集裝箱船貨艙區總組技術

夏小浩， 王 偉

(1.揚帆集團股份有限公司， 浙江 舟山 316100； 2.浙江海洋大學 船舶與機電工程學院， 浙江 舟山316022)

0 引 言

近些年來，隨著大量的集裝箱船在國內船廠建造，集裝箱船的建造技術和工藝已日趨成熟，建造精度大幅提高，建造周期也大幅縮短，但是與日韓船廠相比，國內各船廠還有很大差距。為了提高船舶建造精度，縮短建造周期，降低生產成本，需要不斷探索新技術、新工藝，改善建造設備和管理方法。在現有的設備下，優化集裝箱船貨艙區的總組搭載方式，以完整的環形總段進塢搭載是突破集裝箱船建造的關鍵問題之一。

1 貨艙區總組形式

國內船廠集裝箱船建造總組形式大致可分為4類(見表1)。隨著國內各船廠的管理、技術能力的改進和起吊能力的大幅度提升，貨艙區的總段越做越大，船臺或船塢工作也不斷前移，使船臺或船塢建造效率逐步提升，船舶建造質量和精度不斷提高[1-3]。

2 貨艙區環形總段總組建造方法

2 200 TEU集裝箱船貨艙區共有5個貨艙，第1至第4個貨艙容量可裝載2個40英尺標箱(12.2 m×2.44 m×2.59 m)，第5貨艙裝載1個40英尺標箱，各艙均有階梯平臺。集裝箱船貨艙區工作量包括以下內容：(1)主船體結構及縱橫艙口圍結構焊接；(2)艙壁上的導軌安裝和檢測；(3)主甲板上舷邊的箱柱安裝；(4)橫艙壁內的通風安裝；(5)貨艙內各平臺上的箱腳、堆錐安裝和檢測；(6)其他各類型舾裝件(包括綁扎橋和艙口蓋)安裝。

集裝箱船貨艙區因綁扎系統多導致貨艙區工作量大，各工種配合和交互多，又因裝載集裝箱而導致貨艙區和綁扎系統精度要求高。為了縮短船塢周期，提高建造精度，必須優化建造工藝，把艙口圍、導軌、箱柱、箱腳底座等原來在總組/船塢或碼頭階段安裝的工作，提前至分段或總段階段完成，即把后續工作向前移，確保貨艙區環形總段的所有工作能在總組階段完成。為了達到貨艙區以環形總段的方式總組，在2 200 TEU集裝箱船上，做了如下優化和技術攻關。

表1 各種集裝箱船貨艙區總組形式和特點

2.1 建造方針技術優化

2 200 TEU集裝箱船前期建造方針策劃明確貨艙區按環形總段進行總組，確定建造順序、總組方案和設計要求。圍繞貨艙區環形總段總組方式，優化技術和工藝方法如下：(1)橫向艙口圍帶入橫艙壁分段安裝；(2)導軌帶入橫艙壁分段安裝；(3)箱柱帶入舷側分段安裝；(4)縱向艙口圍在環形總段成形階段與舷側分段焊接安裝；(5)貨艙內的箱腳堆錐和底座在環形總段成形后劃線安裝焊接結束并測量；(6)分段劃分時貨艙區要求從上到下一刀切，并要求每1環形總段帶1橫艙壁，每1環形總段總質量(包括環形總段內的舾裝件質量)不超過650 t(船塢和總組場地吊車可吊700 t)；(7)保證各舾裝件在環形總段內安裝焊接結束，只保留合龍口工作。

2.2 貨艙區環段總組技術難點

集裝箱船貨艙區建造的難點是主船體貨艙區綁扎系統的精度控制。實行以環形總段總組的方式，把很多安裝、焊接工作量和建造精度控制工作提前至分段或總段上完成，對分段或總段的建造精度控制要求顯著提高[4-8]。

2.2.1 分段和總段劃分及質量控制

對于船體生產設計來說，為實現貨艙以環形總段總組，考慮將艙口圍、導軌、箱柱、箱腳底座等結構設計到分段或總段中。在2 200 TEU集裝箱上劃分分段時，首先需考慮總段的劃分和總段質量的計算，要確保每個環形總段(包括各類舾裝件和管系)的總質量不能超過總組和船塢場地吊車的起吊能力(建造廠船塢和總組場地的2臺吊車起吊能力最大可達700 t)。總段確定后才能考慮分段的劃分，在劃分總段時要保證這1環段內帶1橫向艙壁，在劃分分段時需考慮導軌、箱柱、箱腳底座等在分段中能否安裝。

