黃甫亮 王華 楊九九

（金海智造股份有限公司，浙江舟山316200）

船體吊裝是船舶建造過程中的一項重要且復(fù)雜的工藝流程。隨著公司生產(chǎn)設(shè)備能力的提高及公司所承接的船舶噸位越來越大，船舶總段的重量也越來越大。巨型總段、復(fù)雜分段、新型船體分段的順利吊裝將成為船廠生產(chǎn)設(shè)計必須解決的重要內(nèi)容之一。近年來船體舾裝率的大幅度提高，尤其是上層建筑其預(yù)舾裝率可高達85%及以上，但上建結(jié)構(gòu)的剛度較弱，若在吊裝過程中出現(xiàn)較大的變形會不僅對上建結(jié)構(gòu)造成變形，也會對舾裝件造成破壞，必須增加吊裝加強防止上述變形。但是過于保守的加強方案又增加了上建總段的重量且資源浪費，如何預(yù)測吊裝變形并制作出合理安全的吊裝方案，保證舾裝件不受損壞是提高上建總段預(yù)舾裝率必需解決的問題。另外船體吊裝若出現(xiàn)變形，將會導(dǎo)致現(xiàn)場動刀修改，這與快速搭載及總段完整性的理念相悖，因其影響船塢周期，因此對特殊分段的吊裝過程進行模擬仿真分析就變得異常重要。

本文以9400TEU集裝箱船的上層建筑為研究對象，利用TSV-BLS軟件對其吊裝的強度進行仿真分析。

1 TSV-BLS軟件簡介

TSV-BLS（Block Lifting System）是我國最新的專業(yè)的船體吊裝仿真軟件，該軟件主要集成了日本聯(lián)合造船廠的經(jīng)驗和需求開發(fā)而成。目前，在日本及韓國國內(nèi)已有10多家船舶建造船廠商已正式采購并使用了TSV-BLS軟件系統(tǒng)，使用的目的正是為了對現(xiàn)場有著豐富的吊裝施工指揮經(jīng)驗的作業(yè)人員來進行技術(shù)經(jīng)驗的系統(tǒng)化，讓技術(shù)形成流程固化，從而縮短船塢占用周期、提高船體分段的建造效率，最終實現(xiàn)解決現(xiàn)場作業(yè)人員的新老交替問題[1]。

TSV-BLS軟件系統(tǒng)的基本模塊功能包含Tribon/AM軟件導(dǎo)入接口、三維影像模擬吊裝作業(yè)模塊，結(jié)構(gòu)變形及應(yīng)力分析模塊等。

2 9400TEU集裝箱船上建總段吊裝方案簡介

9400 TEU集裝箱整吊總段共有七層甲板，包含有E、F、G、H、I甲板，駕駛甲板及羅經(jīng)甲板。整個上建的總段長度為19.7米，寬度為38.2米，高度為20.7米。上層建筑甲板采用橫骨架式，材質(zhì)為普通碳素鋼。

總段船體重量為382噸,舾裝件重量221噸，涂裝、焊接、腳手架重量預(yù)估17噸，總重為620噸。吊裝設(shè)備為800T龍門吊車。

2.1 本船吊裝設(shè)計難點

整吊裝時受內(nèi)部預(yù)舾裝完整性好壞的影響，重量重心較難控制，使用常規(guī)吊環(huán)時每根鋼絲繩的受力不均勻或整體傾斜而使吊裝安全難以保障。

受到吊裝設(shè)備能力限制，吊裝高度大，可能達到龍門吊的上限（起吊高度80米）；因E甲板下口距離地面的高度達到40米，E甲板上的衛(wèi)生單元高約2.5米,經(jīng)計算吊鉤限位點和羅經(jīng)甲板距離只有16.5米，見圖1所示。

圖1 實際吊裝示意圖

因集裝箱層數(shù)多、重量較大、甲板板厚較薄板厚普遍只有7～8毫米，剛性差，尺寸大，進行整體吊裝時極易變形。

2.2 吊裝難點解決方案

1 #和2#鉤之間的間距較小需要安裝吊排后吊裝，同時因吊高的限制，必須合理控制吊繩的長度，扣減吊排及吊鉤的高度距離9米后，吊繩長度必須在7.5米以內(nèi)，采用TSV軟件分析模擬時設(shè)置長為7.5米鋼絲繩后總段的受力情況。

考慮到吊裝安全性，對特殊吊耳板厚增加4mm達到12mm,吊排下方結(jié)構(gòu)板厚增加6mm達到22mm，為增加吊耳的橫向受力安全性增加肘板，見圖2所示。

