大型郵輪機械處所設計特點及差異分析

王彥，李欣，王怡，王曌文，周熲

(上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

郵輪如同一個移動的城市，在滿足船舶正常運行基本需求下，還需滿足數千人的日常生活和娛樂需求，故而涉及的各類系統較常規船舶更多、更特殊、更復雜。事故后安全返港(safety return to port，SRtP)、人員安全撤離等需求是郵輪系統設計的關鍵，機械處所多數系統都有安全返港要求，實現途徑主要有3方面：不同分區的設備冗余設計、主豎區之間的SRtP旁通管路設計和系統的環網管路設計。實現龐大系統設計的關鍵因素之一就是空間。郵輪機械處所同樣分為機艙、機艙棚和煙囪，但空間范圍與常規船舶產品有著本質區別，機艙部分首尾貫通，范圍廣，見圖1。

圖1 大型郵輪機械處所范圍示意圖

結合結構特點、區域功能特點、舾裝物量等因素，以結構艙壁和甲板為邊界，從空間角度將機械處所劃分為C、W、Z、A、E、F、G、B共8個區(zoon)。在區的基礎上，再次以相同規則對每個區進行細分，形成更小的區域，即分區(sub zoon)，機械處所共涉及82個分區。區和分區是生產設計重要劃分單位，舾裝建模、圖紙設繪均基于此展開。

另一個關鍵因素就是大物量。郵輪是一個巨系統工程，全船零件數高達2 400多萬，機械處所零件數量占有較高比例，數倍于常規船舶。

郵輪技術引進于歐洲，其設計模式與亞洲模式(中日韓模式)有著極大差異，同時機械處所內的舾裝設計也有著明顯的地域特點。考慮基于歐洲合作方(以下稱為原廠)提供的各類技術文件、圖紙、參考模型，分析設計模式、機械處所舾裝設計特點，與本公司常規設計模式進行差異性分析。依托首制國產大型郵輪的實船設計，對引進的技術進行屬地化融合及改進，尋找適合廠情的解決方案。

1 原廠設計作業模式

1.1 設計分工模式

一直采用郵輪中心、下屬船廠、分包商3方分工設計模式。郵輪中心進行初步放樣，側重功能完整性。下屬船廠對較為重要的舾裝件進行細化、出圖并施工。次要舾裝件從設計到交驗所有工作由分包商完成。

1.2 圖紙模式

郵輪舾裝設計理念是結構服務舾裝，無論是設計還是施工，強調分區舾裝完整性。原廠模型劃分突出空間概念，弱化結構概念，以分區為最小劃分單位，采用綜合出圖模式。制作圖，單個分區單個專業單個階段所有類型舾裝件集中在一份圖紙。安裝圖，單個分區單個階段所有專業內容集中于一份圖紙中，但配置獨立托盤。此類安裝圖，幅面大、信息量大，對工人識圖能力要求非常高。

1.3 標準體系

設計所用標準按大類分為物資相關標準和設計、安裝指導文件，每一大類又分若干小項，郵輪標準分類見表1。

表1 郵輪標準分類

原廠技術文件中，標準類信息比例非常高，嵌套引用頻繁。與配套廠家有關的內容，是建立在與廠家長期合作基礎之上，由廠家主導，原廠對此干預較少。

2 機械處所舾裝設計特點

2.1 船體結構劃分

結構劃分即分段、總段劃分。原廠郵輪中心結構劃分方案須同時滿足旗下多家造船廠起重能力，故以最小起重能力為劃分依據。分段、總段呈現小型化、輕量化特點，數量偏多。

國內船廠起重能力強，故而大型分段、總段模式備受推崇。

2.2 舾裝物量、材料及型式

2.2.1 設備及舾裝物量

大型郵輪機械處所舾裝特點之一就是大物量、高密度。大型郵輪與民船機械處所舾裝物量對比見表2。

由表2可見，大型郵輪舾裝物量數倍于民船，是一個巨系統工程。加之其層高遠小于民船，故單位空間內的舾裝件密集度遠高于民船，一般為4～6倍，設計和施工難度頗高。

表2 大型郵輪與民船機械處所舾裝物量對比

2.2.2 舾裝材料

大型郵輪舾裝件材料較常規船舶區別較大。

舾裝材料多種標準并存。型材為歐洲標準或意大利標準，管材和閥附件為歐洲標準、意大利標準和美國標準。經過國產化替代后，仍存有相當數量的非國標材料，對設計和采購均有較大影響。

