大型集裝箱船特殊工況條件下的快速建造工藝與應用

劉先容

(滬東中華造船(集團)有限公司，上海 200129)

0 引 言

20世紀90年代韓國造船企業開展船舶巨型總段工藝的深入研究與探索，衍生基于巨型總段工藝的多島建造工藝，大幅突破對分段儲備、場地和起重能力等關鍵資源的限制。巨型總段移位合龍的總裝船廠縮短船塢周期，提升關鍵資源利用率，大幅提高造船產量。相比而言，我國造船企業對多島建造的探索開始較晚。上海外高橋造船有限公司在常規船型中利用巨型總段建造研究得出的雙島式搭載工藝可有效縮短船塢周期。江南造船(集團)有限責任公司在9 400 TEU集裝箱船上應用環段移位建造法，使貨艙快速成型，減少碼頭調試時間[1]。

1 特殊工況與工藝策劃

在某大型集裝箱船項目建造時，為拓展超大型集裝箱船船塢建造能力，需要對船塢底板實施改造加固工程。由于該工程處于船塢中心位置，涉及塢底改造區域長度約150 m，且施工時間長，因此形成塢底改造與集裝箱船連續搭載同步施工的特殊工況。

在該特殊工況條件下，通過快速建造工藝研究，采取雙島不移位式建造工藝。選取艏艉基準總段按船體理論搭載位置分別先行搭載，按搭載網絡圖連續搭載。在搭載的過程中保證雙島始終在同一坐標系內，最終雙島之間的區域采用總段嵌補工藝[2]。

雙島不移位式建造工藝策劃：以FR 197～FR 490(向艏部)和FR 310～FR 173(向艉部)為界限，艉部區域以CZ01P總段為基準搭載總段艉島，艏部區域以HZ03C總段為基準搭載總段艏島；艉島區域包含艉部和貨艙3環段，艏島區域包含艏部和貨艙11環段～15環段，雙島按搭載網絡圖以各自基準搭載總段向周圍擴散搭載；中段按船塢底板加固工程完工順序，先搭載貨艙4環段～6環段，再搭載貨艙9環段～10環段；以CZ04PC總段嵌補搭載連接底部，以HZ12PS總段嵌補搭載連接舷側，完成全部船體搭載作業。

按雙島不移位式建造工藝策劃，控制難點如下：

(1)按船塢底板改造范圍和施工周期的影響，雙島在間距為155 m的情況下需要始終保持在毫米級的偏差范圍。雙島同步施工，需要克服天氣和自重等影響因素，通過過程控制和修正調整精度管理點。

(2)從雙島成型到貨艙4環段～10環段搭載間隔約2個月，受搭載、裝配、焊接和天氣等因素影響，雙島對接端面會出現艏島艏傾、艉島艉傾的狀態，端面變形趨勢如圖1所示。為此需要控制端面的同步數據，避免出現剪刀口。

圖1 端面變形趨勢示例

(3)由于是在原有總段劃分形式下調整的建造方案，因此嵌補總段沒有楔形設計，上下平行。CZ04P總段寬度方向嵌補較長，對吊裝姿態控制提出新要求。

2 精度管理策劃

為確保工藝實施，精度管理體系是保證雙島不移位式建造工藝落實的關鍵。精度管理自尚未搭載開始進行系統性管理[3]：從雙島的基準總段地樣線開設開始介入，制定雙島基準總段間距加放的補償值；通過開設船塢地樣線和基高，控制雙島始終在同一坐標系內。雙島各總段的吊裝均需要進行定位監控，并定時監控雙島對接端面的間距和偏移量，以制定雙島裝配和焊接的施工順序；通過作業順序的調整得以控制端面，滿足后續吊裝要求，確保對接端面一致性。最后利用模擬搭載技術確定嵌補總段數據，確保嵌補總段結構順利連接，各項技術參數符合工藝標準。

雙島不移位式建造工藝的關鍵在于確保雙島在建造的全過程中始終保持在同一坐標系內，以船塢格子線為基準監控雙島在該坐標系中的空間位置。在繪制船塢格子線時，需要充分考慮雙島基準總段之間的焊縫收縮值、天氣造成的尺寸變化、自身水平變化和端面變化等因素，綜合設置船塢格子線間距值。由于CZ04PS嵌補總段可通過前后間隙調節尺寸，CZ04PS嵌補總段艏端貨艙4F的艏面(散裝導軌面)可通過散裝導軌調節部分艙容尺寸，因此在雙島基準總段之間增加10 mm補償值。船塢格子線開設如圖2所示。