圖2 特殊吊耳板結(jié)構(gòu)圖

考慮到吊環(huán)的受力的均衡性及吊裝時結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，設(shè)計了特殊吊環(huán)直接安裝在羅經(jīng)甲板平面上，該特殊吊環(huán)的使用可以防止鋼絲繩的受力不均或整體總段傾斜使吊裝安全無法保證的情況發(fā)生，即該吊環(huán)可以在現(xiàn)場吊裝時自行調(diào)整受力的眼環(huán)來配置鋼絲繩，方便調(diào)節(jié)鋼絲的長度，從而保證了受力的均勻和分段的重心不偏移。而特殊吊環(huán)的甲板因本身板薄，強度不足，下口采用槽鋼豎直方向加強焊接和駕駛甲板相連接，見圖3所示。

圖3 槽鋼加強示意圖

3 上建總段的模型導(dǎo)入及吊裝工裝的設(shè)置處理

采用帶TRIBON接口的TSV-BLS軟件將TRIBON船體模型導(dǎo)入后做模型合并處理、重量重心修改設(shè)置、板厚材質(zhì)修改等設(shè)置。

根據(jù)實際的吊耳類型、吊繩長度、吊排進行相應(yīng)設(shè)置，結(jié)果如圖4所示，整體設(shè)置完畢后的效果見圖5。

圖4 吊裝模型設(shè)置

圖5 整體效果

4 三維影像模擬現(xiàn)場吊裝作業(yè)

根據(jù)設(shè)置后的工裝所做的起升和平吊模擬，可以實時監(jiān)測鋼絲繩受力動態(tài)和分段姿態(tài)。分段實時模擬姿態(tài)見圖6

圖6 吊裝仿真過程

總段整體分析后將單獨顯示的駕駛甲板的分析圖，其吊裝結(jié)構(gòu)有限元強度分析如見圖7、圖8、圖9。結(jié)構(gòu)開孔和特殊吊耳背面顏色較明顯為高應(yīng)力區(qū)域。

圖7 駕駛甲板變形圖

圖8 駕駛甲板應(yīng)力圖

總段整體分析后各分段的剛度評估見下圖表1。

表1 總段計算結(jié)果匯總評估

從匯總評估可以得出：羅經(jīng)甲板應(yīng)力為除羅經(jīng)甲板外，上建各層結(jié)構(gòu)剛度和強度均滿足要求。而羅經(jīng)甲板吊耳周圍變形較大，下圍壁加強應(yīng)力較大。

5 上建總段驗證

TSV-BLS軟件對9400TEU船的模型進行導(dǎo)入，進行處理，劃分網(wǎng)格，設(shè)置重量重心、工裝進行三維影像模擬實際吊裝過程，檢查起吊現(xiàn)場的不穩(wěn)定因素，提前發(fā)現(xiàn)危險工況。通過有限元計算分析得出：羅經(jīng)甲板處的吊環(huán)背面的加強材強度稍不足，我們據(jù)此增加了槽鋼加強，加強后的結(jié)構(gòu)重新計算后滿足要求，根據(jù)實船驗證增加加強后的吊裝方案符合要求[2]。同時也可以在TSV-BLS軟件中可根據(jù)現(xiàn)場情況添加槽鋼、工字鋼、扁鋼、肘板、圓管等常用加強件，進行不同加強方案的對比驗證、優(yōu)化增強方案，提高吊裝作業(yè)的安全性。

6 結(jié)論

在現(xiàn)代化造船的技術(shù)中，具備了大型起吊設(shè)備的前提之下，通過深化和完整托盤管理提高上層建筑總段預(yù)裝的完整性，主要只需要進行少量接頭工作及修補工作就可以進行碼頭調(diào)試、空船測重試驗，以期達到區(qū)域封閉生產(chǎn)的目的，最終實現(xiàn)殼、舾、涂一體化造船的發(fā)展戰(zhàn)略總目標(biāo)。可以大大提高勞動生產(chǎn)率和內(nèi)裝質(zhì)量，有效縮短造船周期并降低成本。再運用軟件模擬整體吊裝，可對結(jié)構(gòu)在吊裝過程中的變形和受力情況進行分析，驗證增強方案的可行性和有效性，檢測在起吊作業(yè)中出現(xiàn)的不良現(xiàn)象，如減少結(jié)構(gòu)變形、吊塊不穩(wěn)定等，提高搭載效率。在應(yīng)用TSV-BLS軟件還有力保證了吊裝的安全性，避免現(xiàn)場危險事故的發(fā)生，因此該軟件是船廠推進現(xiàn)代化造船的重要方向。

TSV-BLS軟件現(xiàn)國內(nèi)已有多家公司使用，并取得了用戶的一致好評，該軟件對從事吊裝設(shè)計人員能力的提高有很大的幫助，目前根據(jù)用戶的需求，該軟件也在不斷的進行優(yōu)化更新中。