綜合地質(zhì)調(diào)查船上建層高精度控制

劉小堯

摘? ? 要：綜合地質(zhì)調(diào)查船的上層建筑呈階梯型布置，美觀大方有層次感。該船對船舶重量控制嚴(yán)格，上建艙室圍壁板選用6mm厚度薄板，需提前做好建造精度和層高控制的準(zhǔn)備工作。另外，上建層高是決定上建尺度的重要因素，而上建尺度對重心高度影響甚大，若重心偏高則穩(wěn)性下降，對船舶航行性能及安全性不利。上建的高度和位置也決定了駕駛盲區(qū)的大小，影響船舶駕駛的安全性。因此，控制上建層高對船舶的建造和運營具有重要意義。

關(guān)鍵詞：層高;補(bǔ)償量;精度;上建

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

Abstract： The superstructure of the integrated geological research ship is arranged as a ladder style， beautiful and layered. However， the ship requires light weight， flexible sailing speed and strict weight control， and 6mm thickness sheet is selected for the wall design of the superstructure， so preparation for construction accuracy and height control should be done in advance. In addition， the height of the superstructure is an important factor determining the size of the superstructure， and the size of the superstructure has a great influence on the height of the center of gravity. The height and position of the superstructure also determine the size of the navigation blind area， which affects the safety of the ship navigation. Therefore， it is of great significance for the ship construction and operation to control the height of superstructure.

Key words： Height; Compensation; Precision; Superstructure

1? ? ?前言

本綜合地質(zhì)調(diào)查船全稱為地質(zhì)地球物理綜合調(diào)查船，包括：海洋水文調(diào)查、地球物理調(diào)查、裝備地質(zhì)調(diào)查和信息化管理等4類。該船具有系統(tǒng)復(fù)雜、特種設(shè)備多、勘探功能全、總噸位小、操縱靈活、外形現(xiàn)代簡潔等優(yōu)點，為長首樓鋼質(zhì)船型。

該船為全電力推進(jìn)，具有全回轉(zhuǎn)舵槳和槽道式首側(cè)推各2套，DP2動力定位;航行于無限航區(qū)，入級CCS，船員58人;當(dāng)海況不大于2級、潮流平緩、船體光潔時，最大航速15 kn、巡航速度～12 kn。

該船的上層建筑呈階梯型布置，美觀大方有層次感，如圖1所示。該船要求質(zhì)量輕、操縱靈活、航速快，對船舶重量控制嚴(yán)格，上建設(shè)計時對艙室圍壁板選用了薄板，薄板在切割、焊接、裝配、翻身、移運、搭載等建造過程中容易變形，需提前做好建造精度和層高控制的準(zhǔn)備工作;上建層高影響重心高度，重心升高則穩(wěn)性下降，對船舶航行性能及安全性不利;上建層高還影響駕駛盲區(qū)的大小，進(jìn)而影響船舶駕駛的安全性。

2? ? ?層高精度控制的技術(shù)準(zhǔn)備

2.1? ?上建層高概況

上建層高=人的平均高度及一定的余量+甲板升高（加強(qiáng)結(jié)構(gòu)+敷料）+上層甲板的結(jié)構(gòu)高度+內(nèi)裝高度。技術(shù)規(guī)格書要求艙室凈高不小于2.03 m一般船舶上建的平均層高大約是2.4 m、地質(zhì)調(diào)查船的層高為2.5～2.7 m（見表1）：

2.2? 總組方案和補(bǔ)償量確定

綜合考慮廠區(qū)的場地布置和吊機(jī)設(shè)備等因素，該船的上層建筑劃分為11個分段，并設(shè)3個總組段：80B（首樓）、90A（上建下）、90B（上建上），如圖2所示。小分段制造、大分段總組，有利于區(qū)域設(shè)計和模塊化設(shè)計，既可以減輕分段轉(zhuǎn)運過程中的變形，也可以減小組立的次數(shù)，減小累計誤差，有效控制上建層高和上建成型尺寸。

通過對分段精度的準(zhǔn)確測量，利用精度分析軟件模擬搭載過程，對合攏分段上船臺前的修割修正等工藝調(diào)整進(jìn)行預(yù)先分析和處理，提高分段無余量搭載率;最大化地擴(kuò)大無余量建造程度，對于船舶的精度控制、預(yù)舾裝、造船成本和造船周期都會有極大改善。

經(jīng)過大量的數(shù)據(jù)積累和詳細(xì)的分析，補(bǔ)償量設(shè)置方案為：首樓結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較強(qiáng)，分段下口只預(yù)留10 mm補(bǔ)償量;其他上建分段結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較弱，分段下口預(yù)留15 mm補(bǔ)償量;總組段下口預(yù)留30 mm的余量。

2.3? 上建3D建模

在AM上建立上建的3D模型（見圖3），便于設(shè)計人員對模型進(jìn)行三維瀏覽、背景渲染、干涉檢查、尺寸測量、距離標(biāo)注等操作.將3D模型與船舶精度測量分析相結(jié)合，可以直觀地發(fā)現(xiàn)并解決問題，提高上建層高的精度，從而保證整個上建尺寸的精度。

上建3D建模，可以在艙容有限的情況下，通過總布置優(yōu)化，平衡總布置合理性與總體性能優(yōu)化的要求，還可以為各專業(yè)影響艙室凈高的風(fēng)管、天花、敷料等設(shè)計提供模型背景和干涉檢查，有利于上建的船機(jī)舾電一體化設(shè)計，提高鐵舾裝預(yù)裝率，提高設(shè)計質(zhì)量。

