爭辯的霸主地位。國內(nèi)方面，一些復(fù)合巖棉板廠家也陸續(xù)引進(jìn)預(yù)制模塊化艙室單元的技術(shù)，如華南建材（深圳）有限公司、江蘇海陸科技股份有限公司、伊納克塞（南通）精致內(nèi)飾材料有限公司等，但是國內(nèi)廠家的市場份額占有量遠(yuǎn)不及國外廠家，且無一是用于大型郵輪項目的（以海工平臺居多）。

2 傳統(tǒng)艙室現(xiàn)場作業(yè)的局限性

由于船舶艙室的建造涉及到許多專業(yè)的工種，且工種之間需要較高的協(xié)調(diào)性，船廠監(jiān)造部門需統(tǒng)籌安排各項工作。一般而言，艙室作業(yè)主要分為：絕緣材料施工；甲板敷料的施工；壁板和天花板安裝；地板或地毯的敷設(shè)；系統(tǒng)管路（通風(fēng)管路及水管管路）和電纜的布置；壁板上開關(guān)、插座和天花板上燈具、布風(fēng)器等的開孔及安裝；木質(zhì)或鋼質(zhì)家具的安裝定位；踢腳線、頂角線、紡織品的安裝等。就傳統(tǒng)的施工建造順序而言，艙室作業(yè)在上建模塊區(qū)域就開始施工，經(jīng)過上建吊裝、合攏等工序，最后會在交船前完成相關(guān)工作。以一般的散貨船為例，此工作會持續(xù)3～4個月左右的時間，工期較長。勞動環(huán)境惡劣、人員勞動密度比較集中，然而面對當(dāng)今交船周期短、建造質(zhì)量高、環(huán)境污染小、船東對生活區(qū)裝修要求高等情況，傳統(tǒng)的施工模式及方式存在很多問題和不確定因素：

（1）施工時間長，施工項目多，不利于管理。

（2）施工項目多，易出現(xiàn)工種作業(yè)時間及地點的沖突及工種之間等工現(xiàn)象的出現(xiàn)［6］。

（3）因許多材料都是現(xiàn)場施工，安裝過程中浪費比較嚴(yán)重，浪費程度與現(xiàn)場工人的掌握技能程度有直接關(guān)系。另外，為滿足現(xiàn)場的5S管理要求［5S即整理（SEIRI）、整頓（SEITON）、清掃（SEISO）、清潔（SEIKETSU）、素養(yǎng)（SHITSUKE）］，切割后的剩料、廢料需及時清理和處理。

（4）施工過程中，現(xiàn)場工作壞境惡劣，尤其在巖棉板切割過程中，會產(chǎn)生大量的粉塵和金屬碎屑。

（5）為確保施工質(zhì)量，需要有現(xiàn)場經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員進(jìn)行指導(dǎo)施工［6］，而且施工質(zhì)量與工人的技術(shù)水平有直接的關(guān)系。

在高效、節(jié)能、環(huán)保的造船理念影響下，傳統(tǒng)艙室施工作業(yè)模式的弊端日漸顯露出來，尤其在造船行業(yè)處于低迷的階段，如何控制成本、提高效益，是船東、船廠、配套廠家迫切需要解決的問題。

3 預(yù)制模塊化艙室單元的組成及安裝

預(yù)制模塊化艙室單元主要由衛(wèi)生單元、壁板系統(tǒng)、天花板系統(tǒng)、防火門、家具系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)等組成，其主要的制造及施工流程參見圖1-圖6。

圖1 衛(wèi)生單元定位、安裝壁板系統(tǒng)、艙室門系統(tǒng)

圖2 安裝天花板 、家具 、風(fēng)管、電器系統(tǒng)

圖3 預(yù)制模塊化艙室單元的存儲及運輸

圖4 預(yù)制模塊化艙室單元的吊運及定位

圖5 預(yù)制模塊化艙室單元的安裝

圖6 連接管路（水管、通風(fēng)、電路）并調(diào)試

4 預(yù)制模塊化艙室單元的優(yōu)越性

在了解預(yù)制模塊化艙室單元的組成后，應(yīng)用該工藝進(jìn)行船舶艙室施工，具有與傳統(tǒng)艙室現(xiàn)場施工無法比擬的優(yōu)勢：

（1）在前期的設(shè)計階段，運用模數(shù)化設(shè)計有利于產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化［6］。

（2）考慮到后期艙室的運輸和吊裝，預(yù)制模塊化艙室單元在設(shè)計時就已考慮內(nèi)部及外部的加強(qiáng)方案，比傳統(tǒng)的艙室更加牢固、結(jié)實。

（3）由于預(yù)制模塊化艙室單元各房間獨立存在，房間的隔音效果比傳統(tǒng)艙室要好。

（4）可以選用單面鋼板式的巖棉板（正面貼塑鋼板+巖棉+反面鋁箔）來取代傳統(tǒng)的雙面鋼板式巖棉板（正面貼塑鋼板+巖棉+反面鍍鋅鋼板），可以減少鋼板用量，減輕自身凈重。

（5）由于艙室吊裝的特點，艙室內(nèi)的家具一般以鋁蜂窩家具為主，強(qiáng)度較好，比傳統(tǒng)的木質(zhì)家具減輕1/3左右。

（7）所有的產(chǎn)品都在配套廠家的廠房、車間內(nèi)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)、制作、安裝，其制作、安裝質(zhì)量均能得到有效保證，避免由于現(xiàn)場工人技術(shù)水平不同，導(dǎo)致艙室的質(zhì)量參差不齊。

