空船重量控制研究

福建省馬尾造船股份有限公司 羅益根

空船重量控制研究

福建省馬尾造船股份有限公司 羅益根

該文基于馬尾造船股份有限公司建造海工項(xiàng)目及輔助船的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)不同設(shè)計(jì)和建造階段的重量控制方法提出了優(yōu)化措施，以期為船舶設(shè)計(jì)及建造的重量控制提供參考。

空船重量 控制 優(yōu)化措施

根據(jù)IMO、ABS、CCS的規(guī)范定義，空船重量指整船連同安裝的機(jī)械、設(shè)備和舾裝件，包括固定壓載、備件以及機(jī)械管系中正常工作的各種液體重量，但不包括貯存在液艙內(nèi)的油、水、消耗品、貯存物品、船員和行李重量[1]。

空船重量是船舶的一個(gè)重要參數(shù)，是直接影響船舶最主要的一項(xiàng)性能載重量。如果船舶建成之后，空船重量與原先預(yù)估的重量相差較大，其技術(shù)性能與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)就會(huì)發(fā)生很大變化[3]，若超重較多，將使船舶下水或試航進(jìn)出航道時(shí)要求更深的水位，從而給船舶建造帶來(lái)極大風(fēng)險(xiǎn)，正是由于空船重量的重要性，船東也對(duì)空船重量控制提出了更嚴(yán)的要求。就目前馬尾造船公司承接的訂單來(lái)看，對(duì)空船重量如何進(jìn)行有效控制，在船舶設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中如何進(jìn)行有效監(jiān)控, 有些船舶建造規(guī)格書(shū)明確要求船廠制定有效措施，本文圍繞這些問(wèn)題進(jìn)行探討。

1 成立重量控制小組，提出重量控制目標(biāo)

1.1 成立空船重量控制小組

重量控制小組的主要任務(wù)是編制單船重量控制程序和重量控制目標(biāo)，完成空船重量控制報(bào)告，對(duì)后續(xù)船提出空船重量控制改進(jìn)意見(jiàn)。重量控制是一項(xiàng)涉及多部門(mén)交叉繁瑣的工作，必須根據(jù)單船實(shí)際情況制定重量控制程序文件，規(guī)范各部門(mén)工作職責(zé)。需要在合同生效之初就成立重量控制小組，實(shí)時(shí)監(jiān)控各部門(mén)對(duì)重量控制程序執(zhí)行情況，組長(zhǎng)可由單船項(xiàng)目經(jīng)理?yè)?dān)任，統(tǒng)籌本項(xiàng)目重量控制事宜并對(duì)該船空船重量控制負(fù)責(zé)。組員由技術(shù)、經(jīng)營(yíng)、物資采購(gòu)、集配、生產(chǎn)作業(yè)課等部門(mén)選派與該船相關(guān)的人員組成。

1.2 提出單船重量控制目標(biāo)

在收到設(shè)計(jì)方提供的空船重量估算書(shū)后，重量控制小組要對(duì)空船重量估算書(shū)進(jìn)行認(rèn)真分析，對(duì)不合理的部分要及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)方，讓其修正?；谛拚目沾亓抗浪銜?shū)，結(jié)合規(guī)格書(shū)的要求提出空船重量各單項(xiàng)的控制目標(biāo)，并送船東認(rèn)可。船廠內(nèi)部，由技術(shù)部門(mén)提出空船重量控制目標(biāo)，交由生產(chǎn)單船項(xiàng)目組、經(jīng)營(yíng)管理部、物資采購(gòu)部確認(rèn)。其中生產(chǎn)單船項(xiàng)目組需將控制目標(biāo)分解到生產(chǎn)各作業(yè)課、集配部及分段制造等部門(mén)確認(rèn)。確認(rèn)過(guò)程中有任何意見(jiàn)需及時(shí)反饋給技術(shù)部門(mén)。為實(shí)現(xiàn)空船重量控制目標(biāo)，技術(shù)部門(mén)、生產(chǎn)單船項(xiàng)目組、物資采購(gòu)部等部門(mén)需制定相應(yīng)的控制空船重量措施。空船重量控制目標(biāo)的確認(rèn)流程見(jiàn)圖1。

