10 000 TEU 超大型集裝箱船的建造工法設(shè)計(jì)

余勇華，陳金爐，楊 輝

(1.江蘇新?lián)P子造船有限公司，江蘇靖江214532;2.江蘇揚(yáng)子鑫福造船有限公司，江蘇泰興225453;3.江蘇省船舶設(shè)計(jì)研究有限公司，江蘇鎮(zhèn)江212003)

0 引言

在目前集裝箱船運(yùn)力已過(guò)剩的背景下，船東仍然積極訂造大型集裝箱船，其根本目的就是降低運(yùn)營(yíng)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。為了適應(yīng)市場(chǎng)需求，開(kāi)發(fā)了具有營(yíng)運(yùn)效率高和燃油效率高的綠色環(huán)保的新一代萬(wàn)箱級(jí)集裝箱船型。10 000 TEU集裝箱船是一種高附加值的超大型集裝箱船，技術(shù)難度很高，其建造有著很多的難點(diǎn)，為此，有必要結(jié)合各種現(xiàn)代造船的建造工藝和工法，研究適合該集裝箱船的建造工藝，以提高建造質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

1 10 000 TEU集裝箱船的主要量度

總長(zhǎng) 337.0 m

型寬 48.2 m

型深 27.2 m

吃水 15.2 m

10 000 TEU集裝箱船的總布置圖如圖1所示。

圖1 10 000 TEU集裝箱船總布置圖

2 設(shè)計(jì)思路

建造工藝和工法設(shè)計(jì)的實(shí)施是以提高船舶設(shè)計(jì)和建造水平、提升企業(yè)形象、打造企業(yè)品牌為目的。通過(guò)工藝和工法的研究、設(shè)計(jì)與實(shí)施，積極采用先進(jìn)技術(shù)，規(guī)范施工工藝，將企業(yè)已有的技術(shù)積累和科技研究成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，確保質(zhì)量，降低成本，提高社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，形成企業(yè)技術(shù)進(jìn)步的良性循環(huán)，對(duì)于企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)環(huán)境中保持可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的意義。

現(xiàn)代造船模式強(qiáng)調(diào)殼舾涂一體化，按照船廠的生產(chǎn)流程，推行以船體為基礎(chǔ)，舾裝為中心，涂裝為核心的一體化設(shè)計(jì)原則，擴(kuò)大先行舾裝，提高分段完整性和總裝化水平，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化生產(chǎn)。

3 以涂裝為核心的工法實(shí)施

3.1 涂裝預(yù)留信息

為了滿足壓載艙涂層保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)PSPC要求，通過(guò)對(duì)合攏區(qū)域的涂裝預(yù)留，減少在合攏環(huán)節(jié)對(duì)涂層的破壞，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的目標(biāo)。根據(jù)總段、船塢合攏方式，結(jié)合船體的結(jié)構(gòu)形式，確定涂裝預(yù)留的范圍和具體方案，并繪制工藝圖冊(cè)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

3.2 腳手架及施工通道設(shè)計(jì)

為減少涂裝后的油漆破壞量，通過(guò)對(duì)分段、總段的結(jié)構(gòu)形式和建造方式的分析，選取最合適的腳手架布置和施工通道布置方案。在滿足安全施工的同時(shí)，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)的、通用的腳手架，可提高腳手架材料的重復(fù)利用率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)建造成本的良好控制。同時(shí)，通過(guò)規(guī)定固定的人員和設(shè)備的作業(yè)通道，并相應(yīng)增加必要的工藝孔和工裝設(shè)備，在合攏過(guò)程及后期施工中，最大限度地減少人員和設(shè)備對(duì)油漆的破壞。依據(jù)建造和合攏的方式提供腳手架和施工通道的布置方案，并在TRIBON三維模型中完成各類(lèi)腳手架和施工通道的建模及裝配計(jì)劃，然后根據(jù)需求，分階段繪制工藝圖冊(cè)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

3.3 工法零部件設(shè)計(jì)

為了減少和避免涂裝后的焊接工作，通過(guò)對(duì)不同階段的工法零部件進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，規(guī)范工法零部件結(jié)構(gòu)形式及使用方式，并指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)在涂裝前完成各類(lèi)工法零部件的裝焊工作。在TRIBON三維模型中完成全船的支撐底座、各類(lèi)馬板、腳手架眼板和花籃螺絲的建模，然后根據(jù)需求，分類(lèi)型分階段繪制工法零部件圖紙指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

