深水海洋工程船建造工藝研究

倪 磊

（大連中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司，遼寧大連 116113）

0 引言

深水海洋工程船（SSV）是中國(guó)船廠出口的首艘同類型船舶及首次承接的馬士基海工項(xiàng)目，該船長(zhǎng)137.6 m，型寬27 m，吃水8 m，載員120 人，載重量9 788 t，艏艉各有兩套月池結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)預(yù)留直徑19 m 的電纜轉(zhuǎn)盤和立式鋪纜器；配有國(guó)際領(lǐng)先的帶波浪補(bǔ)償功能的新型折臂海工吊，配有工作級(jí)水下機(jī)器人兩臺(tái)；該船要求的節(jié)能、環(huán)保、舒適性能極高，各項(xiàng)性能指標(biāo)和建造技術(shù)難度均為同類型船舶國(guó)際頂尖水平。

本文以馬士基SSV 項(xiàng)目為依托，介紹在設(shè)計(jì)過程中遇到的技術(shù)問題及改善措施，在項(xiàng)目執(zhí)行過程中，研究和采用了關(guān)鍵性新工藝、新技術(shù)，可以提高效率、降低成本，解決施工中遇到的難題，確保項(xiàng)目的順利實(shí)施及交付。作為經(jīng)驗(yàn)積累，為后續(xù)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和建造打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 技術(shù)問題及改進(jìn)方法

本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)初期考慮不周全，隨著對(duì)項(xiàng)目的不斷深入，同時(shí)對(duì)技術(shù)難點(diǎn)的研究也初步摸索了一套解決方案，簡(jiǎn)單介紹幾個(gè)在設(shè)計(jì)過程中遇到的技術(shù)問題及改善措施。

1.1 臨時(shí)工裝件干涉檢查

在首制船現(xiàn)場(chǎng)施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)分（總）段吊運(yùn)眼板、加強(qiáng)材和運(yùn)輸支撐等臨時(shí)工裝件的安裝位置與舾裝件（包括船體結(jié)構(gòu)）位置沖突產(chǎn)生干涉情況，現(xiàn)場(chǎng)隨意切割，導(dǎo)致施工返修影響生產(chǎn)效率。針對(duì)此問題，編制工法專業(yè)工裝模型干涉檢查管理基準(zhǔn)，首次組織開展分（總）段吊運(yùn)眼板、加強(qiáng)材和運(yùn)輸支撐等臨時(shí)工裝件使用AM 軟件建模工作，如圖1 所示，避免后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)安裝與舾裝件發(fā)生干涉造成返工修改，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率。

圖1 建模檢查

1.2 吊運(yùn)翻身工裝設(shè)計(jì)

中間甲板片狀分段由于工序前移，舾裝件在分段階段安裝完畢，導(dǎo)致本來很薄的分段，會(huì)加上1.4 m高度的舾裝。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的多次勘查，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)吊點(diǎn)在分段翻身階段鋼絲繩勢(shì)必會(huì)刮碰舾裝件。為了避免此問題，設(shè)計(jì)工裝將吊點(diǎn)高于突出舾裝件，確保在工裝強(qiáng)度變形都符合要求的前提下優(yōu)化工裝型式以減少現(xiàn)場(chǎng)的工作量，確保分段順利完成吊裝翻身搭載作業(yè)。

1.3 生活區(qū)吊裝加強(qiáng)優(yōu)化

針對(duì)生活區(qū)板薄、結(jié)構(gòu)較弱、總段外形尺寸及重量大等特點(diǎn)，根據(jù)強(qiáng)度校核結(jié)果及考慮現(xiàn)場(chǎng)吊裝可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，在生活區(qū)總段上增設(shè)臨時(shí)吊裝加強(qiáng)，確保生活區(qū)總段順利安全的吊裝。現(xiàn)場(chǎng)安裝加強(qiáng)工作量較大，加強(qiáng)安裝位置與舾裝干涉，為方便現(xiàn)場(chǎng)施工，降低總段吊裝成本，組織開會(huì)仔細(xì)研究分析生活區(qū)總段吊裝方案及強(qiáng)度分析報(bào)告，對(duì)每處加強(qiáng)的規(guī)格及型式進(jìn)行優(yōu)化?？傆?jì)完成優(yōu)化項(xiàng)16項(xiàng)，加強(qiáng)工裝減少約10 t，提高總段預(yù)舾裝率和保護(hù)涂裝的完整性，并提升工法和結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)計(jì)技術(shù)能力，使生活區(qū)吊裝和加強(qiáng)方案更加安全化、規(guī)范化、科學(xué)化[1]。

1.4 船舶拖移方式優(yōu)化

在SSV 項(xiàng)目2#船船舶拖移進(jìn)塢階段及3#船船臺(tái)拖移階段發(fā)生船舶與拖移箱型梁之間發(fā)生相對(duì)位移現(xiàn)象，支撐墩傾倒，船體艉部支撐產(chǎn)生傾斜而導(dǎo)致局部外板受力極大產(chǎn)生變形，嚴(yán)重影響船舶下水安全性。將傳統(tǒng)拖移方式變更，改造箱型梁，在箱型梁上設(shè)置牽引眼板，采用拖移箱型梁方式拖移船舶。此方式提高船舶拖移下水安全性能，避免船舶與木墩產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，降低特氟龍滑板長(zhǎng)期使用摩擦系數(shù)增大產(chǎn)生的安全隱患。避免牽引眼板設(shè)置在船體外板上，減少切割及修復(fù)工作，重復(fù)利用牽引工裝，降低建造成本[2]。

