大型半潛船艏樓上層建筑總段整體提拉施工及關鍵技術研究

張金鐘，向 君，陳達勝

（1. 招商局重工（深圳）有限公司，深圳 518067；2. 深圳海油工程水下技術有限公司，深圳 518067）

0 引 言

半潛船（Semi-submersible ships）也稱半潛式母船，是專門從事運輸海上石油鉆井平臺、艦船、潛艇、龍門吊、預制橋梁構件等超長超重，但又無法分割吊運的超大型設備的特種海運船舶。

艏樓上建結(jié)構位于半潛船主甲板以上，其內(nèi)集中了全船大部分的機械處所，安裝有大量核心機電設備。如按照常規(guī)船臺合攏工藝方案，艏樓上建結(jié)構分段及設備的安裝只有在主甲板以下船體合攏完成后才能進行，使得艏樓上建無法與主船體并行施工，無法擴大施工作業(yè)面，影響工程進度，尤其在船廠吊機起重能力、起升高度受限制的情況下，合攏效率低且總周期較長。因此經(jīng)研究，采取艏樓上建總段整體建造、整體安裝新施工方法[1]。

1 艏樓上建總段整體提拉安裝

1.1 主要參數(shù)

主尺度：長≈39.9m；寬≈42m；高≈31.9m；重量≈4500t；重心位置：縱向FR240～40mm；橫向距中0m；高度方向距總段底部14.8m。

1.2 整體提拉安裝方法

1) 分別完成主甲板以下艏部總段和艏樓上建總段的建造（見圖1）；

圖1 艏部總段和艏樓上建總段并行建造

2) 將合攏完成后的艏樓上建總段整體提升到足夠高度（～18m）（見圖2、3、4）；

圖2 艏樓上建總段提升到約18m高度

圖3 提升到約18m高度現(xiàn)場側(cè)面圖

圖4 提升到約18m高度現(xiàn)場正面圖

3) 通過滑道拉移的方式，將主甲板以下的艏部總段縱向拉移到合攏位置（見圖5）；

圖5 將主甲板以下的艏部總段縱向拉移到合攏位置

圖6 艏樓上建總段與艏部總段完成大合攏

2 整體提拉安裝關鍵技術

2.1 吊點設置

2.1.1 吊點設置的難點

吊點設置是整個提拉安裝方法的核心。因為整個艏樓上建結(jié)構的底部是個大開口，如何控制結(jié)構在提升過程中的變形，滿足與艏部總段的合攏要求，是比結(jié)構本身的強度更重要的考慮因素。

2.1.2 吊點設置的解決方案

1) 采用有限元分析法[2]，根據(jù)圖紙，用ANSYS軟件對艏樓上建總段結(jié)構進行建模；

2) 調(diào)整模型的重心，使有限元模型與實際符合；

3) 找出結(jié)構在水平方向及左右舷兩側(cè)主要的強結(jié)構；

4) 對強結(jié)構進行分析，找出可能的強結(jié)構，把強結(jié)構與外板連接處做剛固處理，載荷為結(jié)構本身總質(zhì)量的1.05倍。針對各種可能的方案，反復進行有限元計算，找出最合適的方案，最終確定吊點的位置（見圖 7、8）。

圖7 艏樓上建總段主要強結(jié)構有限元模型

圖8 最終確定的吊點位置

2.2 吊梁設計

吊梁的設計中首先考慮其安全性，同時必須滿足與安裝單位鋼絞線配合的尺寸公差要求。由于艏樓上建總段線型變化較大，吊梁必須既要順應船體線型走勢，還要滿足塔架吊裝的尺寸裝配要求。根據(jù)對艏樓上建總段質(zhì)量、重心及強度計算結(jié)果，結(jié)合吊點設置的情況，圍繞艏樓上建總段周圍設置了8個吊梁，即：1、2、3、4、1'、2'、3'、4'，左右對稱，各4個。吊梁尺寸各有差異，每個吊梁在垂直方向上跨越艏樓上建總段的第8甲板（為最上層甲板）至第6甲板，水平方向上跨越艏樓上建總段的4道肋板（見圖9、10）。

圖9 吊梁水平布置

圖10 吊梁三維結(jié)構

2.3 船體結(jié)構加強

2.3.1 船體結(jié)構加強的難點

因為此船是半潛船，而船艏樓上建總段的重量和重心又對船舶的性能產(chǎn)生重要的影響，業(yè)主對艏樓上建總段的質(zhì)量和重心有明確的要求。必須做到既能滿足整體提拉時的強度要求，又能滿足增加的質(zhì)量不超過業(yè)主的要求。

2.3.2 船體結(jié)構加強的解決方案

采用有限元分析法，對4個吊梁及其相連關的船體結(jié)構進行建模計算。在滿足強度及穩(wěn)定性要求的情況下[3,4]，最大限度地降低船體內(nèi)部增加結(jié)構的重量（見圖11、12）。

圖11 吊梁及相關船體結(jié)構有限元模型

圖12 水平甲板補強

2.4 船體縱向拉移精度控制

采用下水滑道拉移的方式，將艏總段向前移運到合攏指定位置，即艏樓上建總段正下方，前后誤差<50mm，左右誤差<50mm，通過滑道限位工裝控制精度（見圖13）。

2.5 大合攏口對接精度控制

2.5.1 合攏口的位置

艏部總段和艏樓上建總段的合攏口位于FR219～艏端的主甲板平面處；

2.5.2 合攏口對接精度的控制措施[5]

1）確保合攏口附近分段的建造精度：應用三維精度測量系統(tǒng)對分段焊前裝配精度和焊后完工精度進行檢測；

2）統(tǒng)一船臺劃線：兩個總段用一條縱中線；兩個總段合攏場地上分別都要勘劃FR219～艏端的主甲板邊輪廓線，利于分段合攏吊線檢驗；

3）確?？偠魏蠑n精度：嚴格按船臺劃線進行合攏（見圖14）。

圖13 滑道限位工裝

圖14大合攏口對接現(xiàn)場

3 結(jié) 語

簡要闡述了大型半潛船艏樓上建總段整體提拉施工方法，并對其中的關鍵技術進行了分析。經(jīng)現(xiàn)場實踐表明，此方法對縮短工期、提高施工質(zhì)量、施工完整性以及安全生產(chǎn)管理有利，提高了工作效率。

[1] 孫學榮，邵啟一，陳海龍，張金鐘，向 君. 大型半潛船艏樓上建總段整體提拉安裝方法[P]. 中國專利：CN 102381438B,2013-08-07.

[2] 李紅云，趙社戌，孫 雁. ANSYS 10.0基礎及工程應用[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[3] American Bureau of Shipping, Rules for Building and Classing Mobile Offshore Drilling Units [S], 2012.

[4] American Bureau of Shipping, Guide for Buckling and Ultimate Strength Assessment for Offshore Structures[S], 2012.

[5] 溫永生. 船體總組與合攏精度控制研究[D]. 哈爾濱工程大學，2011.