船廠材料碼頭能力提升方案研究

錢進(jìn)，俞凌云，陳飛，丁煒杰，陳中培，王坤

（中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司，上海 200090）

1 引言

船廠材料碼頭主要承擔(dān)造修船生產(chǎn)需要的船用鋼板、型鋼等材料的裝卸任務(wù)，是船廠各生產(chǎn)作業(yè)區(qū)中起重任務(wù)最繁忙的工位之一。大型船廠的鋼材需求量很大，每年可多達(dá)數(shù)十萬(wàn)噸[1]。華南地區(qū)某大型船廠南沙廠區(qū)2008 年年底建成投產(chǎn)，2020 年下半年，根據(jù)船廠生產(chǎn)部門的反饋，由于近年來(lái)材料運(yùn)輸船舶升級(jí)改造，船廠材料碼頭起水起重機(jī)覆蓋范圍相應(yīng)有所不足，尺度稍大一些的材料運(yùn)輸船都需要多次掉頭、移位才能裝卸所有的鋼板，鋼板卸船時(shí)間較其他船廠多近1 倍。鋼材供應(yīng)商和運(yùn)輸船隊(duì)對(duì)此有較大的意見(jiàn)，不太愿意承攬到該船廠材料碼頭的運(yùn)輸任務(wù)。船廠材料碼頭對(duì)鋼板運(yùn)輸船舶的適應(yīng)性小、卸貨周期長(zhǎng)也同樣不利于船廠與鋼廠訂貨的分批配送、按時(shí)配送等計(jì)劃，間接影響鋼料堆場(chǎng)的儲(chǔ)存周期。

2 材料碼頭設(shè)計(jì)概況

通過(guò)查閱設(shè)計(jì)圖紙和資料，材料碼頭的原有設(shè)計(jì)方案如下：

該廠區(qū)材料碼頭主要承擔(dān)船用鋼板、型鋼等材料的裝卸任務(wù)，設(shè)計(jì)年裝卸量4.0×105t。材料碼頭布置在造船基地南端岸線，東臨伶仃水道，使用岸線為220 m，碼頭寬12 m。材料碼頭靠泊設(shè)計(jì)船型為2 000 t 甲板駁或貨駁。2 000 t 貨駁長(zhǎng)61.5 m，寬12.2 m，吃水3.5 m。

材料碼頭采用橋式起重機(jī)+軌道平板車運(yùn)輸形式，該方案具有材料裝卸穩(wěn)妥可靠，吊運(yùn)順暢，投資較省等優(yōu)點(diǎn)。

其工藝流程為駁船→橋式起重機(jī)→軌道平板車→鋼料堆場(chǎng)。

材料碼頭初步設(shè)計(jì)階段為2 個(gè)起水跨（1#材料碼頭和2#材料碼頭），跨度均為51 m，分別對(duì)應(yīng)鋼料堆場(chǎng)的第1 跨和第3 跨，材料碼頭起水起重機(jī)要求為滿足2 000 t 甲板駁的裝卸要求。

3 材料碼頭建設(shè)概況和能力復(fù)核

在該廠區(qū)一期建設(shè)時(shí)，先期實(shí)施1#材料碼頭以及鋼料堆場(chǎng)第1 跨和第2 跨，遠(yuǎn)期隨產(chǎn)能提升建設(shè)2#材料碼頭及對(duì)應(yīng)的鋼料堆場(chǎng)第3 跨。1#材料碼頭裝卸機(jī)械采用山東某起重機(jī)廠生產(chǎn)的32 t 電磁/吊鉤橋式起重機(jī)，跨度為49.5 m，總寬約12.1 m。起重機(jī)軌道總長(zhǎng)約52 m，其中懸臂伸出16 m（伸出碼頭岸線約14.6 m）。

根據(jù)材料碼頭鋼柱和吊車梁結(jié)構(gòu)圖，結(jié)合起重機(jī)總圖布置，材料碼頭的吊機(jī)中心線吊運(yùn)覆蓋范圍實(shí)際僅可達(dá)到岸線外8 m 左右，與原初步設(shè)計(jì)確定的12 m 相差較遠(yuǎn)，參見(jiàn)圖1。

圖1 材料碼頭起重機(jī)實(shí)際吊運(yùn)范圍示意圖

經(jīng)分析，主要原因有：

1）材料碼頭初步設(shè)計(jì)時(shí)，原定設(shè)計(jì)吊車梁懸挑出碼頭岸線邊緣16 m 左右。但在后續(xù)實(shí)施時(shí)，由于各種原因，施工圖設(shè)計(jì)和建造時(shí)改為吊車梁懸挑柱外約16 m，較原方案少約1.5 m。

