周 曄,胡 芳,賴 芳,孫 劍

(1.揚(yáng)子江船業(yè)集團(tuán)公司，江蘇 泰州 225453；2.滬東中華造船集團(tuán)有限公司，上海 200129；3.大連船舶重工集團(tuán)有限公司，遼寧 大連 116000)

萬箱集裝箱船貨艙導(dǎo)軌分段預(yù)裝精度控制研究

周 曄1,胡 芳2,賴 芳3,孫 劍1

(1.揚(yáng)子江船業(yè)集團(tuán)公司，江蘇 泰州 225453；2.滬東中華造船集團(tuán)有限公司，上海 200129；3.大連船舶重工集團(tuán)有限公司，遼寧 大連 116000)

通過對萬箱集裝箱船分段建造技術(shù)與導(dǎo)軌安裝技術(shù)的研究，合理控制了10 000 TEU集裝箱船貨艙導(dǎo)軌在制作、分段預(yù)裝階段的精度。在隔艙吊運(yùn)、總組和合攏過程中優(yōu)化了精度控制方案，制定各階段的精度控制措施。通過最終的吊箱試驗，驗證了導(dǎo)軌預(yù)裝精度，評估了導(dǎo)軌預(yù)裝的合理性和有效性。

集裝箱船；貨艙；導(dǎo)軌；分段預(yù)裝；精度管理

0 引言

在萬箱集裝箱船的建造過程中，對導(dǎo)軌精度的控制是此類船舶建造的關(guān)鍵。萬箱集裝箱船導(dǎo)軌采用的是目前較為普遍的固定式導(dǎo)箱軌，簡稱導(dǎo)軌。導(dǎo)軌安裝的工序越提前對于船廠而言效率越高，尤其在分段制造階段可實現(xiàn)導(dǎo)軌與分段整體沖砂、涂裝，滿足了現(xiàn)代化船舶建造的殼、舾、涂一體化的建造要求。

導(dǎo)軌安裝于橫隔艙艙壁上，使用復(fù)板和肘板連接方式。該類型的導(dǎo)軌制造和控制難度較高，在安裝過程中極易產(chǎn)生變形，日本船廠目前也僅采用單面預(yù)裝導(dǎo)軌架的方案，因此導(dǎo)軌的精度管理的難度較大。導(dǎo)軌精度控制的好壞，將直接影響到集裝箱的存放和集裝箱的吊運(yùn)。導(dǎo)軌精度尺寸如超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，將造成導(dǎo)軌返修量大，施工周期長，生產(chǎn)效率低下等，因此導(dǎo)軌的精度控制是萬箱船建造的重中之重。

1 導(dǎo)軌預(yù)裝的技術(shù)難點

1.1導(dǎo)軌橫向同面度易產(chǎn)生偏差

(1)導(dǎo)軌預(yù)裝過程中的焊接收縮。分段導(dǎo)軌預(yù)裝過程中，導(dǎo)軌肘板與艙壁板的連接處不能存在明顯間隙，裝配完成后間隙應(yīng)保證在2 mm以內(nèi)。如間隙過大，焊接完成后將造成導(dǎo)軌局部變形，影響導(dǎo)軌預(yù)裝平整度，最終造成導(dǎo)軌間距局部產(chǎn)生超差。

(2)橫隔艙分段總組過程中導(dǎo)軌水平度易產(chǎn)生累積偏差。萬箱船橫隔艙外形尺寸較大，剛性不足，總組時通常使用塢墩做支撐。塢墩的設(shè)置應(yīng)取決于隔艙橫向面積與強(qiáng)結(jié)構(gòu)位置。以萬箱船為例，單座隔艙的強(qiáng)度一般應(yīng)不少于9個塢墩，并均勻擺放，以確保隔艙平放過程減小局部變形。

橫隔艙分段通常分為P&S(左舷&右舷)兩段單獨(dú)建造，吊裝前先進(jìn)行總組。因兩分段的導(dǎo)軌在總組過程中會遇到水平度的疊加偏差，為了減小這種水平疊加偏差，應(yīng)對隔艙雙面導(dǎo)軌按統(tǒng)一基準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，從而實現(xiàn)隔艙雙面導(dǎo)軌數(shù)據(jù)整體平衡。導(dǎo)軌測量點單面不得少于25個(單個隔艙分段)。當(dāng)P/S分段導(dǎo)軌數(shù)據(jù)平衡后，還需復(fù)合分段導(dǎo)軌預(yù)裝標(biāo)桿上的洋沖點，如產(chǎn)生偏差須進(jìn)行及時修正。

