海洋工程船上層建筑建造方法研究

馬 良，唐凱凱，李 苗

（浙江造船有限公司，浙江寧波 315500）

海洋工程船上層建筑建造方法研究

馬 良，唐凱凱，李 苗

（浙江造船有限公司，浙江寧波 315500）

船東對(duì)海洋工程船的空船質(zhì)量要求越來(lái)越高，通常船體上層建筑分段選用較薄的板材以降低空船重量及重心，這無(wú)疑增加了上層船體分段的建造難度，如何提高上層分段的質(zhì)量及生產(chǎn)效率，是擺在面前的一個(gè)嚴(yán)峻問題。為此需要從生產(chǎn)設(shè)計(jì)、總段吊環(huán)設(shè)計(jì)及分段預(yù)舾裝等方面進(jìn)行優(yōu)化。

船體上層建筑分段；生產(chǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化；總段吊環(huán)設(shè)計(jì)；分段預(yù)舾裝

0 引言

近日，浙江某造船公司（下文簡(jiǎn)稱“公司”）的海洋工程船上層建筑一吊成功，標(biāo)志著上層建筑的結(jié)構(gòu)建造質(zhì)量得到了突破。為了保證整船的制造進(jìn)度以及下水時(shí)的舾裝完整率，如何提高海洋工程船上建分段的生產(chǎn)效率及質(zhì)量，是擺在現(xiàn)實(shí)面前的一個(gè)嚴(yán)峻問題，為此需要從生產(chǎn)設(shè)計(jì)開始就對(duì)船舶進(jìn)行優(yōu)化。

1 上建分段生產(chǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化

從上建分段的劃分、上建分段反變形量的設(shè)置及分段無(wú)余量建造等方面入手，針對(duì)船體上建分段生產(chǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化以提高建造質(zhì)量。

1.1 上建結(jié)構(gòu)劃分

通常上層建筑結(jié)構(gòu)以甲板層為基面進(jìn)行分段的劃分，但是由于空船質(zhì)量的要求，通常其結(jié)構(gòu)較弱，整體的艙室圍壁明顯剛性不足，所以常規(guī)的方法是以橫向?yàn)榛鶞?zhǔn)進(jìn)行劃分［1］。

為避免上建分段在制造、吊裝、運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中可能存在的變形因數(shù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)工序前移的目的。目前公司在造海洋工程船在分段尺寸滿足起吊、翻身、運(yùn)輸能力的情況下（分段最大質(zhì)量＜100t，焊后含舾裝件等的最大尺度的長(zhǎng)×寬×高為16m×14m×8m），上建分段的劃分正朝“大尺寸、多層高”的方向發(fā)展［2］。下面僅以新舊兩型船的上建分段劃分為例，進(jìn)行說(shuō)明，如圖1和圖2所示。

圖1 舊型船分段劃分

圖2 新型船分段劃分

綜上，舊型船上建共計(jì)分為10個(gè)分段，其中最大尺寸分段為902C：長(zhǎng)×寬×高為13.2m×17.2m×3.0m，質(zhì)量約為42t。

新型船上建共計(jì)分為7個(gè)分段，其中最大尺寸分段為903C：長(zhǎng)×寬×高為12.8m×15.2m×5.75m，質(zhì)量約為69t，在滿足生產(chǎn)能力的情況下，減少分段數(shù)量3個(gè)。

同時(shí)，在分段“大尺寸、多層高”的劃分原則下，應(yīng)兼顧上建設(shè)備、衛(wèi)生單元等到貨、進(jìn)倉(cāng)問題，在劃分時(shí)應(yīng)預(yù)留開放式合攏口作為設(shè)備進(jìn)倉(cāng)的通道［3］。若不能做到預(yù)留開口，則在生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)設(shè)置設(shè)備吊裝工藝口。

