3 600 TEU集裝箱船建造方案設計

朱雨雷，伍平平

（舟山中遠海運重工有限公司，浙江舟山 316131）

0 引言

船舶建造是一項龐大的綜合工程，其中建造方案是船舶制造的重要組成部分，是每個項目的建造指導性文件，用以指導項目的生產、工藝和管理等方面的工作。建造方案作為項目前期策劃中最重要的一環，其合理性、細化程度將直接影響項目執行周期、成本和經濟效益等各個重要環節。3 600 TEU集裝箱船是舟山中遠海運重工有限公司（簡稱：舟山中遠）承接的航運巨頭馬士基公司的集裝箱船，也是世界首個為北極航道設計定制的船舶，設計標準高、建造難度大。本文對3 600 TEU集裝箱系列船建造方案進行探討，論述建造方案對項目成功實施的必要性。

1 3 600 TEU集裝箱船簡介

1.1 主要參數

該船總長為200 m，型深為18.1 m，型寬為35.2 m，帶環保符號和冰區加強符號，滿足船舶能效設計指數（EEDI）階段2要求，主要設備及主輔機滿足?25 ℃正常運行，適航北歐冰區海域。

1.2 船型結構特點

全船設5個集裝箱貨艙，可裝載冷藏集裝箱。9層上層建筑：第一層中心高為3 000 mm；第二到第八層中心高為2 800 mm；第九層中心高為2 400 mm。艏部有側推。

梁拱：主甲板和尾部系泊甲板200 mm。

表1 船舶主要參數表

肋距：共分252檔肋位（FR ?5～FR 247）。FR 247～FR 227為800，FR 227～FR 47為850、800或770；FR 47～FR ?5 為 800。

結構形式：尾部、首部和貨艙為縱骨架結構，機艙為橫骨架結構。

2 基本建造方針

2.1 船體建造方針

2.1.1 分段劃分考慮

分段劃分（圖1）應以船體為基礎，充分考慮舾裝及涂裝生產需求，為殼舾涂一體化創造條件，根據公司的現有資源、場地、鋼加、裝焊、涂裝廠房和吊車的起重能力進行劃分。

圖1 分段劃分簡圖

1）考慮分段最大板材長度和寬度的選用，根據公司校平機參數限制要求，分段劃分排板按最大板幅3.05 m×14 m。

2）根據涂裝廠房及駁運能力，考慮分段最大尺度，允許寬34 m、高11.5 m（含擱墩高度）以內的分段進涂裝廠房，允許最大分段駁運能力不超過380 t。

3）考慮分段翻身最大重量，車間內允許分段最大吊運能力為200 t，分段翻身最大重量為100 t，船臺允許分（總）段翻身最大重量為600 t。分段重量原則上控制在160 t之內。

4）首尾區域分段帶有較大線型，在分段劃分時需考慮分段拼板尺寸。

5）機艙區域總段劃分要充分考慮方便舾裝及設備安裝。

6）中部總段劃分要考慮整箱位原則，舷側分段和底部分段的合龍口需要錯開。

7）生活區分段劃分要考慮方便運輸、防變形，以及方便在地面總組及保證總組階段預裝完整性。

8）考慮船體的結構特點和強度及分段的鋼性、箱角位置、綁扎橋位置等，箱腳下對應加強結構盡量保證在一個分段內，保持完整性。

9）貨艙區域總段劃分考慮完整艙室的箱角布置。

10）增加綁扎橋劃分和總組要求。

2.1.2 分段劃分情況

分段類型及數量見表2。

表2 分段類型及數量表（單位：個）

2.1.3 分段組立裝配順序

分段組立裝配順序（detail assembly procedure，簡稱：DAP）如下：

1）從精度控制、工藝流程、生產效率等方面策劃初步DAP，并組織生產與設計部門進行研討，充分考慮后期施工難度、平焊焊縫比例及鋼加小組運輸精度控制、分段大組外板線型控制等因素。

2）生產設計時應根據已討論完成的DAP編制原則對分段組立順序進行細化，生成3D模型，確定組立流向及分段建造基面，繪制完成后組織生產與設計部門逐個分段討論。確認無誤后完成下發正式版DAP。