2 200 TEU集裝箱船貨艙區的總段在劃分時需要計算出各類型的最大橫艙壁(包括橫向艙口圍和導軌)以及貨艙中段每米的質量，然后根據劃分的長度估算出船體結構的質量，并充分考慮建造難度、其他專業因素和板材利用率等。經過反復比較與調整，最后確定貨艙區的分段、總段劃分圖如圖1所示，最大環形總段結構質量為591 t(包含縱向艙口圍和箱柱，橫向艙口圍和導軌)，再加上其他加強結構等質量總計650 t，符合起吊能力要求。

在劃分總段時，需反復考慮和計算環段的總質量，這是達到以環段搭載的最根本要求。很多船廠未采用環段總組的最根本原因是起吊能力不足。

圖1 2 200 TEU貨艙區分段劃分

2.2.2 分段建造精度控制

集裝箱船因裝載集裝箱，對貨艙的精度有較高的要求，因此在建造分段過程中，須保證精度測量和控制。

導軌在分段中的安裝和工藝已較為成熟，在國內大多數船廠都已實施[9-11]，在其他集裝箱船上也已建造過，積累了一定經驗。在建造2 200 TEU帶導軌的橫艙壁分段(見圖2)時，為保證橫艙壁和導軌的安裝精度，須實時測量監控并調整，在分段完工后均要符合精度要求。管控與監測點如下：(1)前后艙壁的間距、平整度、艙壁中心線和艙壁的角尺度；(2)導軌的水平度、間距、距中尺寸、角尺度和直線度。

圖2 2 200 TEU帶導軌的橫艙壁分段

2.2.3 總組精度控制

2 200 TEU貨艙區環形總段主船體組成：底部雙層底分段、舷側分段、橫艙壁分段和縱向艙口圍分段。在總組前，搭載人員首先要檢查各組合分段的精度檢驗數據，確保各分段在總組時精度符合精度管控要求。根據分段完工精度檢測數據先利用全站儀模擬總組，找出搭載需要調整和注意的分段位置和控制點。

在實際搭載時，用全站儀實時收集數據，控制精度需要關注6點：

(1) 雙層底中心線與橫艙壁前后中心線對齊一致；

(2) 橫向艙口圍4角水平高度和垂直度；

(3) 舷側分段和橫艙壁的水平高度(以橫艙壁為基準)以及前后位置控制；

(4) 舷側分段的垂直度和半寬控制(有誤差時不能移橫艙壁)；

(5) 縱向艙口圍與橫向艙壁間的角尺度；

(6) 舷側分段與縱向艙口圍左右同面度。

2 200 TEU典型環段組合過程如圖3所示，環形點段之間合龍情況如圖4所示。

圖3 典型環段組合過程

圖4 2 200 TEU 2個貨艙環形總段合龍情況

2.2.4 搭載精度控制

貨艙區環段總組完成，即平臺、雙層底上的箱腳底座和堆錐已根據艙壁導軌劃線定位并安裝完畢，其在精度測量后均符合精度控制要求，且所有舾裝件安裝結束，環段可吊入船塢或船臺進行合龍。在大合龍時精度控制需要關注4點：

(1) 前后總段的中心線對齊； (2) 保證前后總段形成的貨艙長度、寬度和對角線偏差控制；

(3) 保證前后總段各平臺、主甲板和艙口圍的高度；

(4) 保證平臺與雙層底上40英尺或20英尺箱腳間的距離，誤差不超過±4 mm。

在合龍前，可通過全站儀和軟件把在船塢內的搭載段端口數據和吊入總段的搭載總段端口數據進行模擬，分析合龍口的中心線、長度和對角是否有誤差，若有問題，則可以通過調整吊入總段的裕量來保證中心線對齊，保證長度和對角誤差尺寸在允許范圍內。

3 貨艙區環形總段搭載技術優缺點

通過對2 200 TEU集裝箱船貨艙區環形總段搭載技術的分析，結合對現場建造管理和能力的了解，對以不同總組方式建造的同型箱船進行對比(見表2)，發現貨艙區以完整環形總段進行總組的2 200 TEU集裝箱船，對縮短建造周期、減少船塢占用時間和提高精度有明顯的優勢。

表2 2 200 TEU集裝箱船貨艙區環形總段搭載技術的優缺點對比

4 結 論

如何縮短船塢或碼頭周期是國內每個船廠在建造船舶時都要面臨的問題，也是需要重點解決的問題。結合船廠的現有設施和能力，運用新的建造技術或優化工藝可以大幅縮短建造周期。分段、總段作為船舶建造中的中間產品，提高其完整性是船舶建造的發展趨勢。改變總組方式，以總組完整的環形總段為目標的建造技術和工藝，在建造能力允許的情況下，是集裝箱船建造的一次重要技術變革，必將推廣至所有集裝箱船的建造中。