預(yù)制模塊化艙室單元的應(yīng)用

羅壘　劉崇喆　馬金金　余丹　陳濤

摘? ? 要：簡(jiǎn)要介紹海洋平臺(tái)類船舶艙室的發(fā)展和結(jié)構(gòu)組成，分析國(guó)內(nèi)預(yù)制模塊化艙室單元在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)，提出優(yōu)化建議，為提高海洋工程裝備配套的完整性與先進(jìn)性創(chuàng)造條件，縮短艙室安裝周期，提高艙室安裝效率。

關(guān)鍵詞：模塊化;預(yù)制艙室;舾裝完整性

中圖分類號(hào)：U671.91 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： This paper briefly introduces the development and structural composition of the offshore platform cabin， analyzes the advantages and disadvantages of prefabricated modular cabin unit in practical application， and puts forward reasonable suggestions for installation optimization， so as to create conditions for improving the integrity and advancement of marine engineering equipment. The application of prefabricated modular cabin unit will shorten the cycle of cabin installation and greatly improve the efficiency of cabin installation.

Key words： Modularization; Prefabricated cabin; Integrality of outfitting

1? ? ?前言

隨著現(xiàn)代造船業(yè)務(wù)的蓬勃開(kāi)展，人們對(duì)船舶各方面的性能要求越來(lái)越高，船舶設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)也跟著提高。以居住平臺(tái)和豪華郵輪為例，增加了乘客休閑體驗(yàn)的功能設(shè)計(jì)。休閑體驗(yàn)功能，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：乘客空間、舒適度和乘客休閑設(shè)施。為了滿足乘客空間和舒適度，預(yù)制模塊化艙室單元的設(shè)計(jì)理念被提出來(lái)，并漸漸走向成熟。

2? ? ?預(yù)制模塊化艙室單元的發(fā)展現(xiàn)狀

在20世紀(jì)二、三十年代，模塊化設(shè)計(jì)和建造已被國(guó)外先進(jìn)造船國(guó)家提出，美國(guó)和德國(guó)是艦船領(lǐng)域模塊化技術(shù)的先驅(qū)，而芬蘭是民船領(lǐng)域預(yù)制模塊化艙室單元的倡導(dǎo)者。民船在以中間產(chǎn)品為導(dǎo)向、殼舾涂一體化、均勻連續(xù)地總裝造船的現(xiàn)代造船模式推動(dòng)下，具備了成組技術(shù)和區(qū)域化造船的良好基礎(chǔ)與經(jīng)驗(yàn)，在模塊化建造方面比較領(lǐng)先。我國(guó)在模塊化造船方面還處于起步階段，自主設(shè)計(jì)能力較差，主要是通過(guò)技術(shù)引進(jìn)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)模塊化艙室單元的建造工作。就建造效率而言，目前廣船國(guó)際有限公司走在國(guó)內(nèi)前列。該公司有26個(gè)預(yù)制艙室單元組裝平臺(tái)，每個(gè)組裝平臺(tái)平均7天組裝1個(gè)艙室單元，每月可生產(chǎn)約104個(gè)艙室單元。

國(guó)內(nèi)的部分海洋平臺(tái)及客滾船已加入預(yù)制模塊化的隊(duì)伍中，但還不能實(shí)現(xiàn)全部艙室預(yù)制模塊化，還有很大的提升空間。

3? ? 預(yù)制模塊化艙室單元的集成系統(tǒng)