3.4 分段和總段預(yù)密性試驗(yàn)方案

在分段、總段階段進(jìn)行預(yù)密性試驗(yàn)(角焊縫充氣試驗(yàn)，抽真空和著色試驗(yàn))，可以將以往在船塢階段進(jìn)行的大量密性試驗(yàn)工作前移，在縮短塢期的同時(shí)，最大限度地減少對(duì)涂層的破壞。在TRIBON三維模型中完成全船的密性試驗(yàn)工裝建模，然后根據(jù)需求，分階段繪制工藝圖冊(cè)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

3.5 擴(kuò)大總組和工作前移

由于集裝箱船建造精度要求較高，外板線型較大，大合攏建造周期相當(dāng)長(zhǎng)?？s短塢內(nèi)周期的辦法就是將總組擴(kuò)大，然后在塢內(nèi)進(jìn)行大合攏，即總段建造。對(duì)于舾裝周期較長(zhǎng)區(qū)域，如上層建筑，在起吊能力的范圍內(nèi)盡量將舾裝單元所有分段總組在一起，提高出塢時(shí)的完整性，做到敷料、門(mén)窗安裝結(jié)束之后上船，大大節(jié)省了碼頭舾裝時(shí)間。

4 以優(yōu)化生產(chǎn)管理為目的的工法措施

4.1 鋼板分道切割和中小組立分道

根據(jù)設(shè)定的組立樹(shù)和組立場(chǎng)地，切割出來(lái)的零件按照特定流向分配，生產(chǎn)設(shè)計(jì)的套料和切割計(jì)劃與組立場(chǎng)地的定置化相對(duì)應(yīng)，使切割出來(lái)的零件滯留時(shí)間最短，一個(gè)個(gè)零件托盤(pán)，按零件的類(lèi)型周轉(zhuǎn)。分段建造流程設(shè)置組立工位、片狀化制造、平面分段流水線生產(chǎn)，將大型分段先轉(zhuǎn)化成部裝件和小型分段進(jìn)行拼裝，然后再組成大分段，使場(chǎng)地利用、功效最大化，實(shí)施專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)，便于大量推廣CO2高效焊和精度質(zhì)量控制。

4.2 模擬搭載技術(shù)

利用模擬搭載技術(shù)在分段吊裝前通過(guò)精度軟件模擬分析定位過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，制訂最佳定位方案，使總段精度大幅提升。預(yù)先了解要搭載的總段精度偏差及船塢內(nèi)基準(zhǔn)分段的精度偏差情況，在電腦上進(jìn)行模擬分析，制訂最有效的搭載方案，計(jì)算出對(duì)接端部的修割量，在搭載之前予以先行切割，并將有關(guān)問(wèn)題解決，從而指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)搭載作業(yè)，這可以有效地保證船體搭載的精度、質(zhì)量和生產(chǎn)進(jìn)度。

4.3 強(qiáng)化精度管理

為確保將1萬(wàn)多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)集裝箱全部正常裝進(jìn)船艙，公司制造部門(mén)建立了嚴(yán)格的精度管理體系，建立了涵蓋新船建造全過(guò)程的精度管理指標(biāo)，狠抓精度質(zhì)量控制，確保落實(shí)到位。同時(shí)對(duì)寬、高、薄的橫艙壁分段利用有限元方法分析，考慮不同的吊裝方式對(duì)吊裝過(guò)程的變形進(jìn)行模擬分析，確保分段建造吊裝過(guò)程中的精度控制。

4.4 焊接物量信息的提取

通過(guò)分階段、分類(lèi)型提取焊接物量信息，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)，加強(qiáng)對(duì)焊接質(zhì)量和焊接成本的控制;同時(shí)，相關(guān)的焊接物量信息還能對(duì)船廠的計(jì)劃部門(mén)提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持。在TRIBON三維模型中根據(jù)需求，完成全船的裝配計(jì)劃和焊接計(jì)劃，并分階段、分類(lèi)型提取焊接信息(焊接長(zhǎng)度、坡口信息、焊接規(guī)格、焊縫總重、理論焊材消耗等)。

5 結(jié)語(yǔ)

10 000 TEU集裝箱船是一種高科技、超大型船舶，工藝復(fù)雜，制造難度極大，其設(shè)計(jì)與制造技術(shù)一直為日本、韓國(guó)等少數(shù)國(guó)家的船舶企業(yè)所壟斷。該船的成功開(kāi)發(fā)制造并交付，打破了國(guó)外在超大型集裝箱船制造領(lǐng)域的壟斷地位，標(biāo)志著企業(yè)在萬(wàn)箱船領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

［1］ 韓鈺，楊旭.4 250 TEU集裝箱船的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.船舶，2009(5):17-22.