居住艙室模塊化安裝與精度控制技術研究

柳獻偉,熊炳旭,卞春曉,崔 莉

(大連船舶重工集團設計研究院有限公司,遼寧 大連 116021)

居住艙室模塊具有建造高效性和質量可靠性的特點，可實現快速安裝， 其中安裝與精度控制等是居住艙室模塊建造的關鍵技術。通過對移動路線設計和三維模擬，分析居住艙室模塊定位精度控制，分析居住艙室模塊上船后拖拽移動過程對浮動地板的影響，分析居住艙室模塊與甲板或浮動地板固定連接形式，實現居住艙室模塊的順利、精準安裝。

1 轉運路線設計和三維模擬

居住艙室模塊的實船轉運有很多轉運方案，需要根據平臺空間相對有限、形狀復雜和干擾因素較多等特點，在眾多方案中提煉出時效性最強，對平臺其他區域、其他工種作業影響最小、最具科學性的方案，需要通過分析整個平臺的結構特點、每層艙室布置的結構關系和每層舾裝件布置等確定。

1.1 轉運路線設計

轉運路線設計，起到居住艙室模塊在進艙過程中的交通作用、分隔區域作用和分配合理區域作用。轉運路線示意圖見圖1，其中點劃線箭頭表示轉運路線，圈中數字為定位序號。

1)開孔定位。①外部開孔。船體外部開孔的位置受諸多因素影響，例如外部吊運能力、船體結構特點、舾裝件的數量以及居住艙室模塊的定位順序等。外部開孔位置也決定了轉運路線、后期船體結構的恢復工藝。根據一般項目特點，外部開孔盡量選擇空調、管系等內部舾裝件的末端，這樣可以避開居住艙室模塊進艙時，與密集的空調風管和管系等舾裝件位置重合，可以發揮艙室模塊的優勢特點，越密集性的艙室模塊布置，定位效率就越高。②內部開孔。大多數艙室數量較多的項目，受限于內部結構影響，一個外部結構開孔通常無法滿足居住艙室模塊直接進艙、轉運，可以在內部結構上進行開孔，把內部分為不同的居住艙室模塊集中區域，內部開孔還可以減少平臺上層建筑外部開孔對外部舾裝件的影響，減少吊裝、平臺等工藝性工裝，降低了施工難度。內部開孔高度是居住艙室模塊運行的高度，不會對上部的通風、管系、電纜等舾裝貫通件造成影響，工藝性恢復完成船體鋼圍壁的焊接工作即可。內部開孔要分析內部結構特點，分析每層甲板分布是否大體相同，左右舷結構分布情況，同時考慮貫穿各個甲板的電纜、通風通道和梯道等結構。

2)平面設計。居住艙室模塊進艙開孔確定后，確定主通道。根據不同項目的特點，在沒有其他空間供鋼圍壁進行開孔恢復操作的情況下，需要在內部建立艙室模塊轉運緩沖區，以供部分居住艙室模塊臨時運輸及停靠。

圖1 轉運路線示意圖

1.2 居住艙室模塊轉運三維模擬

利用三維模擬技術可以把空間內的內容以計算機模擬的方式表現出來，避免路線或程序設計不合理造成的損失，提高了精度和效率。尤其可以多角度分析模型內容和路線，確保居住艙室模塊上方各種風管、管路和電纜托架等設備的安裝高度能夠滿足居住艙室模塊進艙轉運的高度，這是降低該施工階段在塢內及水下使用時間的關鍵。利用三維模型模擬后，可根據具體情況隨時調整，使得設計更加完善。三維模擬的應用解決了較復雜繁瑣的審核過程，在虛擬模型中排除了干擾因素，并提供解決方案，提高了艙室模塊現場進艙定位的一次成功率。

2 居住艙室模塊定位精度控制

2.1 公差分析

無論采用哪種船體建造方法，在實際中都會產生誤差。在各種誤差中，有累計誤差，也有消耗誤差，對于不可控的累計誤差和消耗誤差，可能來自于應力變形、也可能來自舾裝件等穩定性變形等。但對可控制的如窗盒、圍壁板等進行消耗誤差的處理安裝，可以將這些誤差整理、分析，計算出公差范圍，實現整個居住艙室模塊順利、準確地進行定位、安裝。

