某深V船型高速船主船體分段組立工藝設(shè)計與應(yīng)用

王賀 覃杰梅 黃耀華 金威鋒

摘? ? 要：本工藝設(shè)計研究以我司在建的某高速船為載體，遵循成組技術(shù)原理，以中間產(chǎn)品為導(dǎo)向，深入研究典型民用深V船型分段組立策劃工藝，通過設(shè)計合適的分段組立流程工藝，合理分解分段建造工作量，并解決諸如有折角的外殼結(jié)構(gòu)精確高效建造、首部尖瘦結(jié)構(gòu)便捷施工等難點(diǎn)?？偨Y(jié)典型深V船型主船體分段組立工藝設(shè)計要點(diǎn)，形成載體船專項組立工藝設(shè)計，降低建造難度，提高分段總的建造效率。

關(guān)鍵詞：深V船型;分段組立;工藝設(shè)計;建造效率

中圖分類號：U671.4? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： This process design takes a high speed ship under construction as the carrier， follows the group technical principle， and takes the intermediate products as the guide， deeply studies the typical civil deep-V ship block assembly planning process. By designing a suitable block assembly process， the workload of block assembly can be reasonably decomposed， the accurate and efficient construction of the shell structure with angled corners， and convenient construction of the lean bow structure can be completed easily. This paper summarizes the key points of the typical deep-V ship main hull block assembly process， forms the special block assembly process design of the carrier ship， reduces the difficulty of construction and improves the total construction efficiency of blocks.

Key words： Deep-V ship; Block assembly; Process design; Construction efficiency

1? ? 前言

由于深V船型具有良好的總體性能、優(yōu)良的耐波性、且在風(fēng)浪中失速較小，故近年來越來越多的高速、高性能排水型船舶選擇采用深V船型，目前我司在建的X型船與某高速船均采用這一船型。

深V船型外殼多采用折角線型，首部較尖瘦，相關(guān)結(jié)構(gòu)需要通過設(shè)計合適的組立工藝來降低建造難度，而首部以外的舷側(cè)及底部外板線型通常較平緩，可以充分利用車間平面及片體生產(chǎn)線能力。

以往X型船主船體分段多采用正造法建造，相關(guān)結(jié)構(gòu)均以散裝或小組立形式上胎。采用此建造方法時，外板線型成型質(zhì)量好，胎架、工裝成本較高、施工難度較大、分段在胎架上建造周期較長，且不利于解決首部尖瘦部位結(jié)構(gòu)的裝焊問題。載體船若沿用X型船主船體分段建造方式，由于其經(jīng)濟(jì)性等表現(xiàn)一般，并不利于主船體分段建造成本控制，故需要研究適合于民用深V船型的組立工藝。

2? ?載體船分段組立工藝研究設(shè)計過程

載體船主船體線型及結(jié)構(gòu)具有典型的深V船型特征，本文以此船為例進(jìn)行分析研究。

2.1? 分段組立工藝設(shè)計指導(dǎo)思路

分析載體船外板線型及分段結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，總結(jié)已建造的X型船分段組立工藝優(yōu)缺點(diǎn)，進(jìn)行載體船分段組立工藝設(shè)計。分段組立工藝設(shè)計遵循成組思想，實(shí)現(xiàn)分段零部件分道、有序生產(chǎn);實(shí)現(xiàn)將高空作業(yè)盡可能轉(zhuǎn)化為平地作業(yè)，減少仰焊，為采用自動焊創(chuàng)造條件;解決局部位置結(jié)構(gòu)難以裝配、施焊問題。

2.2? ?主船體外板線型特點(diǎn)分析

（1）船體外殼具有折角，折角處需要采取輔助定位措施以保證安裝角度;

（2）橫剖線呈直線或近乎直線狀，水線變化較平緩，首部進(jìn)流段與中部、尾部水線曲率較小，便于外板采用片體方式建造;

（3）全船船底均有較大橫向斜升角，中部及尾部區(qū)域的船底橫向斜升角變化較小，船首底部橫向斜升角越大，造成首部線型尖瘦;