2.1.4 余量布置

1）從提高生產效率、控制精度、降低成本等方面策劃余量布置圖，并組織生產與技術部門充分研討。

2）根據以往記錄的船型數據經驗，合理設定反變形量和分段縱、橫向焊縫收縮補償量。

3）要求分段下胎前測量精度數據，在保證船舶主尺度的前提下，切除分段端部余量，實施無余量船臺搭載。

2.1.5 建造方法

2.1.5.1 分段制作

1）貨艙區分段

（1）平行中體雙層底分段：以外底板為基面正造；

（2）平行中體舭部分段：以外底板為基面正造；

（3）舷側分段：以舷側外板為基面側造，或以內殼的基面側造；

（4）橫壁分段：以尾側面或首側面為基面臥造，考慮在分段階段安裝導軌。

2）機艙區分段

機艙雙層底分段以內底為基面反造，機艙舷側片體分段以外板為基面側造，考慮區域舾裝單元。

3）艉部區分段

尾軸轂分段臥造，其余分段以平臺（甲板）為基面反造。

4）艏部區分段

艏底部分段以內底為基面反造，舷墻以外板為基面側造，艏樓以甲板為基面反造，其余分段以平臺（甲板）為基面反造。

5）生活區分段

均以各層平臺（甲板）為基面反造。

6）側推管和基座安裝

安排在分段制作階段完成。

7）分段制作階段

重點控制分段制作精度，做好箱角、導軌的精度控制。

2.1.5.2 搭載

1）根據分段劃分圖及搭載順序圖，按順序進行船臺搭載吊裝定位；

2）船臺搭載定位基準段取22B段，便于機艙區早成型，滿足機艙設備、單元提早安裝，為保證下水完整性創造條件；

3）吊裝搭載順序應考慮機艙雙層底區早成型，艉部區早成型，滿足設備提早安裝及軸舵系工程提前完成，提高下水前完整性；

4）本船建造采用塔式建造法。以22B為定位段，具體見圖2。

圖2 分段合龍順序圖

2.2 舾裝建造方針

為最大程度縮短水下調試周期確保項目按期交付，舾裝建造應在生產設計、先行建造、船臺建造階段重點策劃及實施完整性最大化的目標。

1）遵循舾裝工序前移，提高中間產品成品化原則，并切實考慮管系、通風、電纜、舾裝件及結構布置的干涉，充分考慮后續船舶運營實用性及操作維修可行性進行舾裝生產設計和施工。

2）按大組立、先行、總組、船臺、碼頭和單元6個階段進行舾裝生產設計、施工。

3）按分段/區域、階段、類型出圖和編制安裝托盤表，后一階段的安裝圖要包含上一階段的安裝內容并加以識別標注。依據舾裝工序前移并滿足安裝工藝及中間產品運輸要求的原則，研討、確定各專業各舾裝階段的安裝項目及各建造階段的托盤劃分。

4）管系開孔、設備基座/系泊件加強、吊裝加強體現到分段圖紙中，與主船體部分一并下料，加強零件在組立階段安裝。

5）研究并策劃單元/模塊舾裝安裝完整性最大化，以減少管系、設備船臺安裝工作量。

6）鐵舾件制作、安裝要求：鐵舾件制作、安裝圖紙應依據設計標準慣例及3D模型進行出圖。

7）鐵舾件、管舾件、電舾件在制作、配盤及配送、安裝及安裝后的各個階段要做好舾裝件變形、損壞與涂層破損的保護工作。

8）設備工廠驗收試驗（factory acceptance test，簡稱：FAT）：根據設備清單，由質量部編制設備外檢FAT清單，并報送船東審核。對于重要設備，根據設備清單選擇船廠需要參與的FAT項目，通知廠家，準備廠家FAT資料并下發參加FAT人員，以便提前熟悉廠家FAT內容及試驗程序。