(3)橫壁合攏定位精度難以控制。總組修正后的標(biāo)桿洋沖點將作為隔艙定位的垂直度以及前后位置的基準(zhǔn)。標(biāo)桿支設(shè)在距基線26 150 mm的艙口圍板 (高度固定)與隔艙下端距基線9 973 mm平臺(簡稱9 973平臺)處。橫隔艙分段定位時，因為9 973平臺下方的導(dǎo)軌連接板多為散裝，隔艙吊運(yùn)過程中下口結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生變形，導(dǎo)致導(dǎo)軌前后間距偏差，導(dǎo)軌垂直測量難以控制。隔艙合攏定位示意圖如圖1所示。

1.2導(dǎo)軌方正度易產(chǎn)生偏差

隔艙分段橫向結(jié)構(gòu)較多，分段焊接完成后，導(dǎo)軌與艙口圍板的方正度產(chǎn)生偏差，尤其為非水密隔艙最為嚴(yán)重。因此，導(dǎo)軌預(yù)裝前必須以艙口圍板頂板為基準(zhǔn)，對導(dǎo)軌安裝基準(zhǔn)線進(jìn)行校驗，確認(rèn)滿足安裝要求。

隔艙分段總組過程中，因吊運(yùn)等原因，產(chǎn)生導(dǎo)軌角尺偏差，需要在導(dǎo)軌總組過程中重點控制。按導(dǎo)軌間距對總組寬度測量完成后，必須對隔艙P(yáng)/S總段進(jìn)行二次開方，校驗總段方正度，確認(rèn)合攏定位中心線。

圖1 隔艙合攏定位示意圖

2 集裝箱船導(dǎo)軌預(yù)裝工藝特性

導(dǎo)板本體的制作精度是導(dǎo)軌組裝的關(guān)鍵。導(dǎo)軌應(yīng)在冷作平臺上組裝，用L型馬固定，對稱施焊，嚴(yán)格控制焊接變形。完工后的導(dǎo)軌不直度≤2.5 mm，導(dǎo)軌板與復(fù)板的不垂直度≤1.5 mm，導(dǎo)軌長度誤差±2 mm。

10 000 TEU集裝箱船分段導(dǎo)軌預(yù)裝工藝采用從單面預(yù)安裝技術(shù)基礎(chǔ)上演變而來的雙面預(yù)安裝技術(shù)。針對該分段尺寸大、重量大和容易變形的特點，采取吊起旋轉(zhuǎn)180°的方法進(jìn)行翻身，充分發(fā)揮1 000 t龍門吊的起吊能力，比工裝滾翻法更加先進(jìn)。

試驗時，船舶狀態(tài)要首尾吃水差不大于2 m，橫傾不大于3°,并用集裝箱逐格吊裝使其順利到達(dá)內(nèi)底，再檢查底平面不平度及檢查導(dǎo)箱軌與集裝箱的間隙。

3 導(dǎo)軌制作與預(yù)裝精度控制方案

3.1集裝箱船導(dǎo)軌精度控制標(biāo)準(zhǔn)

10 000 TEU集裝箱船為超巴拿馬型集裝箱船線型，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、特殊，船臺建造難度大。橫壁布置上有導(dǎo)向、導(dǎo)軌架、固定集裝箱的導(dǎo)頭，其中導(dǎo)軌架是由角鋼、加強(qiáng)平鐵以及加強(qiáng)肘板3部分共同組成的。

3.2導(dǎo)軌制作精度控制方案

10 000 TEU集裝箱船共分19個導(dǎo)軌艙，其中有16隔艙，共計31只分段需進(jìn)行導(dǎo)軌預(yù)裝。

3.2.1導(dǎo)軌零部件的精度控制

(1)對來料進(jìn)行抽檢，針對生產(chǎn)廠商提出相應(yīng)的公差范圍，保證來料的精度。

(2)對自制的零部件，從放樣工序開始就進(jìn)行嚴(yán)格的精度控制，盡量使零件規(guī)格化、通用化，以利于質(zhì)量的統(tǒng)一控制。

(3)對于組合型鋼，除控制其制造的直線度外，還注意對導(dǎo)軌架有影響的尺度控制，確保導(dǎo)軌架有正公差發(fā)展的可能性。

(4)導(dǎo)向頭的組裝是一個關(guān)鍵點，由于導(dǎo)向頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在加工折角的時候，將零件依次按模到位，進(jìn)行裝配。焊接時，對稱施焊，控制變形，確保與導(dǎo)軌的光順連接，直線度達(dá)到1 mm的標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.2導(dǎo)軌架制作的精度控制

