45000t集裝箱滾裝船導(dǎo)軌架、擋雨蓋的安裝設(shè)計(jì)

趙志華，王忠強(qiáng)，楊瑞玲

（滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司 設(shè)計(jì)二所，上海 200129）

45000t集裝箱滾裝船導(dǎo)軌架、擋雨蓋的安裝設(shè)計(jì)

趙志華，王忠強(qiáng)，楊瑞玲

（滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司 設(shè)計(jì)二所，上海 200129）

45000t集裝箱滾裝船（Con-Ro）創(chuàng)新性地采用連續(xù)超高導(dǎo)軌架，配合擋雨蓋，對(duì)貨艙內(nèi)及貨艙以上的集裝箱進(jìn)行約束、導(dǎo)向和承載，從而實(shí)現(xiàn)無艙蓋、無綁扎，提高碼頭集裝箱駁運(yùn)效率、減少碼頭工人的工作強(qiáng)度。對(duì)該船的擋雨蓋及導(dǎo)軌架進(jìn)行研究及技術(shù)總結(jié)，分析其與傳統(tǒng)集裝箱船的差異和技術(shù)難點(diǎn)及設(shè)計(jì)改進(jìn)，以期對(duì)生產(chǎn)施工有所幫助，提高建造質(zhì)量，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)效果。

集裝箱滾裝船；導(dǎo)軌架；擋雨蓋；連續(xù)超高型導(dǎo)軌架；綁扎；精度

0 引 言

45000t集裝箱滾裝船（以下簡稱“集滾船”）為全球首批G4型系列高科技船，是目前世界上最大、最先進(jìn)的集滾船。該船創(chuàng)新性地在集裝箱貨艙區(qū)域采用連續(xù)、超高導(dǎo)軌架，由貨艙內(nèi)延伸至貨艙外，安裝于導(dǎo)軌橋結(jié)構(gòu)上，對(duì)貨艙內(nèi)和貨艙以上的集裝箱進(jìn)行約束、導(dǎo)向，從而無需任何綁扎。同時(shí)，在主甲板處設(shè)置有輕質(zhì)擋雨蓋，承載主甲板以上的集裝箱，并避免大面積雨水落入到貨艙中。該船設(shè)計(jì)理念新穎，實(shí)現(xiàn)了無艙蓋、無綁扎，相對(duì)于傳統(tǒng)的集裝箱船，大大提高了碼頭集裝箱駁運(yùn)效率、降低了碼頭工人的工作強(qiáng)度，尤其降低了碼頭工人的工作危險(xiǎn)度。

1 連續(xù)、超高導(dǎo)軌架

導(dǎo)軌架用于集裝箱裝載和運(yùn)營時(shí)對(duì)貨艙內(nèi)的集裝箱進(jìn)行導(dǎo)向和限制移動(dòng)。45000t集滾船的導(dǎo)軌架創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)為連續(xù)超高型，主甲板以上采用導(dǎo)軌橋式結(jié)構(gòu)而非傳統(tǒng)的綁扎橋形式，與貨艙的橫隔艙同寬，保持導(dǎo)軌架上下連續(xù)。

導(dǎo)軌架末端距離貨艙底部2100mm，上段導(dǎo)頭延伸至四甲板以上導(dǎo)軌橋結(jié)構(gòu)，導(dǎo)軌架最長近39m；導(dǎo)軌架連續(xù)延伸出貨艙，中間在四甲板處斷開，上下導(dǎo)軌架間隔 20mm（見圖1）。

駁運(yùn)集裝箱時(shí)，需從導(dǎo)軌橋上的導(dǎo)軌架頂端吊放集裝箱，然后順沿導(dǎo)軌架吊落集裝箱至貨艙或從貨艙吊出集裝箱，上下行程跨越整根導(dǎo)軌架。不同于傳統(tǒng)的集裝箱船，該型船的導(dǎo)軌架僅存在于貨艙內(nèi)部，橫隔艙上方的綁扎橋尺度略小于橫隔艙，因此集裝箱可在主甲板上橫向駁運(yùn)移動(dòng)，不需嚴(yán)格從綁扎橋的頂端落放集裝箱（見圖2）。但是，傳統(tǒng)的集裝箱船需對(duì)主甲板以上的集裝箱采取必要的綁扎措施（例如系固在綁扎橋等結(jié)構(gòu)上，見圖3），以防止脫落或碰撞等，因此會(huì)有較多的綁扎附件（諸如拉桿、綁扎環(huán)等），碼頭工人需耗費(fèi)大量的勞動(dòng)來綁扎集裝箱，還會(huì)因高空作業(yè)造成不安全后果。因采用連續(xù)超高的導(dǎo)軌架設(shè)計(jì)，該型船未設(shè)置任何綁扎附件，可通過連續(xù)超高的導(dǎo)軌架對(duì)集裝箱進(jìn)行必要的約束，實(shí)現(xiàn)無綁扎設(shè)計(jì)。

