深中通道鋼殼沉管鋼材物量管控研究

劉 亞，郭文忠，潘均發，何懋華

（中船黃埔文沖船舶有限公司，廣州 511462）

1 鋼殼沉管結構基本介紹

深圳至中山跨海通道鋼殼沉管隧道共有32 個管節，在公司承接建造的14 個管節中，有8 個標準管節，6 個變寬管節：標準管節又分為Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類標準管節，其中我司承建Ⅰ類、Ⅱ類管節各4 個。Ⅰ類管節布置在深水區，相比Ⅱ類管節內外面板的板厚更厚，Ⅰ類、Ⅱ類整體外形尺寸基本一致， 標準管節長度都是165 m、寬度46 m、高度10.6 m，標準管節主要區別在于兩端的角度不一樣，中間結構相似性極高；各變寬管節差異較大，其橫向結構呈發散型布置，縱向結構沿管節中心線均勻布置，管節長度約123 m，寬度在46 m ～55 m，高度與標準管節一致。

標準管節方方正正，變寬管節整體沿長度方向有一個弧度，因此在標準管節與變寬管節的鋼材物量管控中也存在著一定差異。

2 鋼材物量管控方法

2.1 設計圖紙優化

該項目主體結構圖紙由中交公路規劃設計有限公司設計，中交水運規劃設計院有限公司以及上海市隧道工程軌道交通設計院聯合參與設計，上述設計公司主要經驗是土建以及橋梁方面的設計，其結構設計思路與方式和造船存在一定差異，較多差異不僅不利于材料管控，也不利于現場安裝及管理。因此在生產設計前，必須發現聯合設計圖紙中存在的問題，盡早反饋并給出建議，以保證后期施工過程的質量。在本項目設計中，關鍵優化項目包括以下具體內容：

（1）工藝孔封板節點優化

該項目單個管節大概有2 500 多個水密隔艙，每個水密隔艙有一個工藝人孔方便人員穿行以及施工，原設計圖紙給出的工藝人孔封孔方式為搭接方式，如圖1 所示。搭接方式不利于整個項目鋼材管控，初步估算若按此方式封孔，則單個標準管節將增加鋼材訂貨100 t 左右，14 個管節合計近1 400 t。同時，大量的搭接形式工藝孔封板也將造成散裝件非常多，后期對散裝件管理困難，容易丟失。

圖1 工藝孔節點圖

船廠設計人員針對以上問題，從降低成本和方便施工管理角度考慮，對該節點進行優化，采用埋入式代替搭接式：一方面，埋入式封板在建模時就可以帶到母板上，封板也可以自動切割出坡口，大大方便了現場的施工以及材料管理；另一方面，封板零件直接是母材上的零件，不需要額外使用材料，極大的提高了鋼材利用率，僅此節點優化，單個管節光材料費就可節省50 多萬元。圖2 為優化后的工藝孔封板。

圖2 優化后工藝孔封板

從圖2 可以清晰看到：封板周界坡口采用數控切割機自動切割，大大提高了坡口切割質量。

（2） T 型材拼裝改為采購成品

該項目的所有管節共使用了3 類T 型材，規格分別為T150*90*10、T150*90*12 和T150*90*15 三種。其單個管節使用量大概在800 t 左右，使用量非常大，按照原始焊接設計節點，即使我廠T 型材拼裝工位全負荷運轉也難以滿足如此大量的需求，效率不能滿足要求，另外焊接質量也相對難以保證，整個過程實際不利于材料的管控，針對此問題，我們與GK01 標廣船國際一同建議T 型材由拼裝節點改為找型材廠家采購成品，最終經過多方溝通，業主以及設計單位同意采購成品T 型材方案，為保證采購的成品T 型材質量，還需型材廠家簽訂專門的技術協議以確保型材來貨質量，從各個環節上確保型材質量可靠，頂用。

2.2 生產設計精細化

深中通道鋼殼結構相似性較高，如果在生產設計中人力以及各方面統籌合理得當，效率將事半功倍，因此該項目的生產設計精細化對效率及質量有著至關重要的影響。

在分段劃分方面，標準管節共設置了10 條環縫，將165 m 長管節切成11 個環段，中間9 個環段長15 m，首尾兩端長14.25和15.75 m；每個環段分為8個小塊體，左右對稱，每個環段需制作4 套結構圖紙，11 個分段合計制作44 套圖紙；針對該項目的結構特點以及分段劃分情況，在生產設計階段主要做了以下管控：