1)窗盒處公差。一般情況下，窗盒是在居住艙室模塊安裝區域的空層，即居住艙室模塊與外圍鋼圍壁處尺寸為200～400 mm位置，特殊區域或產品甚至更大。這部分空間除了滿足絕緣、圍壁或者艙室模塊等施工空間外，也考慮到了結構誤差而帶來的隱患，是為了充分保證內部空間尺寸后而預留的尺寸。一般情況下，這部分余量足夠調整尺寸誤差，窗盒公差調整示意圖見圖2。由于窗和窗盒的廠家不同，窗盒的制作階段早已完成，在滿足使用情況下，大體可以分為3種情況。根據結構正公差情況下，窗盒受裝飾框與鋼圍壁的間距影響為L1，受裝飾框與流水槽的間距影響為L2，綜合各窗盒生產廠商的數據，L1為20～35 mm，L2為10～25 mm。結構負公差情況下，窗盒受窗盒與窗盒裝飾框的間距影響為L3，L3為10～40 mm。

圖2 窗盒公差調整示意圖

2)居住艙室模塊間公差。居住艙室模塊在橫向布置的方向同樣存在著結構誤差影響，在最外端的兩側或者靠近鋼圍壁一側的距離一般都有足夠的調整空間，布置在中間部分的居住艙室模塊需要準確定位來確定對應管系等開孔。為了提高居住艙室間的隔音系數，在居住艙室模塊之間增加隔音巖棉或者玻璃絲棉，隔音巖棉或玻璃絲棉的厚度在50 mm左右，居住艙室模塊之間的間距為75 mm左右。為了保證降噪節點的完整性，可以將居住艙室模塊的間距減少至65 mm，極限狀態下可以壓縮降噪隔音棉的空間僅僅為5 mm。以2個居住艙室模塊為單位，空間的定位公差可以控制在10～25 mm，艙室模塊間公差示意圖見圖3。

圖3 居住艙室模塊間公差示意圖

3)圍壁板公差。從居住艙室模塊完整安裝節點分析，在居住艙室模塊面對走廊一側安裝了連續的圍壁板，該圍壁板能夠使走廊圍壁板連貫，達到美觀效果，同時也是走廊天棚結構支撐、走廊完整性重要的組成部分。所以在居住艙室模塊與走廊圍壁板之間會存在可利用的公差，考慮到居住艙室模塊門在走廊一側的美觀性，這個空間操作安裝的正公差僅為2 mm，負公差為5 mm，圍壁板公差示意圖見圖4。

圖4 圍壁板公差示意圖

2.2 定位

1)激光定位劃線。為了準確、高效的進行居住艙室模塊安裝，除了提前完成所有舾裝件施工內容外，對所有待安裝的居住艙室模塊也要進行準確的預定位。在激光定位劃線之前，首先要對一個居住艙室模塊安裝區域進行整體測量。目的是確定船體結構公差與居住艙室模塊和走廊的關系，在預劃線過程中將公差消除在窗盒、間隙等范圍內，但消除這些公差要全區域整體考慮公差范圍，以確保整個區域內的居住艙室模塊與管系、通風和電氣等連接點吻合，同時和走廊結合的位置處的美觀性。根據居住艙室模塊、走廊和開孔等尺寸進行激光定位，激光定位時，除了確定居住艙室模塊的位置并進行劃線外，更要明確三角區的位置，使其成為居住艙室模塊實際定位安裝的重要依據。

2)定位三角區。滿足《挪威石油工業技術法規》的標準產品，需要在三角區安裝擋水扁鐵。從布置上看，居住艙室模塊為兩兩相鄰，即2個三角區相鄰。這就可以使2個居住艙室模塊共享1個大型三角區和1個定位擋水扁鐵。設計時需明確三角區擋水扁鐵和衛生單元底部管系的位置關系，在計算出泄漏水可能區域后，盡量與居住艙室模塊底部結構結合，邊緣外形吻合，使居住艙室模塊在安裝中迅速靠攏定位。

3 艙室模塊安裝工裝

根據轉運路線設計可知，位于轉運路線的中間主通道位置以及進艙部位是頻繁使用的轉運路徑，需反復多次承受多個居住艙室模塊滾壓，對于鋼甲板及基層敷料的地面影響不大，但對于多數使用浮動地板的區域會有影響。由于浮動地板不是絕對鋼性的產品，反復受到重壓之后，極有可能會損壞或破壞其平整度。

3.1 轉運工具

居住艙室模塊安裝除了使用傳統、普通的工具外，還有一套特殊的轉運工具。在居住艙室模塊轉運進艙過程中，最重要的工裝工具是轉運車，此種工裝車輛要具備能夠托起艙室模塊的能力，并且在高度上可以調整，還要擁有萬向輪，能夠使整個居住艙室模塊在轉運的過程中可以自由的行走、升降、轉向甚至旋轉。