該型船的導(dǎo)軌架的設(shè)計(jì)理念是集裝箱不依賴任何輔助綁扎措施。同時(shí)，由于導(dǎo)軌架總體長度較長，連續(xù)延伸出貨艙，而橫隔艙區(qū)域分段不可能作為一個(gè)分段制造，尤其是該船導(dǎo)軌橋結(jié)構(gòu)是橫隔艙的延伸結(jié)構(gòu)，這對(duì)貨艙內(nèi)的橫艙壁及上側(cè)分段搭載總組的精度都提出了較高的要求，不僅單根導(dǎo)軌架制作及安裝要保證直線度，而且上下導(dǎo)軌架連接處也必須在允許的公差范圍內(nèi)（單根導(dǎo)軌架直線度±2mm，雙拼導(dǎo)軌架直線度±2mm，導(dǎo)頭扭曲度±1mm，相鄰 2根導(dǎo)軌架水平度±2mm）。因此，必須要求整根導(dǎo)軌架同胎架制作、同批次導(dǎo)軌架同場(chǎng)地制作，且要求整根連續(xù)安裝，根據(jù)導(dǎo)軌橋結(jié)構(gòu)搭載情況適時(shí)調(diào)整導(dǎo)軌架背面連接肘板的尺寸，以保證導(dǎo)軌架精度在公差允許范圍內(nèi)，從而達(dá)到預(yù)期技術(shù)指標(biāo)要求[1-2]。圖4為導(dǎo)軌架精度控制示意。

連續(xù)超高導(dǎo)軌架的背面加強(qiáng)較多。該型船的導(dǎo)軌架肘板是參考麥基嘉（MCG）的要求設(shè)計(jì)，但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工反饋并結(jié)合傳統(tǒng)集裝箱船導(dǎo)軌架設(shè)計(jì)方案，對(duì)肘板加強(qiáng)進(jìn)行了完善。同時(shí)，考慮目前空艙質(zhì)量，對(duì)導(dǎo)軌架肘板進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊莆徽{(diào)整，并盡量與橫隔艙和導(dǎo)軌橋結(jié)構(gòu)現(xiàn)有的加強(qiáng)筋板對(duì)接，減少額外加強(qiáng)。此外，還取消及優(yōu)化部分肘板和肘板背面對(duì)應(yīng)的加強(qiáng)，并對(duì)貨艙內(nèi)角隅處肘板也適當(dāng)移位，避讓應(yīng)力集中區(qū)域的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)（見圖5）。

2 創(chuàng)新型擋雨蓋

45000t集滾船貨艙區(qū)域是大開口、無艙蓋形式。為防止大量雨水入艙，首次設(shè)計(jì)吊離式、非閉合開敞式、輕質(zhì)、非水密擋雨蓋，其尺寸參考 40英尺（1英尺=0.3048m）集裝箱，同樣依托于導(dǎo)軌架導(dǎo)向進(jìn)行吊放（見圖6）。各個(gè)擋雨蓋之間相互獨(dú)立，并可互換以實(shí)現(xiàn)無序吊裝。全船共計(jì)99塊擋雨蓋，放置于主甲板以下的貨艙圍壁上，由安裝在橫艙壁上的角鋼支撐。每個(gè)擋雨蓋由4塊微壓縮量橡膠墊塊與結(jié)構(gòu)支撐連接。不同于傳統(tǒng)的集裝箱船艙蓋承重在主甲板以上的艙口圍結(jié)構(gòu)。該擋雨蓋覆蓋整個(gè)貨艙開口，且為集裝箱跨箱位、混合堆裝，因此必須依順序放置。

