劉先容

(滬東中華造船(集團(tuán))有限公司，上海 200129)

0 引 言

20世紀(jì)90年代韓國(guó)造船企業(yè)開(kāi)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(duì)分段儲(chǔ)備、場(chǎng)地和起重能力等關(guān)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(guān)鍵資源利用率，大幅提高造船產(chǎn)量。相比而言，我國(guó)造船企業(yè)對(duì)多島建造的探索開(kāi)始較晚。上海外高橋造船有限公司在常規(guī)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(tuán))有限責(zé)任公司在9 400 TEU集裝箱船上應(yīng)用環(huán)段移位建造法，使貨艙快速成型，減少碼頭調(diào)試時(shí)間[1]。

1 特殊工況與工藝策劃

在某大型集裝箱船項(xiàng)目建造時(shí)，為拓展超大型集裝箱船船塢建造能力，需要對(duì)船塢底板實(shí)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(qū)域長(zhǎng)度約150 m，且施工時(shí)間長(zhǎng)，因此形成塢底改造與集裝箱船連續(xù)搭載同步施工的特殊工況。

在該特殊工況條件下，通過(guò)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(zhǔn)總段按船體理論搭載位置分別先行搭載，按搭載網(wǎng)絡(luò)圖連續(xù)搭載。在搭載的過(guò)程中保證雙島始終在同一坐標(biāo)系內(nèi)，最終雙島之間的區(qū)域采用總段嵌補(bǔ)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(qū)域以CZ01P總段為基準(zhǔn)搭載總段艉島，艏部區(qū)域以HZ03C總段為基準(zhǔn)搭載總段艏島；艉島區(qū)域包含艉部和貨艙3環(huán)段，艏島區(qū)域包含艏部和貨艙11環(huán)段～15環(huán)段，雙島按搭載網(wǎng)絡(luò)圖以各自基準(zhǔn)搭載總段向周圍擴(kuò)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(huán)段～6環(huán)段，再搭載貨艙9環(huán)段～10環(huán)段；以CZ04PC總段嵌補(bǔ)搭載連接底部，以HZ12PS總段嵌補(bǔ)搭載連接舷側(cè)，完成全部船體搭載作業(yè)。

按雙島不移位式建造工藝策劃，控制難點(diǎn)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(jí)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(guò)過(guò)程控制和修正調(diào)整精度管理點(diǎn)。

(2)從雙島成型到貨艙4環(huán)段～10環(huán)段搭載間隔約2個(gè)月，受搭載、裝配、焊接和天氣等因素影響，雙島對(duì)接端面會(huì)出現(xiàn)艏島艏傾、艉島艉傾的狀態(tài)，端面變形趨勢(shì)如圖1所示。為此需要控制端面的同步數(shù)據(jù)，避免出現(xiàn)剪刀口。

圖1 端面變形趨勢(shì)示例

(3)由于是在原有總段劃分形式下調(diào)整的建造方案，因此嵌補(bǔ)總段沒(méi)有楔形設(shè)計(jì)，上下平行。CZ04P總段寬度方向嵌補(bǔ)較長(zhǎng)，對(duì)吊裝姿態(tài)控制提出新要求。

2 精度管理策劃

為確保工藝實(shí)施，精度管理體系是保證雙島不移位式建造工藝落實(shí)的關(guān)鍵。精度管理自尚未搭載開(kāi)始進(jìn)行系統(tǒng)性管理[3]：從雙島的基準(zhǔn)總段地樣線開(kāi)設(shè)開(kāi)始介入，制定雙島基準(zhǔn)總段間距加放的補(bǔ)償值；通過(guò)開(kāi)設(shè)船塢地樣線和基高，控制雙島始終在同一坐標(biāo)系內(nèi)。雙島各總段的吊裝均需要進(jìn)行定位監(jiān)控，并定時(shí)監(jiān)控雙島對(duì)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(guò)作業(yè)順序的調(diào)整得以控制端面，滿足后續(xù)吊裝要求，確保對(duì)接端面一致性。最后利用模擬搭載技術(shù)確定嵌補(bǔ)總段數(shù)據(jù)，確保嵌補(bǔ)總段結(jié)構(gòu)順利連接，各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)符合工藝標(biāo)準(zhǔn)。

雙島不移位式建造工藝的關(guān)鍵在于確保雙島在建造的全過(guò)程中始終保持在同一坐標(biāo)系內(nèi)，以船塢格子線為基準(zhǔn)監(jiān)控雙島在該坐標(biāo)系中的空間位置。在繪制船塢格子線時(shí)，需要充分考慮雙島基準(zhǔn)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(shè)置船塢格子線間距值。由于CZ04PS嵌補(bǔ)總段可通過(guò)前后間隙調(diào)節(jié)尺寸，CZ04PS嵌補(bǔ)總段艏端貨艙4F的艏面(散裝導(dǎo)軌面)可通過(guò)散裝導(dǎo)軌調(diào)節(jié)部分艙容尺寸，因此在雙島基準(zhǔn)總段之間增加10 mm補(bǔ)償值。船塢格子線開(kāi)設(shè)如圖2所示。