1.2 反變形設(shè)置

上建分段在長(zhǎng)期的堆放、運(yùn)輸及上建分段自身結(jié)構(gòu)的特殊性，易造成甲板中部塌陷，層高不滿足要求的情況。舊型船當(dāng)遇到這種情況時(shí)，往往采用增加甲板輔料來(lái)滿足其平面度要求。這種措施易增加空船重量，增加造船成本［2］。

現(xiàn)在的建造方法是在以往造船經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在分段生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)上建分段預(yù)放一定反變形量，如圖3所示。同時(shí)要求：

1）胎架按反變形加放示意圖要求設(shè)計(jì)，并在胎架圖紙中體現(xiàn)；

2）在甲板排板時(shí)，在距中1 000mm處設(shè)置板縫；

3）橫向圍壁按反變形加放示意圖要求進(jìn)行反變形余量及收縮補(bǔ)償量的設(shè)置；

4）縱向圍壁，按反變形加放示意圖中的趨勢(shì)進(jìn)行反變形量及收縮補(bǔ)償量的設(shè)置，要求縱橫圍壁下口平齊。

圖3 反變形加放示意圖

通過反變形量的設(shè)置對(duì)規(guī)范上建分段臨時(shí)加強(qiáng)、合理堆放所產(chǎn)生的變形起到了抑制作用，有效減小了上建分段甲板塌陷的可能性。

1.3 無(wú)余量建造

上建分段的變形直接影響船舶美觀，所以對(duì)其通常采用無(wú)余量建造設(shè)計(jì)的方法，使其在分段搭載合攏的過程中減少二次火焰的切割，以防止因火焰的二次切割產(chǎn)生分段的變形。

為達(dá)到無(wú)余量造船的精度要求，為此需采用以下的方法：

1）在分段的設(shè)計(jì)過程中針對(duì)分段的收縮變形加放收縮變形值；

2）分段中不連續(xù)的結(jié)構(gòu)，并且中間沒有支柱及艙壁的分段，應(yīng)在分段內(nèi)部進(jìn)行臨時(shí)加強(qiáng)支撐，防止運(yùn)輸及吊裝過程中產(chǎn)生重大變形；

3）盡量采用下行焊焊接工藝，在保證焊接強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，減少焊接變形；

4）盡可能采用分段反造的方法，利用分段反造施焊產(chǎn)生的應(yīng)力來(lái)抵沖部分外部變形應(yīng)力。

5）最后對(duì)不可避免的結(jié)構(gòu)變形，根據(jù)相關(guān)工藝要求，對(duì)其進(jìn)行火工矯正。

2 吊環(huán)設(shè)計(jì)

由于上建總段質(zhì)量較大，而其結(jié)構(gòu)板材相對(duì)較薄，吊馬區(qū)域受力較為集中。因此為保證上層建筑層間受力有效傳遞，減少結(jié)構(gòu)變形和損壞，應(yīng)采用適合整吊實(shí)施的上層建筑的總段外形。

以900A上建總段為例，900A由905C、906C、907C三個(gè)分段組成，分段質(zhì)量分別為57.5t、57.9t、91.2t，焊后總段質(zhì)量約為217t，實(shí)際總組尺寸為：23108mm×21 013mm×10 123mm，加上接近40t的舾裝重量，起吊總重約為260t。該總段已接近萬(wàn)噸船臺(tái)2×150=300t龍門吊最大起重負(fù)荷，通過在駕駛甲板弱結(jié)構(gòu)區(qū)域（FR46～FR49）開設(shè)工藝孔，在05甲板相同區(qū)域裝焊吊環(huán)，同時(shí)通過在FR49橫艙壁窗戶開口裝焊板材的方式，對(duì)吊環(huán)區(qū)域進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，確保起吊安全、控制結(jié)構(gòu)變形，見圖4。起吊效果圖見圖5。