材料種類多、規格多。目前使用的各類型材涉及12大類115種，很多規格的用量非常小。涉及的管材，除常規材質外，還有銅鎳、鋁塑多層復合、聚丙烯多層復合、聚乙烯、聚丁烯等材質，共11種。

輕量化材料大規模應用。郵輪有著嚴格的重量控制要求。基于重量控制需求，一些特殊形式的輕量化材料得以大規模應用。

2.2.3 舾裝件形式

常規船舶機械處所舾裝件設計遵循簡潔化、輕便化原則，而郵輪恰好相反。從降低全船重心、減振降噪角度出發，要求舾裝件盡可能 “厚實”。所以，板材和大規格槽鋼、H型鋼在基座類、起吊類等主要舾裝件中應用廣泛。同時，由于機械處所舾裝件高密度的特性，造成很多舾裝件設計需“因勢而為”，型式變得非常復雜。這類舾裝件對設計、制作和安裝都帶來了較大的難度，郵輪常見基座形式見圖2。

圖2 郵輪常見基座型式

2.3 舾裝階段與次序

2.3.1 舾裝階段

基于精益設計指導原則，公司各類產品的舾裝階段會得到精細化劃分，主要有小組立及中組立階段(C階段)、大組立階段(B階段)、總段階段(P階段)、船塢及碼頭階段(D階段)，其中C、B階段也稱為分段階段。

原廠舾裝階段各階段主要工作及與本公司階段對應關系見表3。

表3 原廠舾裝階段劃分、主要工作及與本公司舾裝階段對應關系

對比可見，原廠無小組立及中組立階段。

2.3.2 舾裝次序

大型郵輪舾裝次序極為重要，施工過程須嚴格執行。機械處所舾裝物量大，舾裝件密度高，舾裝件層疊布置極為普遍。施工過程中，現場工人必須嚴格按照圖紙中的順序，逐層推進，任何的遺漏或錯誤都會造成已施工的外層舾裝件重新拆卸與安裝，返工物量大。

原廠以復合施工為主，即某個施工對象內各專業所有階段的舾裝施工均由一支工程隊完成，施工人員普遍為復合工種，具備多專業舾裝施工、簡單設計和綜合規劃能力。單一的施工群體，更利于對舾裝次序進行總體規劃、有序施工，外部環境對其影響較低。

本公司單一工種、多工程隊多專業交叉施工的作業模式，使得舾裝次序執行難度更大，給設計和生產組織帶來了極大的挑戰。

2.4 預舾裝率

在常規船舶產品中，預舾裝率是體現船廠設計、生產、管理先進性的重要指標，長期以來，各大船廠一直致力于提高船舶預舾裝率，實現船舶高效建造。但郵輪項目不然，其自身特點及舾裝作業特殊性，決定了預舾裝率不再是船廠追求的目標。按次序有序推進舾裝施工、降低舾裝差錯率、減少施工廢返才是郵輪舾裝的關鍵，原廠舾裝物量分布可以充分印證這一點。原廠舾裝階段劃分與本公司相當，但物量主要集中在SR7000和SR4000階段。大型郵輪與本公司常規船舶產品各階段舾裝物量占比見表4。

表4 大型郵輪、常規船舶產品各階段舾裝物量占比 %

表4郵輪數據是本公司基于原有設計優化后的結果，原廠數據更低。

2.5 設計細化程度

重功能輕細節。郵輪注重客戶體驗，設計重點集中于乘客涉足的區域。對于只有船員才能到達的區域，如機械處所，設計普遍以功能性為主，即在滿足功能性要求的前提下，對細節方面不做過多要求。

3 設計作業模式融合及舾裝設計優化

原廠設計模式與本公司截然不同，舾裝設計也差異較大，照搬照抄，必定出現水土不服，基于本公司廠情進行設計模式融合改進、舾裝設計優化是郵輪本土設計順利開展必要條件之一。

3.1 基于廠情的新郵輪設計模式

3.1.1 分工模式融合與改進

最大限度推行精益設計模式。機械處所實行集中設計、外協預制、船廠安裝方式，生產部門嚴格按圖施工，通過精細化圖紙約束施工隨意性，保留一級工藝。

按本公司設計部門業務分工，重新調整圖紙專業歸屬。梳理兩者專業分工差異性，對部分圖紙分工進行屬地化調整，使其與現有專業分工模式吻合，便于設計任務指派和工作開展。

3.1.2 圖紙模式融合與改進

以結構為中心和以空間為中心的設計、施工方式并存。在分區空間形成以前，施工活動仍基于分段、總段開展。分區空間形成以后，摒棄結構概念，以分區空間邊界作為施工、交驗的最小單位。設計工作按此原則，SR7000之前階段，模型和圖紙在分區基礎上按分段、總段拆解細分。SR4000之后階段，以分區空間為單位進行操作。圖紙采用分專業、分階段、分類型、小顆粒度模式，同時圖紙與訂貨、托盤實現一一對應。

