超大型集裝箱船導(dǎo)軌架分段階段安裝技術(shù)研究

劉保華, 郭俊林, 呂紫維, 孫 旭, 徐 亮

(上海江南長興重工有限責(zé)任公司， 上海 201913)

超大型集裝箱船導(dǎo)軌架分段階段安裝技術(shù)研究

劉保華, 郭俊林, 呂紫維, 孫 旭, 徐 亮

(上海江南長興重工有限責(zé)任公司， 上海 201913)

主要圍繞超大型集裝箱船導(dǎo)軌架分段階段預(yù)裝技術(shù)，通過對新技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行比較，以及對導(dǎo)軌架分段階段預(yù)裝技術(shù)進(jìn)行研究分析，闡述了超大型集裝箱船導(dǎo)軌架分段預(yù)裝作業(yè)方法。涉及超寬型隔艙精度控制、導(dǎo)軌架雙面預(yù)裝作業(yè)方法，以及導(dǎo)軌架安裝精度控制方案。并分析了此工藝應(yīng)用帶來的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

集裝箱船 導(dǎo)軌架分段 階段預(yù)安裝

1 前言

近些年，隨著各國的交往與貿(mào)易不斷加深，世界經(jīng)濟(jì)整體向前發(fā)展以及工業(yè)水平逐步提高，集裝箱的運(yùn)量和運(yùn)輸多樣性不斷增加，集裝箱船在航運(yùn)市場需求的份額正不斷擴(kuò)大。在船型越大、裝箱數(shù)越多、運(yùn)輸成本越低的背景下，超大型集裝箱船可以有效降低單箱運(yùn)輸成本，規(guī)模經(jīng)濟(jì)性使得超大型集裝箱船越來越受到船東青睞。目前世界上最大的18 000 TEU集裝箱船之一由韓國大宇造船海洋旗下的玉浦造船廠承建，總長400.0 m、型寬57.0 m、結(jié)構(gòu)吃水14.5 m，采用雙機(jī)雙槳推進(jìn)形式，并于2013年上半年順利完成首制船的交付。

今年我國多家船舶建造企業(yè)已成功建造數(shù)型10 000 TEU及以上超大型集裝箱船，長興重工也承接了18 000 TEU集裝箱船,雖然我們在建造規(guī)模上已達(dá)到了世界水平，但是箱船建造關(guān)鍵技術(shù)、建造效率上與世界先進(jìn)船廠尚有較大差距。對于超大型集裝箱船的建造，貨艙尺寸控制至關(guān)重要，而隔艙建造及導(dǎo)軌安裝又是其中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。超大型集裝箱船隔艙分段具有尺寸大、壁板薄、易變形的特點(diǎn)，而導(dǎo)軌架作為貨艙內(nèi)集裝箱吊上、吊下重要載體與隔艙、底錐等共同組成了集裝箱船貨艙有機(jī)單元，其安裝質(zhì)量及速度直接影響后續(xù)吊箱是否成功以及整船建造效率。如何在保證質(zhì)量的前提下，快速完成導(dǎo)軌架的安裝，是我們需研究突破的箱船關(guān)鍵技術(shù)之一。

2 集裝箱船導(dǎo)軌安裝技術(shù)發(fā)展

總結(jié)國內(nèi)船廠集裝箱船導(dǎo)軌架安裝技術(shù)的發(fā)展按表1所示大致可以分為四個(gè)階段：船塢散裝、單面安裝、分段總組預(yù)裝、分段分塊預(yù)裝四個(gè)階段。隨著我國造船技術(shù)及管理水平的不斷進(jìn)步，導(dǎo)軌架安裝技術(shù)趨向于中間產(chǎn)品模塊一體化，導(dǎo)軌架安裝質(zhì)量不斷提高，安裝效率不斷提升。