2 建造新工藝的應(yīng)用

通過不斷的理解和利用，為了保證該產(chǎn)品成功交付該項(xiàng)目在建造過程中自主研發(fā)多項(xiàng)建造新技術(shù)，具體如下。

2.1 WSD 建造設(shè)計(jì)新方法應(yīng)用

如圖2 所示，殼舾涂一體化作業(yè)指導(dǎo)書（WSD-working sequence diagram）是按公司生產(chǎn)流程來指導(dǎo)生產(chǎn)設(shè)計(jì)，推行以船體為基礎(chǔ)，舾裝為中心的殼舾涂一體化的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。依據(jù)該設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，可以較全面的對(duì)船舶生產(chǎn)設(shè)計(jì)、建造的全過程進(jìn)行策劃。對(duì)設(shè)計(jì)來說，可以在各專業(yè)托盤安裝階段進(jìn)行有效規(guī)劃，減少專業(yè)間的干涉現(xiàn)象，進(jìn)而提高預(yù)舾裝率和保護(hù)涂裝的完整性。對(duì)于生產(chǎn)管理，可以根據(jù)WSD 的設(shè)計(jì)內(nèi)容檢查和控制生產(chǎn)物量、生產(chǎn)進(jìn)度，以及各階段安全生產(chǎn)注意事項(xiàng)，從而為高效地進(jìn)行生產(chǎn)策劃和生產(chǎn)管理提供有效依據(jù)。推進(jìn)WSD 符合精益設(shè)計(jì)的要求以及舾裝作業(yè)階段前移的精益化生產(chǎn)的要求，持續(xù)地推進(jìn)WSD 將為公司起到縮短造船周期，降本增效等應(yīng)有的作用。

圖2 作業(yè)指導(dǎo)書

2.2 新式區(qū)域模塊化建造法

如圖3 所示，根據(jù)該船型功能區(qū)域特點(diǎn)，將該船分成尾部區(qū)域模塊、泵艙及月池區(qū)域模塊、轉(zhuǎn)盤區(qū)域模塊、機(jī)艙區(qū)域模塊、首部區(qū)域模塊和烏斯坦式生活區(qū)模塊6 大模塊，分別進(jìn)行建造，然后使用SPMT 進(jìn)行船臺(tái)合攏。此種新式模塊式建造方法相比原有分段搭載方式可極大提高功能區(qū)域舾裝件完整性和施工安全性，并便于通風(fēng)、人員進(jìn)出等操作，還可以減少船臺(tái)占用時(shí)間，提高船臺(tái)產(chǎn)能。

2.3 模擬仿真搭載干涉檢查技術(shù)應(yīng)用

如圖4 所示，采用三維仿真軟件對(duì)搭載、合攏、吊裝過程進(jìn)行模擬，提前進(jìn)行干涉檢查，在真正船臺(tái)合攏之前將所有建造使用工裝、吊耳、腳手架、加強(qiáng)材、運(yùn)輸支撐等臨時(shí)工裝件進(jìn)行建模干涉檢查。發(fā)現(xiàn)干涉情況進(jìn)行提前規(guī)避，從而避免現(xiàn)場(chǎng)返工現(xiàn)象的發(fā)生，提高生產(chǎn)效率，確?，F(xiàn)場(chǎng)施工安全。

圖3 功能區(qū)域劃分

圖4 三維軟件模型

2.4 船臺(tái)布置新技術(shù)

該項(xiàng)目在我司東區(qū)水平船臺(tái)3 號(hào)線建造，為了提高東區(qū)船臺(tái)建造效率，大膽采用半拖串聯(lián)式建造新方法[3]：在1 號(hào)船下水后將2 號(hào)船（未建造完成）采用半拖滑移方式拖移到1 號(hào)船原始建造位置，然后將2 號(hào)船進(jìn)行定位固定繼續(xù)建造，在原1 號(hào)船位置開始進(jìn)行3 號(hào)船建造，半拖串聯(lián)式建造方法成功實(shí)施，將我司在特種船建造方面年交付能力及船臺(tái)的使用效率提高30%。

2.5 烏斯坦式生活區(qū)建造技術(shù)

烏斯坦式生活區(qū)自重約為3 000 t，重量遠(yuǎn)大于常規(guī)船舶，該生活區(qū)為全封閉式與舷側(cè)外板直接相連，前部為鴨嘴式結(jié)構(gòu)，外板厚度在6 mm～8 mm左右，建造與安裝難度極大。對(duì)于該生活區(qū)，我司采用雙總段建造法，即先將每個(gè)總段各劃分為上下4 層，然后合攏成總重3 000 t 的整體生活區(qū)模塊。整個(gè)生活區(qū)從板材處理、加工、小組、中組、分段及總段建造過程中均采用大數(shù)據(jù)分析控制技術(shù)，嚴(yán)格控制薄板焊接與加工變形，并取得良好效果。生活區(qū)整體吊裝采用國(guó)際先進(jìn)有限元分析強(qiáng)度與穩(wěn)定性分析方法，自主研發(fā)3 000 t 吊運(yùn)工裝，其中單個(gè)吊耳設(shè)計(jì)重量達(dá)到600 t，在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)生活區(qū)安全吊裝與合攏。

3 結(jié)論

此艘交付船舶（SSV）為目前世界最新型超深水海工作業(yè)船，作業(yè)深度可達(dá)3 000 m，是中國(guó)船廠出口的首艘同類型船舶和首次承接的馬士基海工項(xiàng)目，每條船創(chuàng)造產(chǎn)值1 億多美金。它的成功交付，進(jìn)一步提高了中國(guó)海工裝備制造業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)的知名度和品牌形象，對(duì)中國(guó)船廠持續(xù)開拓國(guó)際主流超深水海工作業(yè)船舶市場(chǎng)，具有重要意義和推動(dòng)作用。