圖4 上建總段吊環(huán)設(shè)計(jì)圖

圖5 上建總段起吊效果

3 分段預(yù)舾裝

上層建筑分階段預(yù)舾裝的優(yōu)化分解，主要體現(xiàn)在合理的工藝路線、各施工階段的技術(shù)狀態(tài)與作業(yè)類型組的有機(jī)協(xié)調(diào)，從而達(dá)到涂舾一體化的作業(yè)要求［3］。

上層建筑舾裝工程具有工序多、工作量大、作業(yè)面廣、綜合性強(qiáng)、施工周期長(zhǎng)等特點(diǎn)。因此須合理的統(tǒng)籌安排好各種工序，對(duì)于預(yù)舾裝工程，必須體現(xiàn)平面作業(yè)，擴(kuò)散施工，最大限度地實(shí)現(xiàn)舾裝作業(yè)地面化，并且把上層建筑作為一個(gè)獨(dú)立的模塊與主船體分道施工。

在基本封閉、獨(dú)立建造的上層建筑區(qū)域其制造流程的設(shè)計(jì)和工藝分解應(yīng)盡量滿足如下的要求：

1）鋼質(zhì)舾裝件爭(zhēng)取在分段和中組階段中安裝，同時(shí)在分段階段應(yīng)盡可能擴(kuò)大預(yù)舾裝范圍；

2）分段二次除銹前，要求結(jié)構(gòu)裝配、管子支架、電纜托架等構(gòu)件安裝完整；

3）分段除銹后因后續(xù)施工造成的被破壞的油漆實(shí)施全程跟蹤補(bǔ)漆；

4）總段舾裝盡可能采用單元與模塊，在分段搭載前，作為封艙件吊裝到位；

5）上建的綜合管系應(yīng)對(duì)其尚未完整的進(jìn)口端和出口端采取臨時(shí)封堵的辦法，分次密性，以保證后續(xù)工程的正常進(jìn)行；

6）殼舾涂一體化的作業(yè)排序要在計(jì)劃安排中得到體現(xiàn)，以避免多工種穿插作業(yè)的相互干擾，提高工作效率。

4 結(jié)論

船舶建造是個(gè)系統(tǒng)工程，影響上層建筑分段建造質(zhì)量的因素是多方面的，但合理的生產(chǎn)設(shè)計(jì)、分段、總段的吊環(huán)布置設(shè)計(jì)有效地防止上層結(jié)構(gòu)的變形，使上建結(jié)構(gòu)一吊成功變成了可能；完整的分段預(yù)舾裝以及分段無(wú)余量建造大大提高上層建筑分段建造的生產(chǎn)效率，因此通過合理優(yōu)化的設(shè)計(jì)及工藝安排，使海洋工程船的上層建筑結(jié)構(gòu)采用薄板建造變成了可能。

［1］ 鐘宏才， 向東， 譚家華， 等. 船體分段劃分方法研究概述［J］. 造船技術(shù)， 2002（2）： 1-4.

［2］ 徐兆康. 船舶建造工藝學(xué)［M］. 北京： 人民交通出版社，2000.

［3］ 刁玉峰. 船舶生產(chǎn)設(shè)計(jì)［M］. 北京： 人民交通出版社，2001.

Research of Construction Method of Superstructure on Offshore Vessel

Ma Liang， Tang Kai-kai， Li Miao
（Zhejiang Shipbuilding Co.， Ltd.， Zhejiang Ningbo 315500， China）

The requirements of offshore vessels’ light weight from ship owners are more and more strict. Generally the plate thickness of superstructure units is selected with thinner ones to reduce the light weight and the gravity center. It will increase the difficulty of superstructure’s construction. How to improve the quality and the production efficiency of superstructure’s unit becomes a severe and practical problem. It needs to optimize at the aspects of the production design， the design of block’s lifting eye and unit pre-outfitting.

superstructure unit； production design optimization； design of block’s lifting eye； unit pre-outfitting

U663.6

A

10.14141/j.31-1981.2016.01.008

馬良（1978—），男，工程師，研究方向：船舶設(shè)計(jì)。