由于導(dǎo)軌架本體的長度達(dá)到24.248 m，本體強(qiáng)度較弱，與船體的連接點不多，屬于柔性結(jié)構(gòu)。為有效控制變形，須做到以下幾點：

(1)設(shè)置剛性制造胎架，確保分段制造對理論面的平直度，為導(dǎo)軌架的制造質(zhì)量提供保證。

(2)嚴(yán)格控制焊接工藝，采用對稱焊工藝，確保導(dǎo)軌架的制造精度。

(3)加強(qiáng)檢查控制力度，確保導(dǎo)軌的制作精度。

3.3分段階段導(dǎo)軌預(yù)裝精度控制方案

3.3.1導(dǎo)軌預(yù)裝工藝和精度控制方案

(1)橫艙壁分段P&S2個分段要在同1個分段胎架上按照1個整體橫艙壁分段進(jìn)行冷作，大合攏縫暫不焊接。當(dāng)分段電焊結(jié)束后，調(diào)平分段，在左右分段離大合攏縫各850 mm的地方劃兩條平行于船體中心線的直線(平行于左右橫艙壁分段的大合攏縫)作為導(dǎo)軌安裝的基準(zhǔn)線和左右2個橫艙壁分段大合攏時的檢驗線。

(2)在這個已調(diào)平的由左右2個分段組成的臨時橫艙壁整體分段上分別立9～12根高度標(biāo)桿，標(biāo)桿基本均布。

(3)將該假想的橫截面下移至離理論肋位面172 mm，并在標(biāo)桿上打洋沖作標(biāo)志。該假想平面即為導(dǎo)軌角鋼背面的定位理論面。

(4)根據(jù)圖紙對各分段進(jìn)行導(dǎo)軌預(yù)裝。

(5)將預(yù)制好的帶連接襯板的導(dǎo)軌吊運(yùn)至各安裝位置。

(6)修割連接襯板的高度，使各導(dǎo)軌角鋼背面形成的平面與假定平面重合?？紤]到主船體合攏過程中艙內(nèi)尺寸常常產(chǎn)生負(fù)公差，決定導(dǎo)軌在分段上預(yù)裝時采用負(fù)公差，導(dǎo)軌背面到橫艙壁理論面的尺寸為172 mm+(0～3) mm。

(7)以左右橫艙壁分段檢驗線、艙口圍板頂板上平面及172 mm高的激光平面為基準(zhǔn)面精確定位各根導(dǎo)軌。

(8)導(dǎo)軌定位后，采用量棒控制每個連接肘板處導(dǎo)軌與導(dǎo)軌的橫向間距。

(9)對檢驗合格的導(dǎo)軌進(jìn)行焊接，焊接時應(yīng)至少2個焊工同時焊接。焊接位置應(yīng)對稱于分段，以減少導(dǎo)軌焊接產(chǎn)生的分段扭曲等變形。

(10)翻身分段，立標(biāo)桿并將原標(biāo)桿上的假想導(dǎo)軌安裝平面引到此標(biāo)桿上。2個假想的導(dǎo)軌安裝平面應(yīng)平行，然后按同樣步驟進(jìn)行導(dǎo)軌預(yù)裝。

(11)以鋼絲為基準(zhǔn)確認(rèn)導(dǎo)軌安裝高度和導(dǎo)軌安裝的尺寸。

(12)導(dǎo)軌對接處的焊接變形必須滿足導(dǎo)軌平整度標(biāo)準(zhǔn)±2 mm和直線度標(biāo)準(zhǔn)±2 mm。

(13)橫艙壁導(dǎo)軌預(yù)裝結(jié)束后保留上下合攏口4根標(biāo)桿，拆除其余標(biāo)桿。

(14)導(dǎo)軌預(yù)裝報檢流程分焊前和焊后，分段完工時將數(shù)據(jù)備份。

3.3.2導(dǎo)軌預(yù)裝的精度控制要點

(1)導(dǎo)軌預(yù)裝前必須在脫胎自由狀態(tài)下進(jìn)行，并以分段上口艙壁位置為基準(zhǔn)，定出導(dǎo)軌預(yù)裝的水平基準(zhǔn)。

(2)分段艙口圍板頂板裝配時需要根據(jù)劃線時100 mm線進(jìn)行定位。艙口圍板的平整度控制在±2 mm以內(nèi)，艙口圍板垂直度控制在±3 mm以內(nèi)。