該型船的擋雨蓋采用開式結(jié)構(gòu)，一方面出于自重考慮，使其輕質(zhì)、簡便；另一方面方便擋雨蓋自身強(qiáng)度設(shè)計(jì)，并保證施工便利和安裝精度控制。擋雨蓋強(qiáng)度設(shè)計(jì)是基于堆疊7層40英尺集裝箱，承重210t（每個(gè)40英尺集裝箱計(jì)30t）。該擋雨蓋設(shè)計(jì)除了起到防止雨水大面積落入貨艙的作用之外，還出于堆重考慮，避免貨艙底部過度承重對(duì)結(jié)構(gòu)造成破損，以承受堆裝在四甲板以上的至多7層40英尺集裝箱[3-4]。

擋雨蓋本身存在一定的拱度，相鄰擋雨蓋之間采用彈性橡膠搭接（見圖7），橫艙壁上的角鋼支撐結(jié)構(gòu)同時(shí)兼做流水槽（見圖8），與縱艙壁上的角鋼流水槽構(gòu)成一體，把落在擋雨蓋上的雨水導(dǎo)流至落水管并集中排放舷外，從而起到一定的防雨水作用。

擋雨蓋以上堆放的集裝箱只能為40英尺集裝箱，在擋雨蓋本體結(jié)構(gòu)上設(shè)置有8個(gè)埋入式箱腳，均為嵌入式安裝，擋雨蓋一旦制作完成，箱腳不能進(jìn)行調(diào)整或修改，擋雨蓋的堆放及吊運(yùn)都是借助該箱腳完成。因此，不但要控制擋雨蓋結(jié)構(gòu)本身的制作誤差，還必須考慮集裝箱箱腳的安裝精度[5]，通過胎架固定，同時(shí)制作過程需進(jìn)行適時(shí)監(jiān)控，并在完成后進(jìn)行完工測(cè)量和矯正（見圖9）。而傳統(tǒng)集裝箱船艙蓋上用于堆放和吊放的箱腳為突出形式，可實(shí)現(xiàn)混合堆裝，還可根據(jù)吊箱試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整或修改，因此對(duì)安裝精度控制要求較低。集裝箱箱腳的精度要求見圖10。

擋雨蓋支撐本體結(jié)構(gòu)平面與擋雨蓋彈性墊塊之間有嚴(yán)格的水平度及角度公差要求，以防止擋雨蓋上方堆放集裝箱時(shí)引起高層集裝箱向左側(cè)或右側(cè)傾斜。因?yàn)樵摯菬o綁扎形式，一旦傾斜角度過大，就會(huì)使導(dǎo)軌架及集裝箱本身損壞或脫落。在貨艙寬度為33m的情況下，要達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期的水平度，生產(chǎn)施工極難保證，因此，考慮在擋雨蓋支撐安裝后進(jìn)行調(diào)平。由于擋雨蓋為互換、無序且獨(dú)立分體形式設(shè)計(jì)，相鄰擋雨蓋之間除了橡膠搭接接觸之外無任何緊密度要求，因此可通過在擋雨蓋支撐上放置調(diào)節(jié)墊塊來調(diào)整單塊擋雨蓋的水平度，同時(shí)控制相鄰擋雨蓋之間的高度差。圖11為擋雨蓋水平度要求。

此外，橫跨整個(gè)貨艙的擋雨蓋支撐結(jié)構(gòu)位于四甲板以下，安裝位置較高，整體安裝比較困難。根據(jù)分段劃分和實(shí)際生產(chǎn)制作因素，每個(gè)橫隔艙上的角鋼支撐被人為地分割成幾個(gè)部件，部件的斷開位置盡最大可能避免在同一塊擋雨蓋的跨度范圍內(nèi)，以利于保證同一塊擋雨蓋的水平度。同時(shí)，為保證總組后各個(gè)部件之間的精度，每個(gè)部件都有一定的工作余量，并在端頭保留50mm不焊，便于2個(gè)部件平順銜接（見圖12）。特別需要注意的是，四甲板理論線位置在船中部和兩舷側(cè)是不能以同一板厚信息作為參考的，而擋雨蓋角鋼支撐的定位是以甲板理論線為參照向下313mm安裝的，因此在分段預(yù)裝及總組時(shí)就必須考慮到四甲板的板厚變化。