（4）中龍骨處結(jié)構(gòu)施工空間狹小，需要特別考慮首部狹小空間施工問題。

主船體橫剖面線型，如圖1所示。

2.3? 主船體分段劃分及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

綜合考慮車間分段建造、吊運(yùn)能力、船舶艙室分隔、船體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及舾裝需求等影響因素，將主船體分段以環(huán)形總段形式進(jìn)行分段劃分：每個主船體分段總高度約為5.8 m，包含一層甲板（1甲板）或兩層甲板（1甲板及平臺甲板），單舷側(cè)結(jié)構(gòu)為縱骨架式，舷側(cè)肋骨在平臺板或水平桁處中斷;船底部為縱骨架式，除機(jī)艙區(qū)域具有局部雙層底外，其余區(qū)域為單底結(jié)構(gòu);船體外板有折角，底部平板龍骨位置越靠近首部線型越尖瘦，施工空間狹小。

2.4? 典型分段組立工藝設(shè)計研究

以首部201分段（見圖2、圖3）為例，進(jìn)行本船分段組立工藝設(shè)計研究。

2.4.1 初始的組立工藝方案

公司已建的X型船主船體分段劃分特點(diǎn)與載體船相似，多劃分為環(huán)形分段。分析研究X型船與本船201分段相似的分段，在201分段上模擬沿用其建造方式：以外板為胎架正造，其組立工藝流程為（見圖4）：制作外板胎架①→安裝及焊接外板②→安裝及焊接中內(nèi)龍骨⑤→安裝及焊接舷側(cè)縱骨③→安裝及焊接強(qiáng)肋骨⑦、補(bǔ)板? ? →安裝及焊接舷側(cè)縱桁④→安裝及焊接中內(nèi)龍骨加強(qiáng)筋⑥、補(bǔ)板? ? →安裝及焊接強(qiáng)肋骨⑧、補(bǔ)板? →安裝及焊接2甲板中組件⑨、補(bǔ)板? ? →安裝及焊接強(qiáng)肋骨⑩ →安裝及焊接1甲板強(qiáng)橫梁? ? 、縱桁? ?、縱骨? ? →安裝及焊接1甲板? ? →安裝及焊接墊板??、支柱和肘板? ? →安裝起重吊環(huán)并焊接→割胎→劃分段檢驗線、肋骨定位線等→切割余量→離胎→矯正變形→焊縫密性試驗及封閉艙室密性試驗→完工交驗→分段涂裝。

2.4.2 改進(jìn)后的組立工藝方案

201分段若采用上述正造法建造，則成組、分道方面設(shè)計深度欠佳、分段大組立合攏難度較高，故嘗試從降低施工成本、提高施工安全的角度出發(fā)，結(jié)合分段結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，深入研究成組、分道作業(yè)思想，改進(jìn)分段組立工藝設(shè)計（見圖7），并對狹小空間位置結(jié)構(gòu)組立流程進(jìn)行細(xì)化：以2甲板為分界點(diǎn)將整個環(huán)形分段劃分為上半立體分段與下半立體分段;兩個半立體分段又分別以1甲板、2甲板為胎架面反造，分別搭載曲面外板中組件（見圖5）、底部中組件（見圖6）及其他散裝船體結(jié)構(gòu)。

最終形成的工藝流程為：（1）上半立體分段/下半立體分段大組立安裝→焊接→矯正變形→安裝起重吊環(huán)→劃分段檢驗線、肋骨定位線等→切割余量→離胎;（2）上半立體分段與下半立體分段合攏→焊接→矯正變形→劃分段檢驗線、肋骨定位線等→切割余量→焊縫密性試驗及封閉艙室密性試驗→離胎→完工交驗→分段涂裝。

2.4.3? 兩種組立工藝的對比分析

（1）胎架選用

采用環(huán)形分段正造：外板線型有一定曲度、有折角，需采用模板胎架（見圖8），工裝成本較高;但模板胎架剛性較大、保型效果好，對于批量生產(chǎn)的船舶有一定的優(yōu)越性。

采用改進(jìn)后的分段組立工藝：環(huán)形分段分成上、下兩個半立體分段，分別以平臺板與僅有梁拱的1甲板面為胎架面反造，然后以在胎架上的上半立體分段為基準(zhǔn)，上、下兩個半立體分段合攏。為保證分段中外板結(jié)構(gòu)線型準(zhǔn)確，劃分成四個外板中組件分別制作片體。分段所涉及的甲板及外板片體的胎架面線型均曲率較小、變化較平緩，可選用通用的活絡(luò)式或角鋼支柱式胎架（見圖9），重復(fù)利用率高，能節(jié)省大量的工裝鋼材消耗和人工成本。