圖1 空船重量控制目標(biāo)的確認(rèn)流程

1.3 明確各部門(mén)職責(zé)

（1）技術(shù)部門(mén)職責(zé)：提出空船重量控制目標(biāo)，收集重量信息，編輯、整理、匯總并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的檢查、分析。發(fā)現(xiàn)不正常的重量變化，并找出原因，將設(shè)計(jì)變更的重量變化通知各方，并明確重量變化的責(zé)任方。準(zhǔn)確地估算尚未完成設(shè)計(jì)的重量，隨著設(shè)計(jì)的進(jìn)展及時(shí)更新重量信息，定期出重量報(bào)告，提交船東。

（2）經(jīng)營(yíng)管理部職責(zé)：負(fù)責(zé)與船東確認(rèn)超規(guī)格書(shū)部分重量以及船東額外要求所增加項(xiàng)目的重量。

（3）物資采購(gòu)部職責(zé)：在選擇設(shè)備廠家時(shí)，把設(shè)備重量作為設(shè)備性能參數(shù)之一。在簽訂采購(gòu)合同時(shí)，要求設(shè)備廠家在提供設(shè)備的重量參數(shù)，如實(shí)際重量超過(guò)一定標(biāo)準(zhǔn)給予罰款以約束廠家。設(shè)備到貨時(shí)進(jìn)行稱(chēng)重記錄重量提供給技術(shù)部門(mén)。

（4）集配部門(mén)職責(zé)：主要以設(shè)計(jì)托盤(pán)為單位提供重量反饋給技術(shù)部門(mén)。

（5）生產(chǎn)作業(yè)課職責(zé)：嚴(yán)格按生產(chǎn)設(shè)計(jì)圖紙施工；按規(guī)定進(jìn)行稱(chēng)重并做好記錄反饋給技術(shù)部門(mén)；臨時(shí)使用的支架、吊耳、馬腳、踏腳板、臨時(shí)支撐等使用完畢后盡量拆除，并將焊接處鏟平、磨光，避免不必要的重量增加；控制好現(xiàn)場(chǎng)材料的代用，如需代用，應(yīng)反饋給技術(shù)部門(mén)確認(rèn)；控制甲板的變形量和上建敷料的敷設(shè)厚度。

2 空船重量控制在各階段的實(shí)施方法

2.1 設(shè)備采購(gòu)階段，應(yīng)在以下過(guò)程中實(shí)施設(shè)備重量控制措施

在訂貨過(guò)程中，技術(shù)部門(mén)需將各設(shè)備的重量控制目標(biāo)寫(xiě)進(jìn)訂貨協(xié)議及訂貨清單中。在實(shí)際訂貨中若發(fā)現(xiàn)過(guò)半數(shù)的待選廠家都無(wú)法達(dá)到該目標(biāo)，則需對(duì)設(shè)備重量控制目標(biāo)進(jìn)行修改，技術(shù)部門(mén)需將中標(biāo)廠家在投標(biāo)過(guò)程中預(yù)估的設(shè)備重量進(jìn)行記錄。

收到設(shè)備認(rèn)可圖，技術(shù)部門(mén)要實(shí)時(shí)收集認(rèn)可圖中設(shè)備的重量，并與控制目標(biāo)重量進(jìn)行比對(duì)、記錄。如發(fā)現(xiàn)認(rèn)可圖中設(shè)備重量超出控制目標(biāo)重量，要及時(shí)聯(lián)系廠家及物資采購(gòu)部，并采取合理措施。

設(shè)備來(lái)貨后，物資采購(gòu)部對(duì)設(shè)備進(jìn)行稱(chēng)重記錄并反饋給技術(shù)部門(mén)。技術(shù)部門(mén)將記錄與控制目標(biāo)重量進(jìn)行比對(duì)，如超出目標(biāo)重量，要及時(shí)聯(lián)系廠家及物資采購(gòu)部以采取合理措施。