1)承重。居住艙室模塊整體質量約3 t，新型的轉運車體積小，底盤低，能夠插入居住艙室模塊底部。采用小體積轉運車可以根據居住艙室模塊內外部的布置情況，決定固定位置。從本項目居住艙室模塊來看，轉運車可以分別放在2個側邊。

2)升降。由于艙室模塊質量較大，同時受移動空間限制，所以轉運車盡量小巧，同時能夠插起模塊，在高度升降范圍方面不需要過多的調整量。考慮到船體結構高度在3 000～3 500 mm，除去居住艙室模塊自身高度和管系、通風、電纜等舾裝件，高度升降范圍控制在0～200 mm即可。

3.2 數量及位置

應在居住艙室模塊4邊以對稱形式安裝、固定轉運車。但由于居住艙室模塊前部有窗，后部有門及三角區，這兩側幾乎沒有空間布置轉運車，考慮將轉運車布置在2個長邊方向。轉運車位置采取對稱安裝，數量上越多越有利于轉運，如遇到局部舾裝件或者個別轉運車無法工作時，其他轉運車依然可以起到轉運作用，使整個居住艙室模塊繼續轉運，不會受其影響。所以單邊轉運車2～3臺即可，整個艙室模塊需4～6臺。

3.3 地面影響因素

居住艙室模塊建造區域內的地面表面材料多為PVC地板或地毯，走廊多為PVC地板或橡膠地板。 整個居住艙室模塊建造區域內的甲板材料為自流平甲板敷料或者鋼甲板，為了減震降噪，有的區域內為高隔音浮動地板。鋼甲板的情況對舾裝、工裝工具等影響較小，暫不贅述。通過調研不同品牌的自流平甲板敷料，該材料鋪裝后的抗壓強度基本大于等于25 MPa。如果增加高隔音浮動地板，就要考慮整體抗壓強度，高隔音浮動地板節點中有巖棉等絕緣材料，以起到減震降噪的作用，有的產品即便增加鋼板，整體強度仍不足。由于居住艙室模塊質量已經被轉運工具，尤其輪胎分散，在轉運路線上增加適當的板材以增加接觸面積，能夠將接觸壓強大幅度降低，即可完成居住艙室模塊轉運工作。

4 與甲板固定連接

當居住艙室模塊拖拽到指定設計位置之后，需進行固定，否則當船舶或生活平臺有縱傾或橫搖時，居住艙室模塊有移動的可能性，對舒適度、質量以及安全都有影響。在進行固定之前，需要明確居住艙室模塊與不同甲板材料的固定形式，針對不同的材料，采用不同的安裝、固定方式。

4.1 焊接固定

居住艙室模塊焊接固定形式示意圖見圖5。居住艙室模塊定位后，可以利用模塊底部的支撐方鋼結構進行焊接，由于對居住艙室模塊固定的主要目的是防止模塊位移，即固定后阻擋橫向與縱向的力即可，所以焊接形式采用點焊，見圖5(a)。如果鋼甲板鋪設自流平甲板敷料，則需提前安裝定位塊焊接，見圖5(b)。

圖5 居住艙室模塊焊接固定形式示意圖

4.2 黏結固定

目前市場中黏結膠的應用非常廣泛，無論從牢固度還是凝結時間等，都有了很大的提升。相比其他固定形式，黏結固定施工相對簡單，對其他工種、工序等影響較小。居住艙室模塊黏結固定形式示意圖見圖6。黏結膠有膠帶型、膏狀型等，對施工人員要求不高，安裝工具也相對簡單，但在價格上略高于其他固定形式。

圖6 居住艙室模塊黏結固定形式示意圖

4.3 螺釘固定

螺釘固定相對于其他固定方式是最簡單、廉價的固定方式，居住艙室模塊螺釘固定形式示意圖見圖7。為了提高效率，可以在固定角鋼上提前預設鉆孔，因為螺釘固定方式的強度較焊接固定和黏結固定較弱，所以盡可能使用在浮動地板上。如果在鋼甲板上采用螺釘固定方式，則需要增加額外的固定件，在成本上和工序上都有增加，不推薦采用。

圖7 居住艙室模塊螺釘固定形式示意圖

居住艙室模塊化安裝與精度控制技術研究，為整個居住艙室模塊化安裝提供有力的技術支持，從而實現縮短整個項目建造周期，降低建造成本，為提高船舶及海洋工程裝備配套國產化率提供有力的技術保障。