（8）整體安裝靈活方便，工期大幅縮短。

（9）減少了船廠的工作量，減少了剩料、廢料，改善了施工環(huán)境，易于船廠的5S管理。

（10）減少了船上混亂的工種交叉作業(yè)，提高了生產(chǎn)效率；在目前人工成本持續(xù)攀升的情況下，減少現(xiàn)場工作量的同時，可明顯降低艙室的安裝成本。

（11）整體艙室的安裝周期縮短，可提高船廠船塢、碼頭的利用率。

5 預(yù)制模塊化艙室單元的局限性

盡管預(yù)制模塊化艙室單元具有很大優(yōu)越性，但在實際應(yīng)用過程中，還存在一定的條件限制：

（1）為了便于實際生產(chǎn)及安裝，在前期設(shè)計階段，就必須對艙室進(jìn)行模數(shù)化設(shè)計，房間的規(guī)格相對統(tǒng)一，形式相對單調(diào)［6］。

（2）在布置PMCU的鋼甲板需盡量避免梁拱及拋勢，否則后期艙室定位、墊平安裝的工作量較為繁瑣。

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（3）船體結(jié)構(gòu)要盡可能避免設(shè)置立柱或鋼圍壁，這就對甲板底部的橫梁及加強(qiáng)提出了更高的要求。

（4）在前期設(shè)計，就需要考慮預(yù)制模塊化艙室單元的吊裝運輸方案。

（5）在吊裝及運輸艙室的過程中，船體結(jié)構(gòu)需要提前開好工藝孔，其大小往往會取決于預(yù)制模塊化艙室單元的大小，前期結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候需考慮。在吊裝完成后，還需將工藝孔補(bǔ)上。

（6）因預(yù)制模塊化艙室單元安裝的需要，艙室頂部與船廠的風(fēng)管、電氣線路、燈具、布風(fēng)器的安裝都需要足夠的安裝空間。這對結(jié)構(gòu)的層高要求比一般情況要高出將近500 mm。

6 實際使用案例

表1為預(yù)置模塊化艙室單元的實際使用案例，以STX芬蘭公司近10年主要業(yè)績?yōu)槔?/p>

表1 芬蘭STX近10年業(yè)績

從表1可以看出，預(yù)制模塊化艙室單元的使用主要還是以海工平臺居多。豪華郵輪的訂單量雖沒有海工平臺多，但是一艘豪華郵輪的艙室需求量有上千個，其數(shù)量超過幾個海工平臺使用量的總和。

圖7、圖8是幾個工程案例的參考圖。

圖7 挪威國家石油公司Troll氣田鉆探平臺

圖8 海洋綠洲號豪華郵輪

從表1中可以看出，2艘豪華郵輪的艙室總數(shù)量達(dá)到3 953個，這還不包括船上工作人員的居住艙室。一艘常規(guī)豪華郵輪的艙室總數(shù)量約為普通海工平臺的10倍、普通船型的35倍左右（散貨船以定員30人為例），建造豪華郵輪、海工平臺，其創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)利益和效益是普通船型所無法比擬的。

7 結(jié) 論

近年來，中國的造船技術(shù)迅速發(fā)展。許多海工平臺陸續(xù)建造成功，這些都為預(yù)制模塊化艙室單元的應(yīng)用提供良好的發(fā)展和使用前景，但同時也對預(yù)制模塊化艙室單元的技術(shù)水平提出更高的要求。我們只有在現(xiàn)階段大力發(fā)展預(yù)制模塊化艙室單元技術(shù)，才能為后期大規(guī)模應(yīng)用做好充足的技術(shù)儲備。

現(xiàn)代船型越來越追求安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性，預(yù)制模塊化艙室單元完全符合發(fā)展潮流和趨勢。遺憾的是，我國至今尚未成功接單并建造一艘豪華型郵輪，相關(guān)的豪華郵輪建造技術(shù)和工藝也一直被西方造船企業(yè)所壟斷，中國品牌的預(yù)制模塊化艙室單元應(yīng)用于豪華郵輪也是障礙重重。這無疑是中國造船業(yè)的重大缺憾，但相信這一缺憾定可在不久的將來得到彌補(bǔ)。

［1］ 王洪增.金融危機(jī)背景下中國造船業(yè)國際競爭力研究［D］.山東青島：中國海洋大學(xué)，2010.

［2］ 李加亮，王越.模塊化造船的現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢的思考［J］.中國水運，2013（3）：3-4.

［3］ 孫龍泉.船舶艙室模塊化的研究［EB/OL］.2014-8-1.http：//www.docin.com/p-270378988.html.

［4］ 董煒，趙虹，王威.大規(guī)模定制下模塊化造船技術(shù)概述［J］.船舶，2012（5）：81-84.

［5］ 王金娥，曹紅梅，李蘭美.模塊化造船技術(shù)應(yīng)用綜述［J］.造船技術(shù)，2013（5）：1-4.

［6］ 李勇.預(yù)制模塊化艙室單元技術(shù)及其在國內(nèi)造船業(yè)的應(yīng)用前景［J］.造船技術(shù)，2007（4）：20-22.