模塊化艙室設計建造方案的應用

朱敬燕，張揚

（滬東中華造船（集團）有限公司，上海 200129）

針對大型船舶具有人員密集、艙室眾多的特點，傳統的散裝施工模式需進行優化革新，模塊化艙室設計建造被提出來并開始研究其可行性。主要做法是選擇結構背景規則的高級住艙，將其定義為一個獨立的空間，形成一個模塊，采用一體式設計、內場預裝和實船快速化安裝來實現減少施工周期和施工成本的目的，同時提高整體設計效果，更好的滿足人員居住舒適性的需求。

1 傳統艙室設計施工與模塊化設計建造

1.1 傳統艙室設計施工的現狀

傳統艙室施工模式通常由多工種交叉協作完成，需要生產運行部門統籌管理和協調各工種之間作業。艙室內裝施工一般在船舶下水后開始，持續4～5 個月，施工周期較長。就施工作業類型而言，艙室施工一般包括：甲板敷料敷設、絕緣敷設、圍壁板安裝、天花板安裝、電纜和系統管路布置、風管和布風器布置安裝、圍壁板插座開關布置、天花板燈具及附件安裝、地板敷設、踢腳線頂角線安裝、家具等設備安裝等。當前隨著船東對交船周期和建造施工質量要求越來越高，傳統施工模式存在諸多問題和不確定因素：施工周期長、項目多，管理混亂；作業交叉、施工沖突，影響工程質量，易造成返工；限于5S 管理要求和施工人員熟練程度，施工過程浪費嚴重；材料現場切割產生粉塵和金屬屑，施工環境惡劣；施工質量受施工管理、環境和施工人員熟練程度影響較大。

1.2 模塊化設計建造的考慮

模塊化設計建造是以艙室實船快速安裝技術為最終研究目標的一次探索性研究，主要是以簡化艙室建造流程，縮短艙室施工周期并提高建造質量為目的。模塊化艙室建造方案的主要設計、施工內容有：艙室獨立骨架設計，艙內電纜、通風管路布置和預留接口設計，艙室家具布置和設計選型，零部件和家具等的制造，工廠預組裝，零部件、家具等的編號、拆解和打包，預埋件實船焊接，零部件、家具等的運輸和吊裝，實船安裝。在實際施工過程中體現出明顯的優勢。

（1）將大量的實船作業轉化為內場施工，減少船上交叉作業，便于現場施工管理，并能有效縮短艙室施工周期。

（2）現場作業僅為少量預焊件焊接和簡單的零部件組裝和家具定位安裝，相對較為簡單，對施工人員經驗水平要求較低，提高了整體建造質量。

（3）應用了輕量化地板和圍壁板方案，使得艙室整體重量有效降低，起到改善船舶穩性的作用。

（4）集成化家具、電纜、布風器的設計不僅方便實船安裝，更有利于日后檢修維護工作。

（5）減少了艙室的焊接打磨作業，大量使用螺栓連接，杜絕了材料的實船切割作業，有效降低施工公害，改善了實船的施工作業環境。

2 模塊化設計建造過程

2.1 骨架的安裝

整個骨架的安裝基準點位于門框位置，骨架所有立式龍骨與門框平行，保證骨架垂直方向上的準確性。安裝時以艙壁到龍骨外側距離定位，在設計時需要考慮到龍骨的厚度、墻板與龍骨的間距等因素。由此確定整體骨架各個龍骨的位置。艙室整體骨架采用緊固件連接，所有緊固件打螺紋鎖固膠固定。

圖1 骨架安裝示意圖

圖2 頂部吊裝預埋件布置圖

整體骨架根據甲板梁拱的傾斜趨勢布置，安裝時通過調整墊進行調平安裝，骨架的安裝需確保艙室內凈高不小于2000mm。

骨架上方吊裝天花板，后期實際施工過程中考慮到在極端使用環境下天花板安裝骨架的強度問題，為增加天花板吊裝骨架的剛性，在原有頂部吊裝連接點設計的基礎上，新增多個連接點。連接用的槽鋼提前預焊在頂部甲板上。

2.2 甲板覆蓋安裝

目前實船甲板覆蓋材料主要為甲板敷料、無接縫地坪等，模塊化采用輕量化的瓦楞地板材料，由制作廠家預先制作完成備用。考慮船舶甲板的平整度不夠好，在瓦楞板安裝前先用橡膠墊塊進行找平，然后用結構膠固定安裝成型的瓦楞地板，表面鋪設橡膠地板。