3.1.3 標準轉化與新標準體系建立

標準轉化、篩選與精細化設計指導文件完善。去除或弱化原廠標準體系中廠家標準和廠商典型圖相關內容，轉尋相同或相似的國內標準。補充精細化設計相關指導文件，如設計慣例(SDP)、設計指導手冊、校審手冊等。以現有船型文件為基礎，精選通用內容并補充郵輪專屬內容，形成郵輪適用文件，最終建立滿足國產化需求并適應本公司實情的新郵輪標準體系。

3.2 舾裝設計優化

3.2.1 結構劃分再優化

根據我司起重能力，按大型化原則，重新調整分段、總段劃分，適當減少分段、總段數量，見圖3。在減少分段總組、總段搭載工作量的同時，最大限度降低分段、總段邊界對舾裝設計、施工的影響。

圖3 郵輪結構劃分優化示意

3.2.2 舾裝材料規格及舾裝件型式簡化

舾裝材料最大限度國產化。對現有模型中的歐標材料進行替換，降低非國標類材料比例。

材料規格簡化。梳理國內原材料市場管材、型材、板材常用規格并結合民船、海工項目常用材料優選規則建立郵輪舾裝件原材料優選標準。以該規則作為指導，對規格接近、用量不大的材料進行合并替代。

舾裝件型式優化。通過對周圍舾裝件布置的調整，使主要舾裝件，如基座、起吊類部件等型式盡可能規整、簡潔。同一舾裝件內材料種類及規格盡可能單一。

3.2.3 舾裝階段前移

根據本公司小組立及中組立舾裝需求，對原廠設計階段進行優化，新增SR9000階段，與本公司C階段對應，開展片段化舾裝(見圖4)和封艙件先行舾裝大型郵輪機械處所多數分段以外板或非基座安裝面作為建造時的胎架支撐面，具備設備基座分段安裝基本條件，多數基座可由SR7000階段前移至SR6000階段安裝。

圖4 片段化舾裝件安裝

對一些反態建造、不參加總組、直接搭載的獨立分段和嵌入式分段，在分段翻身后、搭載前適當駐留，將原本在SR4000階段的安裝的設備等提前安裝，避免船塢內擁擠空間施工。

3.2.4 合理設置實現舾裝次序及托盤物量

基于郵輪舾裝施工次序及物量特點，借鑒常規船舶舾裝物量管理經驗，依托大型郵輪數字化設計軟件 Smart 3D進行舾裝自動化設計二次開發，形成適應郵輪舾裝現狀的托盤精細化管理軟件。利用軟件進行分段模型提取、舾裝件類型劃分、舾裝件外形尺寸信息提取、舾裝件坐標信息提取、及舾裝件工時信息導入與匹配。在工時定額的基礎上，按照現場舾裝“先熱后冷，自下而上，從易到難”的舾裝原則，實現舾裝件安裝次序合理匹配和舾裝托盤精細化劃分。提高設計人員應對大物量設計的能力。

4 結論

1)首制船設計模式融合與改進是以設計人員對郵輪及郵輪體系初步認知為基礎，暫時解決了當時最緊要的郵輪國產化設計推進問題。隨著設計深入及建造全面展開，模式融合中尚未完全解決的問題被放大化，對設計和建造都產生了一定的影響。在首制船機械處所施工進入中后期時，有必要對現行模式，結合問題點進行一次全面的評估，尋找制約因素及其解決方法。

2)通過對郵輪原有標準體系進行轉化并補充精細化設計相關內容，有效地保證了精益設計模式在郵輪首制船設計中應用。通過實船設計和建造過程中信息反饋，持續完善現有標準并形成新郵輪標準體系是郵輪體系建設的重要工作。

3)實現郵輪國產化，舾裝材料全面國產化必須先行。實現舾裝材料全面國產化，是后續船重點推進工作之一。這對縮短舾裝件采購周期、提高廠家備料便捷性、降低設計和修改限制性、綜合成本控制等方面都會有積極作用。