表1 集裝箱船導(dǎo)軌安裝方法發(fā)展

3 導(dǎo)軌架雙面分段分塊預(yù)裝方法

18 000 TEU超大型箱船隔艙寬度接近50 mm，因受分段建造環(huán)境及場地限制影響，超寬型隔艙劃分為P/C/S三段建造通過總組形成完整隔艙。然而單個(gè)隔艙單面導(dǎo)軌架數(shù)量接近20根，艏艉面共需40根導(dǎo)軌架，導(dǎo)軌安裝周期超過兩周時(shí)間,在總組階段安裝將會(huì)帶來諸多弊端：(1) 導(dǎo)軌架安裝周期延長，長時(shí)間占用總組場地；(2) 導(dǎo)軌架安裝過程對隔艙水平要求極為苛刻，因此對總組場地布置要求較高；(3) 超寬型隔艙總組完成后整體涂裝作業(yè)難度極大。因此必需改變導(dǎo)軌架安裝方法，采用導(dǎo)軌架分段階段分塊雙面預(yù)裝工藝能有效提高作業(yè)效率、縮短建造周期。分段階段分塊雙面預(yù)裝工藝難點(diǎn)在于：(1) 隔艙建造及導(dǎo)軌安裝隔艙中如何避免導(dǎo)軌架安裝錯(cuò)位；(2) 導(dǎo)軌架安裝如何保證較高的精度公差要求，確保隔艙及導(dǎo)軌在X、Y、Z三維方向上精度得到保證。

3.1 隔艙變形控制

隔艙分段結(jié)構(gòu)形式弱、板材薄等特點(diǎn)在隔艙分段建造、門架擱置、吊裝托運(yùn)等過程中將會(huì)產(chǎn)生變形。由變形所產(chǎn)生的隔艙及導(dǎo)軌精度偏差將加大后道實(shí)施作業(yè)難度甚至返工。因此在制定導(dǎo)軌架安裝方案時(shí)應(yīng)設(shè)法減少變形、控制變形，如表2所示。

3.1.1 事前補(bǔ)償量優(yōu)化

(1) 橫向補(bǔ)償量優(yōu)化防止Y方向偏差，針對隔艙不同區(qū)域，不同類型隔艙在寬度方向上每檔加放1.0mm～3.0mm不等分散補(bǔ)償量。為確?？偨M焊縫左右導(dǎo)軌間距滿足要求在對接位置加放3.0mm或5.0mm補(bǔ)償量。

(2) 設(shè)計(jì)加放三角補(bǔ)償量，隔艙制造過程中為避免因焊接不均勻收縮而導(dǎo)致隔艙變形，在橫艙壁上口中心線處加放5mm三角補(bǔ)償量。表2為隔艙分段建造過程中變形及措施。

表2 隔艙分段建造過程中變形及控制措施

圖1 導(dǎo)軌安裝基準(zhǔn)線設(shè)置

表3 CO2半自動(dòng)單面平對接焊的焊接參數(shù)

焊接順序焊接方法焊接序號焊接電流(A)焊接電壓(V)Φ1.2實(shí)心焊絲半自動(dòng)焊Φ1.2藥心焊絲半自動(dòng)焊1180～20023～262220～24025～283～11280～30030～321200～22024～272240～26028～303～11300～32032～34

3.1.2 過程中管理

(1) 基準(zhǔn)線管理，如圖1所示，導(dǎo)軌架安裝前設(shè)置橫向150M.K位置線及縱向水平度標(biāo)桿基準(zhǔn)，導(dǎo)軌架安裝嚴(yán)格按照設(shè)置基準(zhǔn)線作業(yè)。

(2) 焊接方法及焊接參數(shù)控制。規(guī)范焊接使用焊接方法，嚴(yán)格控制焊接電流電壓使用。表3為隔艙分段建造過程中焊接控制參數(shù)。

(3) 火工矯正。隔艙分段完工后需對變形位置進(jìn)行火工矯正。

圖2 隔艙加強(qiáng)形式

(4) 設(shè)置加強(qiáng)形式。由于格柵式隔艙在完工脫胎后極易變形，因此需設(shè)置槽鋼加強(qiáng)，減小隔艙吊裝及擱置過程中的變形，如圖2所示。

3.2 導(dǎo)軌架安裝方法

為了提升18 000 TEU集裝箱船橫隔艙建造及導(dǎo)軌安裝精度控制水平，避免后續(xù)總組搭載建造及吊箱試箱過程中發(fā)現(xiàn)問題而產(chǎn)生重復(fù)工作。通過開展對隔艙左、中、右三片分段建造要求及導(dǎo)軌架分段階段分塊預(yù)裝工藝精度控制要領(lǐng)方法的技術(shù)研究，解決隔艙分段建造過程中控制難、導(dǎo)軌架安裝方法等問題。導(dǎo)軌在分段胎架狀態(tài)進(jìn)行安裝，有利于提高導(dǎo)軌安裝精度、縮短船塢及碼頭使用周期，但是對于橫隔艙建造及導(dǎo)軌預(yù)裝提出了更為嚴(yán)格的要求。圖3為大組立胎架布置及導(dǎo)軌預(yù)埋示意圖。

