王守桂， 陳思龍， 韓 炯

(1.招商局重工(江蘇)有限公司， 江蘇 南通226116； 2.上海船舶工藝研究所， 上海200032)

0 引 言

當(dāng)前的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式下，船舶設(shè)計(jì)周期分為3個不同階段，分別是基本設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)計(jì)。各設(shè)計(jì)階段基本都是由不同的設(shè)計(jì)公司獨(dú)立開展的。隨著設(shè)計(jì)技術(shù)、設(shè)計(jì)軟件的更新進(jìn)步，很多大型船廠有能力同時承擔(dān)詳細(xì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)，有利于詳細(xì)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)設(shè)計(jì)相結(jié)合，使詳細(xì)設(shè)計(jì)向生產(chǎn)設(shè)計(jì)延伸，生產(chǎn)設(shè)計(jì)擴(kuò)展到詳細(xì)設(shè)計(jì)[1]，使生產(chǎn)設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行良好的溝通和互動，使設(shè)計(jì)更符合船廠建造能力。

以招商局重工(江蘇)有限公司在建項(xiàng)目LNG船為例，該船的基本設(shè)計(jì)由瑞典公司設(shè)計(jì)，詳細(xì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)由本廠技術(shù)中心船體室設(shè)計(jì)。為提高設(shè)計(jì)質(zhì)量并使設(shè)計(jì)更適應(yīng)船廠設(shè)計(jì)理念和生產(chǎn)需要，本文在詳細(xì)設(shè)計(jì)結(jié)合生產(chǎn)設(shè)計(jì)及工藝要求方面進(jìn)行探討。

1 詳細(xì)設(shè)計(jì)延伸至工藝文件

詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙須充分考慮船廠現(xiàn)場施工的可能性、快捷性、方便性。在詳細(xì)設(shè)計(jì)過程中，就施工中的加工、制造、安裝、焊接等工藝性問題，為生產(chǎn)設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。將工藝性問題從生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段提前至詳細(xì)設(shè)計(jì)階段解決，保障設(shè)計(jì)可行性。具體步驟如下：

(1) 將分段劃分圖中的分段縫引入詳細(xì)圖紙。在生產(chǎn)設(shè)計(jì)時，經(jīng)常發(fā)生設(shè)計(jì)板縫與分段合龍縫相近的問題，如果不進(jìn)行板縫調(diào)整，板縫距離合龍縫很近會產(chǎn)生窄板條情況，嚴(yán)重影響船體外觀的美觀性?，F(xiàn)場檢驗(yàn)時，船舶所有人、船檢一般不會同意這樣的板縫設(shè)計(jì)。在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段，板縫的布置，特別是不同板厚的板縫線，應(yīng)嚴(yán)格按照詳設(shè)圖紙，在此階段修改詳設(shè)圖紙的板縫位置，須經(jīng)船舶所有人、現(xiàn)場船檢同意。如果涉及鋼板厚度變化，必須重新送審圖中心退審，可能涉及強(qiáng)度分析計(jì)算，退審周期長，嚴(yán)重影響生產(chǎn)進(jìn)度。因此，提前在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段解決板縫與合龍縫沖突的問題，有利于提高生產(chǎn)設(shè)計(jì)效率。如圖1所示，甲板邊板的板縫距離外板2 070 mm，靠舷一側(cè)鋼板板厚為10 mm，材質(zhì)是ABS-E，靠船中一側(cè)鋼板板厚為11 mm，材質(zhì)為ABS-A。為使液罐吊裝方便，舷側(cè)分段與甲板分段的合龍縫應(yīng)布置在距外板為1 820 mm處。經(jīng)計(jì)算評估，板縫移至合龍縫處不影響強(qiáng)度要求，靠舷一側(cè)10 mm處邊板的寬度為1 820 mm，滿足規(guī)范最小寬度(1 800 mm)要求。如果在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段才修改此板縫，須重新送船級社退審詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙，拖延設(shè)計(jì)進(jìn)度。

圖1 板縫與合龍縫設(shè)計(jì)

(2) 分段建造方法對詳細(xì)設(shè)計(jì)的影響。一般情況，船廠會根據(jù)自身的設(shè)備、工藝習(xí)慣，選擇合適的分段建造方法。在詳細(xì)設(shè)計(jì)時如果把分段建造方法考慮到設(shè)計(jì)中去，能降低成本、縮短建造周期、提高生產(chǎn)效率。

上層建筑結(jié)構(gòu)一般按層劃分分段，然后每層分段疊加合龍成總組段，同時進(jìn)行預(yù)舾裝(設(shè)備進(jìn)艙、管道和電纜敷設(shè)、內(nèi)裝和涂裝等)作業(yè)，待上層建筑區(qū)域舾裝結(jié)束后，進(jìn)行整體吊裝與主船體合龍，實(shí)現(xiàn)縮短造船總周期和降低造船成本的目的。上建總組段吊裝如圖2所示。