9）設備倉儲、維護保養：應根據設備認可圖統計項目設備尺寸，并提前做好倉儲廠房/場地使用面積策劃。根據廠家設備保養、操作手冊編制設備各階段保養策劃（手冊），并對倉儲廠房提出具體溫度、濕度要求。根據規格書要求，編制設備防護策劃。設備保養定期檢查報告應報送船東。

10）依據搭載網絡時間，在開工前確定設備生產需求準確時間，并提供給物資部。

11）管系、鐵舾件后處理及鍍鋅工藝應依據技術規格書要求，管系、鐵舾件制作圖應根據設計標準慣例內容在制作圖紙明確酸洗、鍍鋅要求。

2.2.1 機艙、艉部、首部區域預舾裝法

1）機艙雙層底采取單元與分裝結合的預舾裝方法。吊裝單元并進行其他管系連接、涂裝。

2）機艙（首部）區域各層平臺、主甲板區域的分段，先進行反轉預舾裝，翻身總組后，再進行正轉預舾裝。

3）未實現單元預裝的設備和管子，在船臺階段安裝。

2.2.2 貨艙區域預舾裝法

1）貨艙區的鐵舾、管舾及電氣焊接件均應在分段上裝焊，要求除合龍縫處外裝焊完整。

2）導軌架、舷邊站柱、眼板、導纜孔、欄桿、綁扎件儲存箱等舾裝件分段階段安裝，艙口蓋在船臺研配。綁扎橋總組后上船安裝。

2.2.3 上層建筑區域預舾裝法

上建分段先反轉預舾裝，翻身總組后，再進行正轉預舾裝。

2.3 涂裝建造方針

1）遵循涂裝工序前移，提高中間產品成品化，以減少漆膜燒損的原則，進行涂裝生產設計和涂裝施工。

2）按鐵舾件制作、分段、總組和船上4個階段進行涂裝設計、施工。

3）以分段為單位編制分段涂裝圖表；以區域為單位編制后行涂裝清冊；管子、鐵舾件等涂裝信息由舾裝專業編制并隨制作圖發行。圖紙文件中包含涂裝方式、涂料定額。

4）施工中要按照殼舾涂同步進行，涂裝前保證結構完整及預舾裝完整，減少后期重復涂裝和返修工作量。

5）鐵舾件油漆盡可能做到完工狀態，對不易保護和易于破損的舾裝件僅涂一度底漆，待安裝后涂裝。鐵舾件之間的接觸面必須做到成品油漆。

6）鐵舾裝件與結構的焊接位置，需預留不涂區，以保證后期的焊接質量。

7）壓載艙實施船舶壓載艙保護涂層性能指標（performance standard of protective coatings，簡稱：PSPC），從鋼板的預處理及涂裝、二次表面處理及涂裝、船臺船塢/合龍后的涂層破損率，到非焊接自由邊、過水孔等全部執行PSPC相關標準。從鋼料加工至小組、中組、大組涂裝前全過程在自由邊處理結束后實施跟蹤補涂。

8）加強施工過程中對油漆的保護，尤其是壓載艙的清潔和油漆保護。

2.4 精度管理方針

2.4.1 基本工作方針

提高分段制作精度，提高分段無余量制作比率，實施分段無余量搭載，降低搭載修割比率，有效控制船體主尺度偏差。

表3 主船體部分精度控制指標（單位：%）

2.4.2 精度管理要領

1）施工中各種板幅的粗余量切割時機應嚴格按“精度管理方案”執行，特別是不能自行滯后粗余量切割時間。

2）各種基準線標志應打在距分段接縫邊緣100 mm范圍以內，以免涂裝時將其覆蓋。

3）精度造船管理控制要點：結構建造的完工尺寸和變形量；艉柱和掛舵臂鑄鋼件本身尺寸以及與船體結構的配合；船尾部位軸舵相關聯分段的合龍質量；船臺大合龍的尺寸及合龍口質量；機艙艉后區域大合龍口裝焊與主機、軸系、舵系相關聯及精度控制；尾部區域分段建造精度和合龍精度。

2.4.3 精度控制方案

1）3 600TEU集裝箱船板材較?。▋鹊装?2 mm、外板14 mm、內壁板12 mm），貨艙區分段普遍是無余量下料，所以主板拼板時必須把所有的板拉攏后測量長、寬、對角線尺寸，合格后再拼板點焊。