(3)分段完工后以艙口圍板為基準(zhǔn)進(jìn)行二次開方，確認(rèn)分段角尺狀態(tài)后對原有中心線洋沖進(jìn)行修正。同時確認(rèn)艏部橫壁與艉部橫壁的基準(zhǔn)線的同面度的誤差必須將控制在±2 mm以內(nèi)。導(dǎo)軌預(yù)裝檢測示意圖如圖2所示。

圖2 導(dǎo)軌預(yù)裝檢測示意圖

3.4橫隔艙分段P&S總組精度控制方案

分段導(dǎo)軌分為P/S預(yù)裝，需要通過總組后再進(jìn)行合攏，因此，橫隔艙總組過程中的導(dǎo)軌精度控制是關(guān)鍵因素。導(dǎo)軌在總組中的控制要點主要有：導(dǎo)軌面的整體水平偏差，導(dǎo)軌與艙口圍板面板的方正度，導(dǎo)軌間距。

3.4.1塢墩布置要求

合理的塢墩布置是導(dǎo)軌水平控制的基礎(chǔ)，因此根據(jù)10 000 TEU集裝箱船橫隔艙受力特點，制定了相應(yīng)的塢墩擺放要求。

3.4.2橫隔艙分段總組定位精度控制方案

(1)隔艙分段總組過程先按照分段標(biāo)桿洋沖高度進(jìn)行水平調(diào)整。分段水平調(diào)整后對導(dǎo)軌水平進(jìn)行測量，導(dǎo)軌水平標(biāo)準(zhǔn)為±2 mm，極限偏差±3 mm。

(2)導(dǎo)軌水平調(diào)整后按隔艙分段總組定位測量表進(jìn)行定位，并測量數(shù)據(jù)，檢驗合格后進(jìn)行裝焊。

(3)隔艙裝焊完成后，由精控員對隔艙中心線進(jìn)行矯正，然后修正洋沖標(biāo)記，并使用記號筆標(biāo)注。

(4)隔艙裝焊完成后，由精控員對導(dǎo)軌水平數(shù)據(jù)進(jìn)行焊后測量，同時對標(biāo)桿洋沖進(jìn)行矯正，作為隔艙合攏依據(jù)。

3.4.3橫隔艙分段總組階段精度控制要點

(1)分段標(biāo)桿洋沖作為導(dǎo)軌預(yù)裝的基準(zhǔn)，將貫穿導(dǎo)軌所有相關(guān)環(huán)節(jié)的控制流程作為分段總組和分段合攏的主要依據(jù)。

(2)隔艙P(yáng)/S總組過程中，寬度方向定位以分段100 mm對合線為基礎(chǔ)，但必須同時確認(rèn)導(dǎo)軌間距，測量上、中、下3個方向?qū)挾龋_保導(dǎo)軌間距滿足精度要求。

(3)導(dǎo)軌在預(yù)裝前，其基準(zhǔn)線是通過二次劃線進(jìn)行確認(rèn)。作為大型隔艙，尤其是非水密壁隔艙，在吊運(yùn)翻身過程中易產(chǎn)生扭曲變形，通過方正度確認(rèn)，可以確認(rèn)導(dǎo)軌與艙口圍板之間的關(guān)系，在總組過程中最大程度滿足隔艙與導(dǎo)軌合攏的定位要求。

3.5橫隔艙總段合攏精度控制方案

3.5.1橫隔艙分段合攏定位要求

(1)船塢底部分段合攏定位時，長度按艙長進(jìn)行控制，嚴(yán)格按照理論值合攏，不考慮焊接收縮，標(biāo)準(zhǔn)為0～5 mm。測量時，以隔艙下墩肋骨檢驗線為測量依據(jù)。

(2)隔艙合攏前，由精控員對船體中心線、肋檢線進(jìn)行重新劃制。中心線劃制在隔艙下墩合攏口，肋檢線劃制在隔艙下墩艏、艉300 mm處，與標(biāo)桿洋沖高度相對應(yīng)。

(3)分段前后位置以及垂直度定位時，必須以標(biāo)桿洋沖為標(biāo)準(zhǔn)，不考慮結(jié)構(gòu)。

(4)為保證橫隔艙合攏到位后不移位、傾斜，在橫隔艙合攏后，立即進(jìn)行舷側(cè)段的合攏，盡快形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，保證橫壁精度。同時，在橫壁段間采用“走橋”橫梁固定，在基準(zhǔn)橫壁段封固后，通過“走橋”橫梁固定相鄰橫壁段。