圖2 船塢格子線開設示例

在船塢格子線施工后需要進行油漆標記，并定期對標記進行復核修正，減少對后續定位監控的影響。利用船塢固定標靶與船體理論數據結合，建立船塢空間坐標網絡，為后續搭載定位和監控提供基準。

3 整體定位與變形趨勢控制

雙島建造受搭載、裝配和焊接順序的影響，誤差逐漸累積形成艉島艉傾、艏島艏傾的狀態，導致舷側上口抗扭箱區域尺寸越來越大。集裝箱船船型的特殊性對抗扭箱區域的焊接要求高，對坡口間隙、對接錯位和間距尺寸等精度參數要求不能出現超差情況[4]。由于雙島在成型后中間區域采取嵌補搭載的方式進行連接，不采用移位或起浮的方式調整間距，因此雙島的端面和間距控制更為重要。

利用數字化船塢建立船塢空間坐標系，各總段的吊裝嚴格按精度策劃方案進行定位管理。在總段搭載時，除考慮相鄰對接情況外，必須核算與另一島的大接頭端面距離，注意雙島的間距尺寸控制。8環段艏端面與10環段艉端面為散裝導軌面，若長度方向尺寸損失，則應盡可能通過2個端面進行調整。利用數字化船塢定位如圖3所示。

圖3 利用數字化船塢定位

對于雙島端面隨裝配和焊接施工產生的端面傾斜問題，需要對總段的裝配和焊接順序進行嚴格管理，原則上要求先高低方向接頭施工，再前后方向接頭施工。在施工過程中應定期定時對端面利用數字化船塢進行三維數據監控，發現端面出現變化趨勢，應及時調整施工順序，確保端面同步度。端面的監控記錄和數據記錄如圖4所示。

圖4 端面的監控記錄和數據記錄

4 模擬搭載和嵌補總段吊裝

對于嵌補總段未進行楔形設計的問題，需要通過模擬搭載精確預測搭載總段和目標位置的精度狀態，對嵌補總段進行預先修割，修正數據應保證可順利嵌入，且合龍接頭間隙在工藝要求范圍內。

模擬搭載是通過全站儀進行三維精度測量[5]。將測量數據導入計算機，與理論模型進行匹配分析得出偏差值，通過預先得到需要搭載的總段精度偏差值和船塢(船臺)內基準總段的精度偏差值，在計算機中進行模擬演示并分析得出有效的修正方案。在平臺上進行切割修正，在確保精度的情況下實現吊裝過程一次到位，以此提高總段搭載定位精度。嵌補搭載必須通過模擬搭載的手段精準匹配搭載總段與基準總段的尺寸，保證達到船體結構精度要求。基于模擬搭載可提前分析得出可能發生的精度問題，通過定位方案的調整予以解決。在嵌補總段的吊裝中，需要充分考慮日照對總段尺寸的影響。嵌補搭載一般安排在夜間進行吊裝，在總段尺寸收縮后方便在大間隙的情況下完成嵌補吊裝作業；在白天日照情況下，鋼板隨溫度升高恢復正常裝配間隙尺寸。模擬搭載如圖5所示。

5 結 論

(1)通過某大型集裝箱船項目的策劃、全過程跟蹤和實施，實現船塢塢底改造與集裝箱船連續搭載同步的目標，保證集裝箱船按期出塢。

(2)通過對雙島不移位式建造工藝的嘗試，積累寶貴經驗和行之有效的精度管理方法，突破常規單線搭載方式，對未來塢期縮短和大型集裝箱船建造能力提升作出良好鋪墊。經初步測算，按該工藝最大化利用現有船塢的生產能力，在不考慮其他制約因素的情況下，預計大型集裝箱船的建造能力最高可提升20%。

(3)多島建造可突破場地需求與限制，為船廠節約投資，避免簡單粗放且風險很大的外延式擴張發展，實現內涵式的高質量發展，具有非常顯著的社會效益。