2）由于集裝箱船板材普遍較薄，主板劃線時必須嚴格按照圖面要求設置焊接收縮補償量，分段制作階段必須嚴格控制好焊接腳長，預防造成過度收縮變形和過度火工矯正導致分段短尺。

3）橫艙壁分段制作時必須使用專用的胎架，分段必須先在部件車間做成片體，然后反扣到基準主板上形成分段，這樣可以減少焊接變形和應力，提高分段平整度。

4）3 600TEU集裝箱船建造時在分段階段就把導軌預裝到橫艙壁分段上，對每個階段作業要求比較高，需要設計院編制下發導軌預裝工藝及作業要領?？紤]到確保后續導軌較高的精度要求，在導軌預裝前必須對分段應力進行消除，分段完工后在預裝場地的放置也要考慮到變形因素。

5）艙口圍分段制作時要設置專用胎架，艙口圍不加放反變形和焊接收縮量，長度方向一端加放20 mm余量。

6）橫艙壁分段焊接完成并進行必要的背燒后，精度劃線員以艙口圍上表面為基準，劃出分段的垂直平分線，并且在分段的上口和下口敲好樣沖標記，作為導軌劃線和橫艙壁總段定位的中心基準點。

3 本船建造重點和難點

3.1 船體重點和難點

1）船體構件整體偏薄，薄板焊接易變形與薄板精度控制難度大。

解決措施：設計合理布置收縮量和余量，現場依據圖紙嚴格控制焊角高度，工裝加強合理到位，分段擺放規范；需要對特殊分段增加反變形（如雙層底分段）；合理的余量收縮量加放，避免分段合龍間隙超差；針對薄板設計合理的焊接工藝，降低現場火工次數，注意焊接電流控制，火工盡量避免，以免引起外板大面積換板；提高分段和分段內特殊位置建造精度（如推進器、馬達基座位置）。

2）支柱較多，安裝垂直度要求高，現場控制難度大。

解決措施：設計圖紙上多標注校核尺寸，工區編制相關工藝文件，規范現場施工操作，分段交驗精度控制嚴格把關。

3）重量控制要求嚴格，需盡量避免材料以厚代薄。

解決措施：要求在生產設計過程中嚴格把關，盡力少用庫存厚板代用，盡量少將零件混套至厚板內；生產設計嚴格把關，盡量避免出現設計錯誤導致后期出現需增加構件補強問題。

4）貨艙集裝箱堆放面和導軌安裝面平整度要求高。

解決措施：工作圖增加箱角墊板布置圖和甲板，艙壁平面度控制要求。明確現場施工要求，分段交驗精度控制嚴格把關。所有集裝箱箱腳均為平板式，導架及箱腳按施工工藝階段的要求在分段中進行預裝完整，包括必要的加強。所有加強應在分段制造階段完成，并要求保證安裝精度。固定和壓力導架應編制安裝托盤表。