圖2 上建總組段吊裝

在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段須預(yù)估生活樓結(jié)構(gòu)總組重量，其中包含結(jié)構(gòu)、管系、電氣、內(nèi)裝、鐵舾重量及重心位置，同時考慮后續(xù)管系、焊材、加強(qiáng)等重量，預(yù)先對上建總組段整體吊裝強(qiáng)度進(jìn)行分析[2]。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，薄弱處須提前考慮加強(qiáng)方案。吊耳處甲板背面增加加強(qiáng)筋；吊耳下方外圍壁換成20 mm 加厚板，材質(zhì)是A；吊耳處甲板換成16 mm加厚板，材質(zhì)是DH 36-Z35；加厚板與外圍壁板及甲板之間采用全熔透焊；加厚板外側(cè)200 mm 范圍內(nèi)的甲板及外圍壁之間采用全熔透焊；吊耳下方窗戶孔吊裝時不開孔。上建吊裝模型分析圖及吊耳節(jié)點(diǎn)圖，如圖3所示。

圖3 上建總組段模型分析圖及吊耳節(jié)點(diǎn)圖

在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，對主要結(jié)構(gòu)(如艙壁、外板、內(nèi)底板、甲板等)板縫進(jìn)行設(shè)計(jì)時，采用橫、縱向直線布置，優(yōu)化加厚板區(qū)域，取消圓角過渡型板縫，最大化利用廠里現(xiàn)有平面拼板流水線，提高拼板、型材安裝效率。

(3) 貨艙密性要求。LNG船是高危險(xiǎn)船，為防止氣體泄漏，須對整個貨艙做密性試驗(yàn)。貨艙內(nèi)圍艙壁的所有縱向角焊縫都采用深熔焊，而橫艙壁與甲板、縱艙壁、內(nèi)底板的連接形式是普通的角焊縫。為保證焊縫滿足氣密要求，在詳細(xì)階段修改基本設(shè)計(jì)圖紙，將角焊縫改成深熔焊，消除焊縫缺陷導(dǎo)致的氣體泄漏。

2 生產(chǎn)設(shè)計(jì)延伸至詳細(xì)設(shè)計(jì)

生產(chǎn)設(shè)計(jì)是在詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙經(jīng)船級社、船舶所有人退審后進(jìn)行的，因此在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段必須嚴(yán)格依據(jù)詳細(xì)設(shè)計(jì)的退審圖來完成生產(chǎn)設(shè)計(jì)。生產(chǎn)設(shè)計(jì)著眼于生產(chǎn)和技術(shù)的準(zhǔn)備工作，事先進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃和綜合安排，實(shí)行先行設(shè)計(jì)。如生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段更改設(shè)計(jì)內(nèi)容，沒有服從詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙，必須與船舶所有人或船級社協(xié)商，甚至須重新送審船級社。更改手續(xù)繁多，勢必延誤設(shè)計(jì)周期，阻滯生產(chǎn)設(shè)計(jì)進(jìn)行。因此，生產(chǎn)的先行設(shè)計(jì)應(yīng)該延伸到詳細(xì)設(shè)計(jì)。

生產(chǎn)設(shè)計(jì)提前介入詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，對于影響生產(chǎn)設(shè)計(jì)的原則性、批量性問題可反饋給詳細(xì)設(shè)計(jì)人員，及時修改詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙，將設(shè)計(jì)優(yōu)化提前處理。因此，設(shè)計(jì)工序提前化，問題早發(fā)現(xiàn)、早解決會使后續(xù)生產(chǎn)設(shè)計(jì)更準(zhǔn)確化、合理化。

(1) 船體標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)本廠化。每個設(shè)計(jì)公司的設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)型式基本上都不一樣，為使LNG船更好地適應(yīng)本廠的建造標(biāo)準(zhǔn)，在基本設(shè)計(jì)公司提供的《船體標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)圖冊》基礎(chǔ)上，更改成本廠以往的通用節(jié)點(diǎn)型式，如過焊孔、流水孔、型材貫穿孔、補(bǔ)板型式、型材端部型式、不等高型材對接處理方式等。避免因設(shè)計(jì)習(xí)慣不一致，在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段產(chǎn)生低級錯誤，同時有利于在設(shè)計(jì)軟件中完成對新項(xiàng)目的初始化設(shè)置。