2）采購(gòu)起重機(jī)的總寬為12.1 m，自重和輪壓較大，與初步設(shè)計(jì)設(shè)定的起重機(jī)技術(shù)資料相差較大，這也是吊車梁縮短的原因之一，由此也進(jìn)一步導(dǎo)致起重機(jī)吊運(yùn)中心線縮短。

根據(jù)材料碼頭現(xiàn)有32 t 橋式起重機(jī)吊運(yùn)范圍，僅能覆蓋10～11 m 寬度的鋼板運(yùn)輸船舶，目前市場(chǎng)上大部分鋼板運(yùn)輸船舶寬度均達(dá)到14～16 m，需要掉頭才能吊運(yùn)船舶貨艙中心線另一側(cè)的鋼板，同時(shí)為了保持船體的平衡，卸貨過(guò)程中還需要多次掉頭，嚴(yán)重影響工作效率。

4 材料碼頭起水能力提升方案

近期隨著工廠生產(chǎn)能力和負(fù)荷增加，材料碼頭的瓶頸問(wèn)題日益突出，必須提升鋼材起水能力，并解決1#材料碼頭目前使用中存在的問(wèn)題。

通過(guò)對(duì)該廠區(qū)材料碼頭鋼板運(yùn)輸船舶的統(tǒng)計(jì)，鋼板運(yùn)輸船舶寬度一般為14 m 和16.2 m，現(xiàn)有碼頭起重機(jī)的吊運(yùn)范圍不能滿足上述兩種型號(hào)的船舶一次吊運(yùn)的需求。為了滿足鋼板的起水吊運(yùn)需求，相關(guān)的起水能力提升方案如下。

4.1 現(xiàn)有起重機(jī)吊車梁接長(zhǎng)

在現(xiàn)有材料碼頭基礎(chǔ)上進(jìn)行能力提升，接長(zhǎng)起重機(jī)吊車梁以增加起重機(jī)吊運(yùn)范圍。

4.1.1 覆蓋14 m 寬船舶（載重噸位約3 500 t）

常規(guī)3 500 t 的干貨船型寬約14 m，長(zhǎng)度在85 m 左右[2]。部分運(yùn)輸鋼板的貨駁吃水小，長(zhǎng)度會(huì)稍小，寬度會(huì)稍大。以標(biāo)準(zhǔn)14 m 寬度船舶為例，如需要覆蓋船艙最外側(cè)鋼板堆位，起重機(jī)吊運(yùn)中心線至少距離碼頭岸線11.4 m 以上，比現(xiàn)有起重機(jī)吊運(yùn)范圍大約3.4 m，考慮船舶靠岸距離、起重機(jī)運(yùn)行安全等因素，則吊車梁需要接長(zhǎng)約4 m。如圖2 所示。

圖2 吊車梁接長(zhǎng)4 m 示意圖

4.1.2 覆蓋16.2 m 寬船舶（載重噸位約5 000 t）

常規(guī)5 000 t 的干貨船型寬約16.2 m，長(zhǎng)度在95 m 左右。部分運(yùn)輸鋼板的貨駁由于吃水小，長(zhǎng)度會(huì)稍小，寬度會(huì)稍大。以標(biāo)準(zhǔn)16.2 m 寬度船舶為例，如需要覆蓋船艙最外側(cè)鋼板堆位，起重機(jī)吊運(yùn)中心線至少距離碼頭岸線13.5 m 以上，比現(xiàn)有起重機(jī)吊運(yùn)范圍大約5.5 m，考慮船舶靠岸距離、起重機(jī)運(yùn)行安全等因素，則吊車梁需要接長(zhǎng)約6 m。如圖3 所示。

圖3 吊車梁接長(zhǎng)6 m 示意

4.1.3 材料碼頭起重機(jī)吊車梁接長(zhǎng)結(jié)構(gòu)校核

根據(jù)材料碼頭起重機(jī)覆蓋14 m 和16.2 m 寬度船舶的生產(chǎn)需求，起重機(jī)吊車梁需要接長(zhǎng)4 m 和6 m。考慮當(dāng)前起重機(jī)重量、寬度較大，后期更換起重機(jī)存在多種可能性，吊車梁接長(zhǎng)尺度有一定的變化空間。因此，在吊車梁接長(zhǎng)校核時(shí)，在考慮恒載、活載、風(fēng)載等工況分別對(duì)吊車梁接長(zhǎng)3 m 和7 m 分別進(jìn)行了結(jié)構(gòu)計(jì)算，見(jiàn)表1。