5）全船需要重要結構監控節點（簡稱：CM點）位置較多，現場分段合龍精度要求高。

解決措施：增加 CM 點施工控制工藝，明確CM點位置和施工控制要求，現場嚴格按照CM點的要求施工，控制合龍精度，避免錯位開刀換板。

3.2 輪機重點和難點

1）安裝和調試軸帶發電機。

對軸系安裝、找正工藝進行研究編制，需要對調試的時機和方案提前策劃，確保軸系施工質量。

2）主機發電機進氣采用舷外直接進氣。

解決措施：詳設、生產考慮盡可能出現的問題，咨詢有經驗的公司，以滿足設計要求。

3.3 舾裝重點和難點

1）側推間通向露天甲板只有 1個 600 mm×750mm的逃生艙口蓋，合龍后較大設備無法進艙。

解決措施：提供確定后設備安裝階段，后設備進艙時間，避免后期開工藝孔。側推間上方是貨艙盡量不要開工藝孔。

2）集裝箱箱腳安裝精度要求較高，建造中的每個階段都會影響箱腳的安裝精度。

解決措施：制定詳細的箱腳安裝工藝，貫穿整個建造流程。建造過程中嚴格保證要求精度，加強質量報驗力度，確保順利通過試箱。

3）集裝箱導軌安裝精度要求較高，對橫艙壁合龍要求很高。

解決措施：制定詳細的導軌制作和安裝工藝，建造過程中嚴格保證要求精度，加強質量報驗力度。橫艙壁合龍要提前做好方案，以保證合龍精度，不影響導軌和箱腳精度。

4）綁扎橋結構較大，技術中心考慮分2段或3段進行總組后再吊裝。

3.4 涂裝重點和難點

涂裝方面應從材料、施工和檢驗3個方面的重點和難點。

1）材料方面：初次采用環氧富鋅漆、無機硅酸鋅漆和環氧玻璃鱗片漆。

盡管從合同談判階段取消了全船大面積施工無機硅酸鋅漆，但船東堅持艙口蓋部位應用此產品，因此生產管理部門和施工工區應給予足夠的重視，確保施工前的結構完整性和精度要求，避免后期破損；施工工區要嚴格按工藝要求施工。

整個貨艙和主甲板及艙口圍底漆采用環氧富鋅漆，合龍、焊接注意涂層漆膜燒損時產生的煙霧對人體的傷害，施工中注意保持足夠的通風。

施工于外板冰區加強部位的環氧玻璃鱗片漆，漆膜本身堅硬不易拉毛，而且外板水下部位還有粗糙度為120 μm的要求，因此施工時重點關注合龍縫部位的修補以及避免外板其他部位的燒損。合龍縫部位要采用小型噴砂機進行除銹，對合龍縫部位的漆膜進行羽化處理。二次進塢后外板防污漆施工時要按工藝和油漆商技術服務人員的要求用心施工，施工后檢查粗糙度。

2）施工中要考慮如何滿足PSPC及降低油漆消耗系數（≤2.3）的具體方法。

先行和后行階段嚴格按規定的油漆消耗系數進行涂料的領用和發放，單船單用，避免混用。制定避免現場油漆浪費的相關措施，如規范修補區域，減少預涂寬度，對噴槍槍嘴進行規范管理等。

分段邊口預留一定寬度，降低分段油漆實際使用量。

嚴查分段和區域的完整性，防止施工后油漆破損，避免油漆的重復性施工。做好施工后油漆保護。

3）檢驗方面：建造規格書對外板、艙內水艙等鹽分和灰塵等級等有明確規定，因此需重視鍍鋅件的檢驗、磨料的進貨檢驗和漆膜膜厚檢測，規范進貨、施工流程，避免后期各種因素造成的返工、延期和油漆浪費。

3.5 精度控制重點和難點

船體板材較薄板，船東對船體外板線型和甲板平整度的要求特別高，必然會要求對分段所有的結構進行背燒，相應地會增加分段尺寸的收縮量，所以數控下料和加工精度就至關重要。主板下料必須100 %進行自主檢查，精度方面應加大抽查的頻率；型材在對長度尺寸進行控制的基準上增加型材直線度的檢查；加大對型材冷彎精度的抽查頻率；對曲外板加工后必須100 %進行精度檢查；對部件場地的平臺水平進行監控，確保部件的平整度，部件焊接后100 %進行背燒；檢查縱桁直線度，矯正偏差。

4 結論

通過詳細嚴謹的建造方案研究策劃，舟山中遠的生產建造過程順利平穩，成功交付了全部7艘3 600 TEU系列集裝箱船，該3 600 TEU系列船具有優異的冰區航行適應性、低碳環保指標，獲得馬士基公司的高度認可。該3 600 TEU系列船成功通過北極航道，成為第一批次完成北極航線之旅的集裝箱船。建造方案的研究策劃在項目建造過程中的重要性不言而喻。此外，建造過程中除了遵守建造方案的要求外，還應滿足項目組的各項具體策劃、建造合同、技術規格書、相關規范、規則以及專船施工圖紙、工藝規程、法定的相關技術證件等要求，各生產技術管理人員需加以重視。