設(shè)備重量統(tǒng)計(jì)表參見(jiàn)表1。

2.2 生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段重量控制措施

材料模型的正確建立，首先，確?；A(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中管路、閥件、附件、型材、板材、托架等模型中理論重量準(zhǔn)確，正常情況下，理論的重量和實(shí)際的重量有一定誤差，可以和相關(guān)部門(mén)核實(shí)得出一個(gè)修正系數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的基礎(chǔ)模型重量進(jìn)行修正，這樣可以確保生產(chǎn)設(shè)計(jì)重量的準(zhǔn)確性；其次，根據(jù)設(shè)備的認(rèn)可資料進(jìn)行建模，并比對(duì)和注明設(shè)備模型重量；第三，絕緣材料、敷料等內(nèi)裝材料要根據(jù)體積、密度進(jìn)行建模并標(biāo)注重量。

在生產(chǎn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，技術(shù)部門(mén)要對(duì)分段、總段及區(qū)域等的結(jié)構(gòu)、油漆、焊材、鐵舾件、管路及附件、電纜等重量重心信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總，并將匯總信息與重量控制目標(biāo)進(jìn)行比較，若超出目標(biāo)，需及時(shí)采取合理措施補(bǔ)救。結(jié)構(gòu)部分的重量統(tǒng)計(jì)可參考表2，需要考慮焊材的重量以及板材的來(lái)貨正公差的因素，一般焊材重量為鋼材重量的1.75%，根據(jù)船廠的實(shí)際建造能力，也有焊材重量取2%～3%[2]，根據(jù)船廠各船板材厚度的測(cè)量分析，板材取2%的裕量。分段預(yù)裝的鐵舾件、管路風(fēng)管、托架等重量統(tǒng)計(jì)，以及總組階段的設(shè)備、合攏管等安裝件重量統(tǒng)計(jì)可參考表3。船臺(tái)階段的安裝件重量統(tǒng)計(jì)可參考表1，注意估算動(dòng)力系統(tǒng)管路中液體的重量。

表1 設(shè)備重量統(tǒng)計(jì)及船臺(tái)階段的空船重量統(tǒng)計(jì)表

表2 結(jié)構(gòu)部分的空船重量統(tǒng)計(jì)表

表3 分段預(yù)裝階段以及總組階段的空船重量統(tǒng)計(jì)表

各階段的重量統(tǒng)計(jì)后要進(jìn)行匯總，并繪出空船重量和載重噸的變化曲線，一般一個(gè)月進(jìn)行一次匯總，并提供報(bào)告給船東，可參考圖2、圖3。

圖2 空船重量的變化曲線

圖3 載重噸的變化曲線

2.3 加、減賬項(xiàng)目重量處理

設(shè)計(jì)建造過(guò)程中難免出現(xiàn)船東的加、減賬項(xiàng)目，基于重量的變化影響合同。當(dāng)船東提出加、減賬項(xiàng)目時(shí)，經(jīng)營(yíng)管理部門(mén)要快速反饋給重量控制小組。重量控制小組要在約定的時(shí)間（通常為3個(gè)工作日）提供估算的重量變化情況并反饋給經(jīng)營(yíng)管理部門(mén)，由經(jīng)營(yíng)管理部門(mén)結(jié)合其它信息提供給船東認(rèn)可。若加減、賬項(xiàng)目已經(jīng)確定，重量控制小組各相關(guān)部門(mén)組員要將該項(xiàng)目引起的重量重心變化情況反饋給技術(shù)部門(mén)匯總，并在統(tǒng)計(jì)表里和重量月報(bào)中體現(xiàn)出來(lái)。

2.4 生產(chǎn)建造階段重量控制措施

建造階段若不嚴(yán)格控制重量，往往會(huì)引起重量的大量增加，這是船舶建造中常見(jiàn)的問(wèn)題。建造工藝的重量控制，可從以下方面實(shí)施：