3.2.1 隔艙分段建造控制

隔艙建造精度是保證導(dǎo)軌安裝精度的基礎(chǔ)，如何有效保證隔艙精度將直接關(guān)系導(dǎo)軌安裝質(zhì)量及周期。在隔艙建造中，保證導(dǎo)軌順利安裝的控制關(guān)鍵有以下兩點(diǎn)。

(1) 專用胎架制作，保證隔艙壁板水平符合導(dǎo)軌架安裝要求，如圖3所示。

控制要點(diǎn)：檢查基準(zhǔn)線、定位線及投影線、分段中心線；調(diào)節(jié)每根胎柱的水平高度，保證胎架水平度滿足導(dǎo)軌安裝精度要求。

(2) 為防止導(dǎo)軌架安裝過程中出現(xiàn)導(dǎo)軌架連接板錯(cuò)位及導(dǎo)軌架角尺度、同面度偏差等問題，需按表4要求加強(qiáng)隔艙建造過程中各階段管理控制因素及重點(diǎn)。

圖3 大組立胎架布置及導(dǎo)軌預(yù)埋示意圖

表4 隔艙建造管理因素及控制要點(diǎn)

重點(diǎn)項(xiàng)目管理階段管理因素控制要點(diǎn)導(dǎo)軌架連接板錯(cuò)位管理部件拼板、劃線加強(qiáng)主梁拼板直線度及二次劃線管理,精確計(jì)算每檔構(gòu)件的延伸補(bǔ)償量并準(zhǔn)確劃線,確保每檔構(gòu)架間距。片段基準(zhǔn)線、裝配作業(yè)設(shè)置統(tǒng)一基準(zhǔn)線,控制平臺(tái)板垂直度及直線度。合攏基準(zhǔn)線、裝配作業(yè)控制平臺(tái)距艙頂板的層高、構(gòu)件垂直度、直線度以及構(gòu)件與艙壁板的斷差。導(dǎo)軌角尺度及同面度保證部件拼板控制艙頂板拼板直線度管理。片段拼板、劃線控制豎桁的距中尺寸、平臺(tái)距艙頂板的層高、構(gòu)件垂直度以及構(gòu)件與艙壁板的斷差、加強(qiáng)對角線尺寸管理。合攏基準(zhǔn)線、裝配保證分段前后壁150M.K線在同一平面內(nèi),且150M.K與隔艙艙口圍頂板角度垂直。

3.2.2 基準(zhǔn)線制作及導(dǎo)軌安裝

(1) 基準(zhǔn)線制作。隔艙跨中分段在艙壁上劃制船體中心線，左、右舷隔艙分段在艙壁上分別設(shè)置150 M.K對合線，并對定位基準(zhǔn)線作洋沖標(biāo)記。

(2) 準(zhǔn)備工具。安裝導(dǎo)軌需要工具： 30 m鋼尺、粉線、保距規(guī)、水平尺、激光儀、標(biāo)桿、洋沖、反射片、鋁制角尺。

(3) 劃制導(dǎo)軌架的安裝位置線。以船體中心線或左、右線分段150 mm M.K為劃線起始位置，向左右兩側(cè)依次劃制出導(dǎo)軌架安裝的位置線，如圖4所示。

(4) 導(dǎo)軌架的吊裝。把前壁的導(dǎo)軌架按照相應(yīng)的編號吊裝至對應(yīng)的位置上，后壁的導(dǎo)軌架在分段上胎架前已進(jìn)行預(yù)埋。

(5) 定位導(dǎo)軌架。

① 左右定位：跨中分段以中心線為基準(zhǔn)按照安裝位置線定位；左、右舷分段以150 mm M.K線為基準(zhǔn)按照安裝位置線定位，并且保證相鄰導(dǎo)軌間距滿足公差要求。

② 上下定位：導(dǎo)軌架導(dǎo)頭按照艙頂板的理論線定位，兼顧導(dǎo)軌連接板對照隔艙硬檔施工。

③ 水平高低定位：在隔艙分段艙壁上設(shè)立數(shù)據(jù)標(biāo)桿，標(biāo)桿采用75×8L=400的等邊角鋼制作。導(dǎo)軌安裝及隔艙精度檢查均以標(biāo)桿標(biāo)高為基準(zhǔn)，基準(zhǔn)面水平控制在±1mm以內(nèi)。劃出并修割導(dǎo)軌連接板余量，精度確認(rèn)合格后安裝定位導(dǎo)軌。