(2) 人孔、減輕孔位置合理化。生產(chǎn)設(shè)計(jì)過程中，板縫排列經(jīng)常會穿過開孔或者距離開孔很近。如果板縫穿過開孔，特別是門孔、窗戶孔在合龍縫處或開孔在2個分段中，此處的門、窗在分段階段不能安裝，影響安裝進(jìn)度。當(dāng)板縫距開孔小于50 mm時，如圖4所示，板縫須進(jìn)行相應(yīng)圓弧處理，會產(chǎn)生小尖角，導(dǎo)致板的寬度超出原板寬度，在生產(chǎn)設(shè)計(jì)時不利于板材套料、板規(guī)統(tǒng)一化、鋼材利用率的提高。因此，生產(chǎn)設(shè)計(jì)提前介入，將此問題反饋至詳細(xì)設(shè)計(jì)，在詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙送審前優(yōu)化開孔位置。

圖4 孔與板縫位置

(3) 優(yōu)化基座下方結(jié)構(gòu)(肋板、縱桁)加強(qiáng)方案。基本設(shè)計(jì)公司提供的基設(shè)圖紙僅僅滿足強(qiáng)度要求，沒有充分考慮到船廠對施工、成本的要求。圖5是基本設(shè)計(jì)圖紙的加強(qiáng)方案，基座下方局部板強(qiáng)度從AH 36提高到DH 36。

圖5 基本設(shè)計(jì)方案

在生產(chǎn)設(shè)計(jì)時，從施工方便、節(jié)約成本綜合考慮，提出優(yōu)化基座下方結(jié)構(gòu)(肋板、縱桁)加強(qiáng)方案。圖6是優(yōu)化后加強(qiáng)方案。圓弧焊縫及短直板縫通常使用CO2氣體保護(hù)焊。水平焊縫改成垂直焊縫后可以采用埋弧自動焊，焊接生產(chǎn)效率高?；路饺坑酶邚?qiáng)度鋼DH 36取代AH 36，提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。板縫布置時考慮分段合龍縫位置。零件形狀方正，沒有缺角，方便零件套料，板材利用率高。

圖6 生產(chǎn)設(shè)計(jì)方案

(4) 專業(yè)間協(xié)調(diào)前期化。以貨艙區(qū)為例，雙層底、舷側(cè)、雙層甲板區(qū)域主要涉及鐵舾、管系、船體等3個專業(yè)協(xié)調(diào)[3]。鐵舾專業(yè)的永久性檢驗(yàn)通道布置；管系專業(yè)的壓載管、測深管、透氣管布置；船體專業(yè)的人孔布置。通道布置與管路布置不能相互干涉和阻礙。船體專業(yè)須根據(jù)通道需求在船體結(jié)構(gòu)上開設(shè)通道孔，根據(jù)管路需求在船體結(jié)構(gòu)上開設(shè)管孔。專業(yè)間協(xié)調(diào)確定好通道布置與管路布置方案，船體專業(yè)將通道孔、管孔提前在詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙中設(shè)計(jì)好。LNG船的特殊性在于內(nèi)底板布置有大量的基座來支撐貨罐，液罐基座下方附近屬于強(qiáng)受力區(qū)。如圖7所示，通道孔、管孔須盡量避開此區(qū)域，不能避開的必須做強(qiáng)度補(bǔ)強(qiáng)。所有專業(yè)間協(xié)調(diào)開孔及補(bǔ)強(qiáng)隨同船體詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙送船級社審查，使設(shè)計(jì)更為完整化，為生產(chǎn)設(shè)計(jì)提供詳細(xì)、準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)依據(jù)，減少修改。

圖7 液罐基座下方結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)語

在船舶的設(shè)計(jì)過程中，船廠同時承擔(dān)詳細(xì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)時，詳細(xì)設(shè)計(jì)階段應(yīng)綜合考慮本廠建造能力、生產(chǎn)工藝、專業(yè)間協(xié)調(diào)，將可能發(fā)生的問題從生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段提前至詳細(xì)設(shè)計(jì)階段解決，提前預(yù)知設(shè)計(jì)可行性，提高效率，降低后續(xù)修改成本。優(yōu)化、深化詳細(xì)設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)更符合現(xiàn)場施工，更符合本廠實(shí)際情況，從源頭開始考慮成本，可以大幅縮短造船周期，減少返修率，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 夏登柱. 將生產(chǎn)設(shè)計(jì)延伸到詳細(xì)設(shè)計(jì)[J]. 船舶與海洋工程，2015(3)：75-78.

[2] 王彥,薛鴻祥,朱錦標(biāo). 大型液化氣船船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案[J]. 造船技術(shù)，2017(2)：47-51.

[3] 牛海靜. 談船舶生產(chǎn)設(shè)計(jì)精細(xì)化[J]. 造船技術(shù)，2015(6)：50-54.

[4] 中華人民共和國工業(yè)和信息化部.合同設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)相關(guān)銜接的基本要求: CB/Z 254-2011 [S].2011.