（1）對(duì)船東船檢提出的現(xiàn)場(chǎng)意見(jiàn)，如有引起重量增加的修改，應(yīng)嚴(yán)格控制，并做好記錄，在月報(bào)中詳細(xì)體現(xiàn)并反饋。

（2）嚴(yán)格控制材料代用，一般情況下，不建議材料代用，特殊原因須代用時(shí)，應(yīng)選用強(qiáng)度相同、重量較輕的材料，并做好相關(guān)記錄。

（3）不要隨意增加肘板、管支架、馬腳、墊板、補(bǔ)板等，若需要增加，須報(bào)技術(shù)部門(mén)批準(zhǔn)。

（4）建造中臨時(shí)使用吊耳、支架、馬腳、踏板、臨時(shí)支撐等在使用后必須拆除，并將焊接處鏟平。

（5）控制甲板的變形量，控制上建甲板敷料的厚度。

2.5 重量控制報(bào)告

每月把重量控制報(bào)告提交給船東，詳細(xì)體現(xiàn)重量變化的因素，分清責(zé)任，對(duì)于船東提出的疑問(wèn)要積極處理回復(fù)，重量控制報(bào)告還要在公司內(nèi)及時(shí)公布。在傾斜試驗(yàn)完成后，技術(shù)部門(mén)要對(duì)重量控制進(jìn)行總結(jié)并與傾斜試驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行比對(duì)，找出差距分析原因并形成最終空船重量，起草修正報(bào)告提交組長(zhǎng)審核后，向經(jīng)營(yíng)部門(mén)和船東發(fā)布。完成重量控制修正報(bào)告后，重量控制小組各成員要對(duì)全船重量進(jìn)行分析，充分挖掘可改進(jìn)空船重量重心狀況的地方，并召開(kāi)一次小組成員全體會(huì)議，生成重量控制改進(jìn)報(bào)告，以供后續(xù)船參考。

3 關(guān)于空船重量控制設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施

在滿足規(guī)范規(guī)則安全要求和船舶功能要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)的裕量應(yīng)合理，減少不必要的重量增加，對(duì)分艙、結(jié)構(gòu)、鐵舾、管通、電氣設(shè)計(jì)要充分考慮優(yōu)化，消除多余的重量。

（1）在滿足總體性能的前提下，合理減少液艙的數(shù)量，適當(dāng)減少設(shè)備艙室、處所的劃分。

（2）總布置合理，簡(jiǎn)化管系、電纜、通風(fēng)管路的布置。

（3）主要受力構(gòu)件使用高強(qiáng)度鋼代替普通強(qiáng)度鋼，減少板厚和型材尺寸。

（4）部分非強(qiáng)力艙壁可采用壓筋板代替板材型材組合結(jié)構(gòu)，在減重的同時(shí)可減少焊接量。

（5）所有設(shè)備的基座均應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，滿足強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)要求，避免保守的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

（6）大型肘板宜采用彎月型的曲線肘板，既可減重又可以改善受力狀況。

（7）在可行的處所采用支柱設(shè)計(jì)，減少梁的跨距，減輕梁的重量。

（8）生活區(qū)域盡可能少使用鋼圍壁，并考慮在輕型圍壁處加支柱的可能性。

（9）艏艉推艙、泵艙、機(jī)艙等設(shè)備艙室的中間平臺(tái)盡可能采用鋼格柵鋪設(shè)。

（10）船體主甲板的外延平臺(tái)應(yīng)少設(shè)，并多采用懸梁結(jié)構(gòu)，格柵結(jié)構(gòu)代替鋼制平臺(tái)。

（11）在允許的構(gòu)件上，多開(kāi)減輕孔，次要艙壁和次要結(jié)構(gòu)上的不必要加強(qiáng)應(yīng)取消。

（12）要考慮管路、電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡量縮短管路、電路的布置長(zhǎng)度，以減輕重量。