（1）人員管控

人員管控宗旨,就是人員固定、區域固定、任務固定、策劃統一、節拍統一。其中，人員固定能最大限度的縮減生產設計人員。若按照建模區域劃分，各設計人員負責固定的區域，每個人建模分段數量有22個，再結合使用SPD 大段拆分功能，就能夠快速的完成自己區域的分段建模，并且做到節點統一，模型正確性高。模型正確性高，后面鋼材套料預訂貨就比較好控制；又因為各分段套料與建模人員固定，每個人負責固定區域使用的鋼板規格就比較統一，整體上對材料管控十分有利，無形中縮減了大量人工成本。按照初步估算，采用人員固定、區域固定、任務固定的方式制作標準管節生產設計，比傳統生產設計模式可減少一定人力以及人工成本。

（2）訂貨流程管控

該項目的訂貨流程相對傳統的項目，增加了預套料的數據校對以及主管二次校對工作，即設計人員在完成鋼材預套料后，提交給相應主管校對，如果預套料利用率不達標就會反饋設計人員重新修改套料數據，確保最終預套料鋼材利用率達標；在完成以上工作后，整個管節訂貨清單再次提交給項目主管二次校對，確保鋼材訂貨準確性。圖3 為該項目的訂貨流程。

圖3 項目訂貨流程

（3）鋼板留邊余量管控

鋼板留邊，即表示零件距離鋼板的邊緣。一般在套料時鋼板寬度留邊為10～20 mm，長度留邊為20～100 mm。該項目對鋼板留邊把控嚴格，基本控制在10 mm以內，實際在套料過程中零件距離板邊可能不到10 mm。目前單個標準管節訂貨數量約10 000 t，鋼板數量為1 700 張左右，初步估算嚴控板邊留邊后利用率大概可提高0.2%。

（4）零件分類套料

公司使用的套料軟件有ACTCUT 自動套料軟件和SPD 自帶的建造系統手工套料，目前大部分項目使用的是ACTCUT 自動套料軟件，其套料效率和利用率均比較高，但該項目完全使用建造系統手工套料，之所以使用手工套料，是由于該項目相似性比較高，零件是分類套料，就是要求同類的零件套料到指定位置，確保一個蘿卜一個坑。如果使用自動套料，套料板上零件比較混亂，不利于提升鋼材利用率及后期圖紙處理；該項目零件分類套料基本原則：同一類零件選取最合理板規套料，確保利用率最高，后面所有相同零件均按照這個板規套料；某一種零件最終套料不夠一張鋼板時考慮混套或者訂貨兩個管節的量；相同長度的扁鋼以及其它小零件套料在同一個板號，避免出現不同類零件的混套；補板套料盡量找空隙套料，實在套不下的再統一套料，統籌安排。

2.3 板縫優化

沉管結構存在大量趾端放大的隔板結構，這類結構合理排版縫度也能提升鋼材利用率，圖4 為板縫優化前后對比圖。

圖4 橫隔板板縫優化前后對比

3 應用情況

截止目前，深中通道項目已完成了12 個管節的生產設計任務，包括E2/E4/E6/E8/E10/E12 共計6 個標準管節以及E32/E31/E30/E29/E28/E27共計6個變寬管節。通過深入研究管節特點，制定相應鋼材物量管控辦法并全面實施，全方位統籌以及生產設計精細化，最終實現各管節鋼材利用率大幅超過公司的目標鋼材利用率，鋼材成本節約近1 600 萬元。

總體來說，該項目鋼材物量創新的管控方式，應用效果非常明顯，可推廣到后續所有的鋼殼沉管管節。

4 結束語

在船舶市場行情持續低迷之際，深中通道鋼殼沉管項目的建造有效的保證了生產工作的連續性，避免了人員大幅流失造成的隱形損失；同時，鋼材物量合理管控和成本降低，為公司打贏翻身仗做出了應有的貢獻。作為設計人員，需時刻清醒認識到管控好鋼材成本就是增加公司盈利能力，保證鋼材一次利用率提高就是工作價值的直接體現。