(6) 后壁導(dǎo)軌架的安裝。按照上述前壁導(dǎo)軌架的安裝辦法，安裝后壁的導(dǎo)軌架。控制隔艙前、后艙壁導(dǎo)軌架工作面間距在±3mm以內(nèi)。圖5為隔艙前、后壁導(dǎo)軌架安裝過程。

圖4 分段導(dǎo)軌架安裝位置線劃制示意圖

圖5 前后壁導(dǎo)軌安裝

3.3 實(shí)際安裝情況

導(dǎo)軌架分段分塊雙面預(yù)裝技術(shù)已成功實(shí)施，通過嚴(yán)格的過程管理，隔艙與導(dǎo)軌一體化建造，實(shí)現(xiàn)了分段及導(dǎo)軌架整體性脫胎及涂裝；導(dǎo)軌架安裝作業(yè)難度降低、安裝效率大幅提升；在精度方面導(dǎo)軌水平度、間距、距中尺寸、角尺度、直線度均符合精度要求；隔艙總組周期縮短為一周左右的時(shí)間，總組完工后可直接吊裝搭載定位；達(dá)到導(dǎo)軌架分段分塊預(yù)裝工藝預(yù)期效果。圖6為導(dǎo)軌架分段階段雙面預(yù)裝結(jié)束狀態(tài)。

圖6 導(dǎo)軌分段階段雙面預(yù)裝

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

利用分段雙面預(yù)裝建造方法，導(dǎo)軌安裝所需工時(shí)與傳統(tǒng)方法相比會(huì)大幅減少，以18 000TEU船單船為例，單個(gè)隔艙導(dǎo)軌安裝周期可節(jié)約一周時(shí)間。全船共56個(gè)隔艙分段，將節(jié)約大量工時(shí)。另外減少導(dǎo)軌安裝時(shí)間，能提高隔艙總組及搭載作業(yè)效率，有助于縮短船塢建造周期，從而有助于公司全年生產(chǎn)任務(wù)的達(dá)成。表5為導(dǎo)軌架安裝方法改善后實(shí)施效果情況。

表5 導(dǎo)軌架安裝改善效果對比

4.2 社會(huì)效益

針對過去導(dǎo)軌安裝階段工作量大、重復(fù)作業(yè)較多、作業(yè)效率低、周期長的情況 ，實(shí)現(xiàn)以現(xiàn)代精度技術(shù)為支撐的新工法工藝，并逐步推廣導(dǎo)軌分段階段雙面預(yù)裝在箱船隔艙建造中的技術(shù)實(shí)施范圍，促進(jìn)公司在超大型集裝箱船建造領(lǐng)域水平的快速提升。超大型集裝箱船導(dǎo)軌架分段階段分塊雙面預(yù)裝技術(shù)方法的成功實(shí)施，標(biāo)志著這種建造工藝在國際上已達(dá)到先進(jìn)水平。

5 結(jié)束語

隨著船舶建造中船塢周期緊張，船舶產(chǎn)品交船任務(wù)繁重，運(yùn)用新的建造技術(shù)可以大大縮短建造周期。分段作為船舶建造中的中間產(chǎn)品，如何提高其完整性是建造趨勢發(fā)展所在。導(dǎo)軌分段階段雙面預(yù)裝方法已經(jīng)在超大型集裝箱船隔艙建造中實(shí)施并取得成功，此工藝方法今后必將推廣至所有集裝箱船隔艙建造及導(dǎo)軌安裝制造中，并將引領(lǐng)集裝箱船導(dǎo)軌安裝的一次技術(shù)變革。

[1] 劉杰.造船精度控制及管理相關(guān)技術(shù)工藝探討[J].華東科技：學(xué)術(shù)版,2014，3：6-7.

[2] 中國船級社.材料與焊接規(guī)范[M].北京：人民交通出版社，2006.

Research on Installation in Section Technology for Guiding Track Framework in Ultra-large Container Ship

LIU Bao-hua, GUO Jun-lin, LV Zi-wei, SUN Xu, XU Liang

(Shanghai Jiangnan Changxing Heavy Industry Co., Ltd., Shanghai 201913, China)

This article mainly introduces the Pre-installation in Section Technology for guiding track framework in ultra-large container ship, compares the new technology with tradition type, and elaborates its operating method. The technology involves accuracy control of ultra-wide compartment, two-sided pre-installation of guiding track framework, and installation accuracy control of guiding track framework. Finally, this article analyzes the benefits of the application.

Container ship Guiding track framework Pre-installation in Section

劉保華(1984-)，男，工程師。

U671

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