表1 吊車梁接長(zhǎng)結(jié)構(gòu)校核計(jì)算

根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，重級(jí)工作制橋式起重機(jī)的吊車梁和吊車桁架等受彎構(gòu)件的撓度/跨度比為不大于1/1 000[3]。在現(xiàn)有吊車梁、結(jié)構(gòu)柱的基礎(chǔ)上，起重機(jī)吊車梁接長(zhǎng)3 m、7 m時(shí)，吊車梁的節(jié)點(diǎn)位移計(jì)算、撓度計(jì)算均不能滿足規(guī)范要求。在不大幅度改變起重機(jī)技術(shù)參數(shù)，如輪壓、自重減小一半等的情況下，無(wú)法通過(guò)對(duì)現(xiàn)有吊車梁進(jìn)行接長(zhǎng)滿足材料碼頭吊運(yùn)范圍增加的要求。

4.2 擴(kuò)建2#材料碼頭

2#材料碼頭與現(xiàn)有1#材料碼頭相距51 m，對(duì)應(yīng)預(yù)留的鋼料堆場(chǎng)第3 跨。2#材料碼頭為新建，考慮按照最大覆蓋16 m寬度船舶（5 000 t 級(jí)）進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)1#材料碼頭現(xiàn)有起重機(jī)的運(yùn)行情況，可以考慮增加起重機(jī)吊車梁高度和強(qiáng)度，降低采購(gòu)起重機(jī)自重、輪壓等方法來(lái)盡量提升吊車梁懸臂長(zhǎng)度。2#材料碼頭擴(kuò)建后，可以與1#材料碼頭同時(shí)使用，其中，1#材料碼頭考慮寬度稍小的材料運(yùn)輸船，2#材料碼頭考慮寬度較大的船舶。如圖4 所示。

圖4 擴(kuò)建2#材料碼頭示意圖

2#材料碼頭擴(kuò)建后，最大可以覆蓋5 000 t 級(jí)鋼板運(yùn)輸船，但由于2#材料碼頭對(duì)應(yīng)的鋼料堆場(chǎng)第3 跨沒(méi)有建設(shè)，同時(shí)缺少對(duì)應(yīng)的平板車軌道，鋼板轉(zhuǎn)運(yùn)到鋼料堆場(chǎng)也有一定的問(wèn)題。此外還需要結(jié)構(gòu)計(jì)算來(lái)論證其吊車梁懸臂接長(zhǎng)的實(shí)際可行長(zhǎng)度以及碼頭結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等。

4.3 新增裝卸橋式起重機(jī)

除按原設(shè)計(jì)方案擴(kuò)建材料碼頭外，也考慮了新增裝卸橋式起重機(jī)的方案，具體如下：

1）在已建100 m 材料碼頭南邊新增裝卸泊位長(zhǎng)度120 m，考慮停靠5 000 t 駁船，進(jìn)行鋼材裝卸，船型主尺度為121 m（總長(zhǎng)）×19.2 m（型寬）×9.2 m（型深）×6.9 m（滿載吃水）。

2）新增32 t 裝卸橋式起重機(jī)，起重機(jī)軌距12 m，前伸距24 m，吊點(diǎn)中心線距離碼頭岸線20 m，可覆蓋19 m 寬船舶。如圖5 所示。

圖5 新增裝卸橋式起重機(jī)示意圖

新增裝卸橋式起重機(jī)技術(shù)參數(shù)如下：

起重能力：32（t吊鉤下）/25（t吸盤下）；

軌距：12 m；

基距：24 m；

前/后伸距：20 m/6 m；

起升高度/下降深度：8 m/10 m。

該方案實(shí)施難度小，起重設(shè)備為成熟產(chǎn)品，已在多家船廠應(yīng)用。碼頭改造僅需增加起重機(jī)軌道（需要對(duì)現(xiàn)有碼頭承載能力進(jìn)行復(fù)核），建設(shè)時(shí)不影響1#碼頭的裝卸工作；建成后也可與1#碼頭分別裝卸大、小型駁船，互不干擾，大幅度提高起水能力以應(yīng)對(duì)未來(lái)生產(chǎn)發(fā)展需求。

5 結(jié)論

通過(guò)上述材料碼頭能力提升方案的研究，對(duì)材料碼頭的3個(gè)建設(shè)方案進(jìn)行對(duì)比分析，相關(guān)對(duì)比參見(jiàn)表2。

表2 材料碼頭能力提升方案對(duì)比

根據(jù)上述對(duì)比，并與船廠生產(chǎn)部門、規(guī)劃部門以及材料碼頭原設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行討論分析，最終確定采用新增裝卸橋式起重機(jī)的建設(shè)方案。隨著該項(xiàng)目的實(shí)施，將對(duì)材料碼頭鋼板起水能力帶來(lái)較大的提升。