圖3 瓦楞地板安裝示意圖

2.3 壁板、天花板的安裝

墻體壁板的安裝形式目前有A 型和C 型兩種，根據不同處所的使用要求，采用不同的形式。模塊化設計中采用C 型結構，方便拆卸維修，墻壁板與上下安裝槽插接方式安裝。天花板相互間采用插接方式連接，與骨架吊梁插接式連接。

圖4 壁板安裝示意圖

圖5 天花板安裝示意圖

圖6 壁板、天花、地板安裝圖

2.4 電纜布置

骨架安裝的時候已提前考慮了線槽的布置，安裝壁板、天花板的同時，可進行艙內電纜的排布工作。

圖7 線槽安裝布置示意圖

2.5 家具安裝

壁板及天花板安裝到位后，家具生產廠家根據艙室具體布置現場測量尺寸后生產，考慮上船進艙空間，采用拼裝式家具上船后定位安裝。

2.6 施工周期

根據實船施工安裝得出模塊化艙室設計建造方案與傳統施工建造周期的對比表格可以看出，模塊化艙室在施工周期上有一定優勢，輕量化地板的安裝方案由于其工藝簡單，能夠有效縮短地板的安裝周期。但仍有較大的提升空間，主要原因分析如下：

（1）在獨立骨架安裝施工誤差較大，與實船個別管路布置干涉造成臨時更改或者返工，造成施工延誤。

（2）燈具、電氣設備和家具等的施工，由于設備的供貨時間問題，未能做到內廠預裝，編號后上船安裝，所以施工周期與傳統施工周期相同。

表1 施工周期對比表

模塊化艙室設計建造方案縮短實船施工主要體現在艙室材料、設備的預裝，編號后在實船上進行快速拼裝和地板的輕量化制作施工實現，實船安裝時由于設計誤差和設備供貨等原因，未能完全實現廠內預裝的方案目標，造成施工周期無明顯優勢的情況。在以后的研究中通過設計經驗總結、前期設計協調完善和供貨時間保障等手段，確保模塊化艙室內廠預裝的完成，能更進一步降低艙室實船安裝周期。

2.7 模塊化艙室的主要特點

（1）模塊化：將整個艙室作為獨立模塊，艙室內部又分為若干個模塊。先在船上搭建獨立骨架，后安裝模塊化地板、圍壁板，最后安裝拼裝式家具。

（2）輕量化：地板選用的瓦楞復合板具有質輕、高強、施工方便快捷、抗震、防火、防雨、壽命長、免維護等特點。同時減重3.5Kg/m2。輕量化圍壁板表面板材用鋁板代替鍍鋅鋼板，蜂窩芯選用小孔蜂窩芯。面密度由現船墻板的12.1Kg/m2降到7.3 Kg/m2。

（3）集成化：電氣集控系統選用智能房控系統，具體操作可在集控屏上實現對整個房艙的燈光場景進行自定義，對房間溫度進行調節等。書柜上方安裝電氣集控箱，艙室所有可轉接設備線路都從電氣箱引出。達到整個艙室預布電氣接口，可實現快速與船上線路連接。家具和設備等的集成，例如茶吧內集成小型冰箱，電視柜內集成電子鞋柜等。

（4）低公害化：考慮實船在航行過程中的搖晃可能會較劇烈，此次骨架各部連接點都與船體進行了燒焊連接，焊點數量僅20 余處，相比傳統施工工藝大幅減少，此外基本取消打磨作業，符合低公害化施工要求。

3 總結

在目前進行的研究中，雖然模塊化艙室設計建造與傳統施工相比有著一定優勢，但在施工過程與設計方案還有較大差距，其缺點與不足主要體現在：

（1）在實際施工過程中，考慮在極端環境中的骨架整體強度問題，新增較多的骨架連接件，造成獨立骨架與船體結構連接件過多；雖有部分彈性連接，但模塊化艙室的獨立性不明顯，與船體結構目前仍然主要為剛性連接，振動噪聲降低的效果不明顯。獨立骨架在實際施工階段由于設計誤差和艙內部分管路布置的問題，造成施工中的現場修改，對施工周期產生一定影響。

（2）設計方案中并未將衛生單元作為模塊化艙室的一部分，后期將衛生單元作為模塊化艙室的組成部分，可更有效地降低設計和建造施工過程中的工作量。

本文介紹的模塊化艙室設計建造是對傳統艙室施工的一次革新，并在實船上進行了應用驗證，為艙室快速建造奠定了基礎。但本方案還有很多方面需要完善，例如，艙室獨立骨架的設計，艙室和部分家具的標準化設計，內廠預組裝及安裝工藝的優化，建造管理和配套的提升等。隨著在后續船型的進一步研究和探索，模塊化艙室安裝技術將得到進一步完善，從而實現船舶艙室快速安裝的要求。