（13）要嚴(yán)格按照焊接工藝流程進(jìn)行焊接，特別注意焊腳尺寸的控制，以免焊接重量超出控制目標(biāo)。

（14）要嚴(yán)格控制甲板變形，對(duì)甲板變形進(jìn)行測(cè)量與矯正，以免引起甲板敷料重量的增加。

（15）要嚴(yán)格按照漆膜厚度控制工藝進(jìn)行涂裝，嚴(yán)格控制油漆膜厚。

（16）船廠常用管子標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格應(yīng)適當(dāng)增加，設(shè)計(jì)時(shí)盡量按規(guī)范要求選型，盡量避免厚管代薄管。

（17）對(duì)機(jī)艙或是部分機(jī)械處所的絕緣材料考慮取消白鐵皮包覆。

（18）在成本允許范圍內(nèi)，采用輕質(zhì)材料。如管路采用玻璃鋼管或是PPR管。玻璃鋼的密度只有1900kg/m3,而鋼的密度為7800kg/m3,但兩者的拉伸強(qiáng)度接近，耐腐蝕性能好，對(duì)于大氣，海水和一般濃度的酸堿鹽及多種油類(lèi)和溶劑都有較好的抵抗能力。走道、梯子、欄桿多采用玻璃鋼或鋁合金等輕質(zhì)材料，直升機(jī)平臺(tái)可使用鋁合金代替鋼結(jié)構(gòu)。波紋壁板考慮采用輕質(zhì)材料，住艙之間的輕型艙壁可選用鋁箔蜂窩芯的舾裝板代替巖棉芯的復(fù)合巖棉板。天花板、圍壁板采用蜂窩芯板，但要注意隔音效果的改善措施。生活艙室潮濕區(qū)域的傳統(tǒng)水泥敷料（密度為2500kg/m3）可改為新型輕質(zhì)敷料（環(huán)氧甲板敷料密度為1050kg/m3）。采用鋁合金的擱架或是外購(gòu)其他輕型材料代替鋼制焊接擱架。居住艙室采用網(wǎng)狀電纜托架，滿足規(guī)范前提下，其他區(qū)域的電纜托架采用鋁合金或玻璃鋼等輕型復(fù)合材料。

4 超重的應(yīng)對(duì)措施

對(duì)于船舶建造后期發(fā)現(xiàn)重量增加超出前期的設(shè)計(jì)預(yù)估值，并影響到可變載荷，需及時(shí)采取如下措施：

（1）逐項(xiàng)復(fù)核數(shù)據(jù)，分析超重原因，準(zhǔn)確掌握當(dāng)前的重量狀態(tài)，確保應(yīng)對(duì)措施合理。

（2）全面評(píng)估影響，專(zhuān)題研究改善措施，加大重量控制力度，集思廣益，推進(jìn)減重措施，協(xié)調(diào)船級(jí)社、設(shè)計(jì)公司、船東等多方認(rèn)可，全面分析現(xiàn)場(chǎng)可行性，綜合平衡利弊得失，確認(rèn)采納實(shí)施，從而進(jìn)一步達(dá)到減重的效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

空船重量控制是船舶建造成功的重要環(huán)節(jié)，其重要性毋庸置疑，它影響船舶載重量、建造成本、運(yùn)營(yíng)效率和船舶的安全等多項(xiàng)指標(biāo)。因此在船舶建造之初就要做好重量控制，使船舶重量從設(shè)計(jì)、訂貨、建造階段能得到有效控制，在各個(gè)階段發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題都予以解決，避免在船舶完工時(shí)才發(fā)現(xiàn)船舶超重，再找船東討論，使船廠處于不利地位。

[1] 中國(guó)船舶工業(yè)集團(tuán)公司. 船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)：總體分冊(cè)[M]. 3版. 北京:國(guó)防工業(yè)出版社, 2013.

[2] 楊勤. 自升式鉆井平臺(tái)重量控制研究[J]. 船舶工程, 2012, 24(增刊2): 3.

[3] 林杰人. 船舶設(shè)計(jì)原理[M]. 北京: 國(guó)防科技出版社, 1998.

[4] ABS Rules for Building And Classing Steel Vessel[Z]. 2014.