（2）分道、成組工藝情況

初始方案環(huán)形分段采用正造法建造，部件以小組立部件制作為主，除甲板形成中組件外，其余小組立部件直接上分段大組立安裝，分段結(jié)構(gòu)的安裝、焊接作業(yè)主要集中在分段制作場地完成。

采用改進(jìn)后的組立工藝，零、部件分道流向更為合理（見圖10），以形成若干中組件中間產(chǎn)品為核心，可充分利用平面中組件生產(chǎn)線與曲面片體生產(chǎn)線場地，實(shí)現(xiàn)工序前移、同時施工，可有效減少分段大組立階段的施工時間及分段總的建造工時。

（3）起吊運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)效益

環(huán)形分段正造法，通常在分段制作場地進(jìn)行安裝，散裝零件多，由于分段胎架較高，人工搬運(yùn)零部件很不方便，因此60? t吊車的使用頻率較高。

采用改進(jìn)后的組立工藝，將整個環(huán)形分段拆分為上下兩個半立體分段、3個平面中組件、4個曲面中組件，這7個中組件的小組立部件多采用5 t吊車作業(yè)。根據(jù)結(jié)合我司計價標(biāo)準(zhǔn)， 5? t吊車使用價格約40元/ h，60 t吊車使用價格約450元/ h，改進(jìn)后的零件分道工藝將節(jié)約成本合計11萬元左右（見圖11）。

（4）優(yōu)化狹小空間施工環(huán)境

深V船型主船體線型的特點(diǎn)之一是底部線型尖瘦，越靠近船首區(qū)域越明顯。201分段的中內(nèi)龍骨、中內(nèi)龍骨腹板的水平加強(qiáng)筋與平板龍骨及其外板縱骨所圍成的區(qū)域空間狹窄，若采用正造法建造方式，由于先安裝好的外板限制了施工人員的活動空間，故很難入到艙底進(jìn)行施工;改進(jìn)后的方案，艙底局部結(jié)構(gòu)先組成中組立部件，施工空間變?yōu)殚_敞式，通過改進(jìn)并細(xì)化狹小空間結(jié)構(gòu)組立流程設(shè)計，解決了現(xiàn)場難以施工的窘境。

（5）安全性

胎架最低處距地面的高度通常在0.8～1.5 m之間，單個環(huán)形分段總高度通常在 6 m左右，因此采用正造法建造環(huán)形分段，現(xiàn)場裝焊施工區(qū)域高度將在0.8～7.5 m之間;分段組立工藝改進(jìn)后，拆分成上、下兩個半立體分段分別建造，降低了分段大組立施工作業(yè)高度，零、部件在內(nèi)場組成中組件后整體吊裝到分段上，整個分段內(nèi)作業(yè)高度僅為1.3～2 m，將大多數(shù)的高空作業(yè)變?yōu)槠降刈鳂I(yè)，施工空間開敞，吊運(yùn)次數(shù)減少，工作環(huán)境得到改善。

綜上所述，改進(jìn)后的分段組立工藝設(shè)計，在減少建造成本、減少吊運(yùn)與提高施工安全性方面有較大優(yōu)勢，我司載體船201分段采用了改進(jìn)后的組立工藝設(shè)計，收到良好效果。

3? ?結(jié)束語

通過深入研究載體船結(jié)構(gòu)型式特點(diǎn)，結(jié)合已完工類似船型現(xiàn)場建造經(jīng)驗，融合產(chǎn)品成組、分道思想，在典型分段上進(jìn)行不同工藝方法比較，總結(jié)典型分段組立工藝設(shè)計要點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上舉一反三研究其它位置分段結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將典型分段組立工藝設(shè)計及對比評估方法擴(kuò)展到其它區(qū)域分段，并就工藝方案同相關(guān)部門進(jìn)行充分溝通，最終形成載體船的全船分段組立工藝設(shè)計，該工藝已在載體船建造過程中成功實(shí)施。

參考文獻(xiàn)

〔1〕黃浩主編.船體工藝手冊（第3版）[M].國防工業(yè)出版社.

〔2〕中國船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計實(shí)用手冊[M].