(5)隔艙合攏完成后，由精控員第一時間按隔艙分段定位測量表進(jìn)行測量。隔艙相應(yīng)舷側(cè)分段合攏定位完成后精控人員對隔艙導(dǎo)軌間距進(jìn)行測量，如出現(xiàn)偏差由施工人員對兩側(cè)和下口結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到最佳狀態(tài)后方可進(jìn)行裝焊。

3.5.2橫隔艙分段合攏精度控制要點

(1)高度及水平控制過程中，可以使用對合線，但必須以艙口圍板頂板為基準(zhǔn)。

(2)中心線確認(rèn)前應(yīng)先堪劃出分段底墩上的中心線，對應(yīng)總段中心線，上下口對齊。

(3)艏艉位置的確認(rèn)以總組修正后的標(biāo)桿洋沖為基礎(chǔ)測量垂直度，對應(yīng)底部分段上堪劃的隔艙垂直度的對合線，一般距艙壁理論線300 mm。但需校驗導(dǎo)軌間距(基準(zhǔn)隔艙除外)，上口以艙口圍板位置為基準(zhǔn)，下口以散裝肘板向上一層平臺為基準(zhǔn)，進(jìn)行測量并調(diào)整，導(dǎo)軌間距±7 mm。

3.5.3隔艙定位后的導(dǎo)軌測量方法

隔艙定位后，應(yīng)對導(dǎo)軌進(jìn)行檢測，一般使用測距儀對導(dǎo)軌間距、對角線進(jìn)行檢測，并將測量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。通過數(shù)據(jù)的對比驗證導(dǎo)軌精度，如出現(xiàn)偏差應(yīng)有施工人員進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)整。

4 結(jié)論

10 000 TEU集裝箱船建造過程中，精度管理部門對全船的隔艙導(dǎo)軌精度進(jìn)行監(jiān)控。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，全船導(dǎo)軌精度尺寸的合格率達(dá)到100%，完全滿足吊箱等使用要求。

(1)大幅縮短建造周期

分段導(dǎo)軌預(yù)裝比傳統(tǒng)的導(dǎo)軌散裝可節(jié)省大量的測量和裝焊工作量。導(dǎo)軌散裝按10 000 TEU一個單艙共34根導(dǎo)軌計算，導(dǎo)軌定位、裝配、焊接全部完成需要30 d左右；通過分段導(dǎo)軌預(yù)裝，每個單艙僅剩下兩邊舷側(cè)導(dǎo)軌與導(dǎo)軌下口底墩連接處的連接肘板需要安裝，一般僅需3～4 d即可完成。全船共19個單艙，其中14個單艙進(jìn)行了導(dǎo)軌預(yù)裝，可節(jié)省建造周期350 d。

(2)減少艙內(nèi)腳手搭設(shè)

分段導(dǎo)軌預(yù)裝不僅節(jié)省安裝工作量，還減少了貨艙內(nèi)腳手的搭設(shè)。按10 000 TEU計算單艙需要對艏、艉兩面進(jìn)行搭設(shè)，高度需要搭設(shè)14層，耗費(fèi)大量工時。通過導(dǎo)軌預(yù)裝，僅需在分段合攏區(qū)域進(jìn)行腳手搭設(shè)，腳手搭設(shè)量減少80%。

(3)減少油漆破壞

因為分段導(dǎo)軌預(yù)裝，使導(dǎo)軌工序提前，實現(xiàn)了隔艙與導(dǎo)軌殼、舾、涂一體化，完成了隔艙與導(dǎo)軌80%的油漆工作量。

(4)確保吊裝試驗的精度，使吊箱試驗順利開展

10 000 TEU全船共14座單艙進(jìn)行了導(dǎo)軌預(yù)裝，每座單艙有17個箱位，每箱位吊裝時間約15 min。通過對導(dǎo)箱位的測量數(shù)據(jù)分析，導(dǎo)軌安裝精度完全滿足設(shè)計要求，所有導(dǎo)箱位均能滿足一次吊箱的規(guī)范要求。吊箱試驗共計花費(fèi)時間約60 h，比傳統(tǒng)方式節(jié)省了大量吊箱試驗時間。

通過10 000 TEU制造，充分驗證了該精度管理方案的可行性，為首制萬箱船的順利交船奠定基礎(chǔ)。

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2014-07-04

周曄(1982-)，男，工程師，研究方向為造船精度管理及應(yīng)用；胡芳(1974-)，女，高級工程師，研究方向為船體設(shè)計；賴芳(1974-)，女，工程師，研究方向為船舶制造及管理；孫劍(1975-)，男，高級工程師，從事船舶技術(shù)及管理工作。

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