圖2 船塢格子線開(kāi)設(shè)示例

在船塢格子線施工后需要進(jìn)行油漆標(biāo)記，并定期對(duì)標(biāo)記進(jìn)行復(fù)核修正，減少對(duì)后續(xù)定位監(jiān)控的影響。利用船塢固定標(biāo)靶與船體理論數(shù)據(jù)結(jié)合，建立船塢空間坐標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，為后續(xù)搭載定位和監(jiān)控提供基準(zhǔn)。

3 整體定位與變形趨勢(shì)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(tài)，導(dǎo)致舷側(cè)上口抗扭箱區(qū)域尺寸越來(lái)越大。集裝箱船船型的特殊性對(duì)抗扭箱區(qū)域的焊接要求高，對(duì)坡口間隙、對(duì)接錯(cuò)位和間距尺寸等精度參數(shù)要求不能出現(xiàn)超差情況[4]。由于雙島在成型后中間區(qū)域采取嵌補(bǔ)搭載的方式進(jìn)行連接，不采用移位或起浮的方式調(diào)整間距，因此雙島的端面和間距控制更為重要。

利用數(shù)字化船塢建立船塢空間坐標(biāo)系，各總段的吊裝嚴(yán)格按精度策劃方案進(jìn)行定位管理。在總段搭載時(shí)，除考慮相鄰對(duì)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(huán)段艏端面與10環(huán)段艉端面為散裝導(dǎo)軌面，若長(zhǎng)度方向尺寸損失，則應(yīng)盡可能通過(guò)2個(gè)端面進(jìn)行調(diào)整。利用數(shù)字化船塢定位如圖3所示。

圖3 利用數(shù)字化船塢定位

對(duì)于雙島端面隨裝配和焊接施工產(chǎn)生的端面傾斜問(wèn)題，需要對(duì)總段的裝配和焊接順序進(jìn)行嚴(yán)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(guò)程中應(yīng)定期定時(shí)對(duì)端面利用數(shù)字化船塢進(jìn)行三維數(shù)據(jù)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)端面出現(xiàn)變化趨勢(shì)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整施工順序，確保端面同步度。端面的監(jiān)控記錄和數(shù)據(jù)記錄如圖4所示。

圖4 端面的監(jiān)控記錄和數(shù)據(jù)記錄

4 模擬搭載和嵌補(bǔ)總段吊裝

對(duì)于嵌補(bǔ)總段未進(jìn)行楔形設(shè)計(jì)的問(wèn)題，需要通過(guò)模擬搭載精確預(yù)測(cè)搭載總段和目標(biāo)位置的精度狀態(tài)，對(duì)嵌補(bǔ)總段進(jìn)行預(yù)先修割，修正數(shù)據(jù)應(yīng)保證可順利嵌入，且合龍接頭間隙在工藝要求范圍內(nèi)。

模擬搭載是通過(guò)全站儀進(jìn)行三維精度測(cè)量[5]。將測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，與理論模型進(jìn)行匹配分析得出偏差值，通過(guò)預(yù)先得到需要搭載的總段精度偏差值和船塢(船臺(tái))內(nèi)基準(zhǔn)總段的精度偏差值，在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行模擬演示并分析得出有效的修正方案。在平臺(tái)上進(jìn)行切割修正，在確保精度的情況下實(shí)現(xiàn)吊裝過(guò)程一次到位，以此提高總段搭載定位精度。嵌補(bǔ)搭載必須通過(guò)模擬搭載的手段精準(zhǔn)匹配搭載總段與基準(zhǔn)總段的尺寸，保證達(dá)到船體結(jié)構(gòu)精度要求?；谀M搭載可提前分析得出可能發(fā)生的精度問(wèn)題，通過(guò)定位方案的調(diào)整予以解決。在嵌補(bǔ)總段的吊裝中，需要充分考慮日照對(duì)總段尺寸的影響。嵌補(bǔ)搭載一般安排在夜間進(jìn)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(bǔ)吊裝作業(yè)；在白天日照情況下，鋼板隨溫度升高恢復(fù)正常裝配間隙尺寸。模擬搭載如圖5所示。

5 結(jié) 論

(1)通過(guò)某大型集裝箱船項(xiàng)目的策劃、全過(guò)程跟蹤和實(shí)施，實(shí)現(xiàn)船塢塢底改造與集裝箱船連續(xù)搭載同步的目標(biāo)，保證集裝箱船按期出塢。

(2)通過(guò)對(duì)雙島不移位式建造工藝的嘗試，積累寶貴經(jīng)驗(yàn)和行之有效的精度管理方法，突破常規(guī)單線搭載方式，對(duì)未來(lái)塢期縮短和大型集裝箱船建造能力提升作出良好鋪墊。經(jīng)初步測(cè)算，按該工藝最大化利用現(xiàn)有船塢的生產(chǎn)能力，在不考慮其他制約因素的情況下，預(yù)計(jì)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(chǎng)地需求與限制，為船廠節(jié)約投資，避免簡(jiǎn)單粗放且風(fēng)險(xiǎn)很大的外延式擴(kuò)張發(fā)展，實(shí)現(xiàn)內(nèi)涵式的高質(zhì)量發(fā)展，具有非常顯著的社會(huì)效益。