3 連續(xù)、超高導(dǎo)軌架與擋雨蓋配合設(shè)計(jì)

該型船的連續(xù)超高導(dǎo)軌架與擋雨蓋及擋雨蓋的支撐結(jié)構(gòu)是整體設(shè)計(jì)、相互緊密配合，不同于傳統(tǒng)集裝箱船的相互獨(dú)立形式（見圖13）。導(dǎo)軌架背面理論距離艙壁170mm，擋雨蓋支撐結(jié)構(gòu)最大寬度為150mm，支撐結(jié)構(gòu)安裝于導(dǎo)軌架背面以內(nèi)，防止集裝箱吊駁時(shí)產(chǎn)生碰撞，理論上兩者之間的距離為20mm。然而，該設(shè)計(jì)用于生產(chǎn)實(shí)際施工時(shí)20mm間隙極難得到保證，同時(shí)受搭載精度和分段制作精度等因素影響，貨艙的理論寬度也有偏差，因此20mm間隙要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工極其不利，同時(shí)對(duì)貨艙的艙容也提出更高的精度要求。

為便于控制施工精度及避免碰撞，允許在貨艙凈尺度負(fù)公差情況下對(duì)支撐結(jié)構(gòu)做適當(dāng)修割，以減少其寬度。同時(shí)，對(duì)支撐結(jié)構(gòu)與導(dǎo)軌架配合處采取挖槽型結(jié)構(gòu)以增大配合間隙，見圖14。

4 結(jié) 語

45000t集滾船無艙蓋、無綁扎，以及連續(xù)、超長、超高導(dǎo)軌架設(shè)計(jì)有別于傳統(tǒng)集裝箱船。該特色正是該型船設(shè)計(jì)及安裝、制造的難點(diǎn)和挑戰(zhàn)，是設(shè)計(jì)思維、安裝制作工藝及船舶搭載控制的優(yōu)化和提升。通過對(duì)無艙蓋、無綁扎、連續(xù)、超長、超高集裝箱系統(tǒng)的安裝設(shè)計(jì)，并將其與傳統(tǒng)集裝箱船進(jìn)行技術(shù)對(duì)比和總結(jié)，可為同型船舶提供借鑒參考。

[1] 工業(yè)和信息化部. 集裝箱船導(dǎo)軌架安裝工藝：CB/T 4126—2011[S]. 2011.

[2] 滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司. 集裝箱船導(dǎo)軌架分離預(yù)裝工藝：H&Z260016-2003[S]. 2003.

[3] 國防科學(xué)技術(shù)委員會(huì). 中國造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：CB/T 4000—2005[S]. 2005.

[4] 中國船舶工業(yè)集團(tuán)公司，中國船舶重工集團(tuán)公司，中國造船學(xué)會(huì). 船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M]. 3版. 北京：國防工業(yè)出版社，2013.

[5] 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局. 集裝箱外部尺寸和額定重量：GB 1413—1985[S]. 1985.

Installation Design of Guide Rail Bracket and Rain Cover for 45000t Con-Ro Vessel

ZHAO Zhi-hua，WANG Zhong-qiang，YANG Rui-ling
（Hudong-zhonghua Shipbuilding (Group) Co., Ltd., Shanghai 200129, China）

The 45000t Con-Ro vessel innovatively used the continuous super-high guide rail bracket with rain cover to confine, guide and bear the containers both inside and above the compartment without any hatch or lashing, and in this way to realize high container loading efficiency and reduce labor workload in the port. This paper studied and summarized the technologies concerning the rain cover and guide rail bracket of the ship, analyzed its differences from traditional containerships as well as its technical difficulties and design improvement. The study was expected to be helpful to the improvement of the construction quality and the realization of the anticipated design effect.

Con-Ro vessel; guide rail bracket; rain cover; continuous; super-high; lashing; accuracy

U674.13+8

A

2095-4069 (2017) 01-0048-06

10.14056/j.cnki.naoe.2017.01.009

2016-03-10

工信部高技術(shù)船舶科研項(xiàng)目（工信部聯(lián)裝[2012]534號(hào)）

趙志華，男，工程師，1985年生。2008年畢業(yè)于江蘇科技大學(xué)輪機(jī)工程專業(yè)，現(xiàn)從事外舾裝設(shè)計(jì)工作。