3? ? ?層高精度控制的措施和監(jiān)控

結(jié)合上建分段的結(jié)構(gòu)特點，梳理各階段上建層高精度控制的內(nèi)容、目標(biāo)和作業(yè)要求;根據(jù)薄板的結(jié)構(gòu)特點和施工工藝，研究分段裝配、焊接階段的尺寸控制方法;通過對分段精度的準(zhǔn)確測量，利用精度分析軟件模擬總組和搭載過程，對修割修正等工藝進(jìn)行預(yù)先分析和處理，提高分段無余量搭載率。

在中小型船舶上難以實施分段無余量建造，其原因在于：（1）中小型船舶的板厚相對較薄，裝配和焊接過程產(chǎn)生的熱量變形也更明顯、更復(fù)雜;（2）中小型船舶的線型變化較大，分段內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜;（3）分段劃分?jǐn)?shù)量較少，建造偏差難以從相鄰分段之間借位彌補(bǔ)。

針對該船的小巧型特點，結(jié)合船廠的場地、設(shè)備、工藝等實際情況，重點考慮上建薄板的焊接收縮變形，并施加相應(yīng)的補(bǔ)償量;重視建造過程中分段的翻身、移運、搭載等階段的結(jié)構(gòu)變形情況，在綜合考慮偏差累積后，再確定近似的整體補(bǔ)償量;同時，將各階段的層高精度控制要點進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)和實時監(jiān)控反饋。

3.1? ? 上建分段的精度控制措施

（1）上建分段采用剛性胎架且加密支撐間距，強(qiáng)制約束焊接變形;

（2）曲面片體胎架定位位置偏差不超過3 mm，必要時增加卡模支撐工裝且四角剛性固定;

（3）門窗開孔防變形措施：孔內(nèi)搭橋、環(huán)孔搭橋、化整為繁，一個大孔分作4～8個小孔數(shù)控開孔;

（4）分段合攏口設(shè)200 mm緩焊區(qū)，供預(yù)總組或船臺搭載階段結(jié)構(gòu)調(diào)整錯位使用;

（5）檢測分段合攏口的半寬值;

（6）在甲板面上預(yù)先標(biāo)記100MARK線，供搭載上層分段時使用;

（7）分段完工后敲上橫向、縱向、垂向的基準(zhǔn)馬克線。

分段裝配尺寸公差，見表2。

3.2? 上建總組的精度控制措施

（1）上層建筑劃分為11個分段，并設(shè)3個總組段：80B（首樓）、90A（上建下）、90B（上建上）;

（2）80B（首樓）總組段，分段反造、總組反造;

（3）90A（上建下）、90B（上建上）總組段，分段反造、總組正造;

（4）上建總組專用場地，遵循“小分段，大總組”的原則，減小建造累積誤差;

（5）總結(jié)歸納圖紙、工藝和質(zhì)量問題，反饋給技術(shù)部進(jìn)行后續(xù)船優(yōu)化處理;

（6）對比精度補(bǔ)償量和實際變形量，反饋技術(shù)部作為經(jīng)驗積累。

3.3? ?上建搭載的精度控制措施

（1）科學(xué)合理的防變形工裝，避免吊運變形;

（2）提交檢驗船臺的中心線、肋位檢驗線和高度檢驗線;

（3）搭載前專人檢驗余量切割劃線，避免誤割;

（4）垂直的合攏口采用垂直氣電焊，減少焊接變形;

（5）及時消除搭載定位偏差，避免偏差累積造成總間隙超差或結(jié)構(gòu)錯位。

4? ? ?總結(jié)

綜合地質(zhì)調(diào)查船以自主設(shè)計、自主建造為基本理念，從海洋地質(zhì)調(diào)查、地球物理調(diào)查、海洋水文調(diào)查三大綜合功能需求出發(fā)，提出總體設(shè)計先進(jìn)性、安全性、適用性指導(dǎo)思想，采用區(qū)域化設(shè)計、模塊化設(shè)計、減振降噪設(shè)計、國內(nèi)外模型試驗驗證等設(shè)計方法;通過科學(xué)合理的層高控制的技術(shù)準(zhǔn)備，包括分段劃分、總組方案、補(bǔ)償量設(shè)置、3D建模輔助設(shè)計等，提前規(guī)劃和避開建造過程中有可能出現(xiàn)的精度問題，為上建層高控制提供技術(shù)支持;通過詳細(xì)具體的層高控制措施和監(jiān)控，在分段、總組、搭載過程中時刻檢測精度控制的要點難點，并將收集到的檢測數(shù)據(jù)反饋給技術(shù)部門進(jìn)行分析總結(jié)和改進(jìn)，為后續(xù)船的建造積累經(jīng)驗;最后總結(jié)相關(guān)的層高控制經(jīng)驗，編制作業(yè)指導(dǎo)書納入船廠的建造標(biāo)準(zhǔn)，其中《一種船舶開孔的防變形方法》獲國家發(fā)明專利。

參考文獻(xiàn)

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[2]黃平濤.船舶設(shè)計實用手冊（結(jié)構(gòu)分冊）[M].北京：國防工業(yè)出版社， 1997：126.