一個(gè)完整的預(yù)制模塊化艙室單元，包括整體式衛(wèi)生單元、壁板及天花板、防火門(mén)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、電氣及設(shè)備系統(tǒng)、家具等。所謂艙室單元模塊化，就是在生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)將以上設(shè)備、材料及相關(guān)附件進(jìn)行整體組裝成一個(gè)獨(dú)立的單元，然后整體運(yùn)輸和吊裝。組裝完畢的艙室單元，應(yīng)滿足船舶艙室的相關(guān)規(guī)范及規(guī)格書(shū)的要求，譬如艙室凈高、房間最小面積、艙室耐火結(jié)構(gòu)、噴淋系統(tǒng)覆蓋面積、舒適度等相關(guān)要求。同時(shí)，艙室單元應(yīng)該標(biāo)準(zhǔn)化：所有的管路接口應(yīng)統(tǒng)一規(guī)格，統(tǒng)一布局在衛(wèi)生單元后方三角區(qū)域;所有的電纜接口也應(yīng)該設(shè)計(jì)集成的接線盒，統(tǒng)一布局在衛(wèi)生單元壁上，如圖1所示。

4? ? ?預(yù)制模塊化艙室單元的優(yōu)點(diǎn)

傳統(tǒng)的船舶艙室建造工作步驟如下：艙室鋼結(jié)構(gòu)完工→舾裝件完工（內(nèi)舾、外舾、電舾）→管路系統(tǒng)密試（水管、氣管、風(fēng)管等）→電纜完整性及水密報(bào)驗(yàn)→涂裝作業(yè)→絕緣、敷料敷設(shè)完工→艙室內(nèi)裝板安裝→相關(guān)附件安裝（出風(fēng)盤(pán)、燈具、電氣開(kāi)關(guān)、按鈕、接線盒、五金件、散裝潔具、雜件等）→地板膠及瓷磚敷設(shè)→家具安裝。

預(yù)制模塊化艙室單元的建造工作步驟如下：艙室鋼結(jié)構(gòu)完工→舾裝件完工（內(nèi)舾、外舾、電舾）→管路系統(tǒng)密試（水管、氣管、風(fēng)管等）→電纜完整性及水密報(bào)驗(yàn)→涂裝作業(yè)→預(yù)制模塊化艙室單元安裝。

預(yù)制模塊化艙室單元的設(shè)計(jì)與建造，與傳統(tǒng)艙室建造工作相比有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）將艙室建造工作由船上拼裝（散裝）改進(jìn)為車(chē)間內(nèi)組裝（見(jiàn)圖2），極大地改善了施工環(huán)境，減少了交叉作業(yè)，提高了施工精度和效率。中船黃埔文沖船舶有限公司已完工的GM-180A平臺(tái)，某層甲板含16個(gè)艙室單元，封板面積約453㎡、流平面積約163㎡。與傳統(tǒng)散裝模式施工周期對(duì)比，結(jié)果如表1所列。

由表1可以看出：對(duì)比傳統(tǒng)散裝模式，預(yù)制模塊化艙室單元整體安裝周期縮短了一半以上，采用模塊式艙室單元將大大縮短周期，提高內(nèi)裝施工效率;

（2）預(yù)制模塊化艙室單元組裝工作，可以和鋼結(jié)構(gòu)建造同步開(kāi)始。作為一個(gè)獨(dú)立的艙室單元，不受前道工序的制約，極大程度地縮短了艙室安裝周期;

（3）由于模塊化設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化，幾種型式的模塊即可覆蓋整艘船舶甚至是同類型船舶的艙室設(shè)計(jì)，很大程度上減少了設(shè)計(jì)人員的工作量;

（4）由于模塊設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化，完工后的艙室單元整體質(zhì)量高于現(xiàn)場(chǎng)拼裝的艙室。作為獨(dú)立的模塊化艙室單元，設(shè)計(jì)時(shí)考慮了整體吊裝的加強(qiáng)方案（見(jiàn)圖3），因此艙室強(qiáng)度與穩(wěn)定性比傳統(tǒng)艙室更優(yōu);

（5）在施工材料的管理方面，模塊化艙室單元更具有先進(jìn)性;車(chē)間內(nèi)組裝減少了動(dòng)火作業(yè)及涂裝作業(yè)對(duì)艙室內(nèi)裝材料的損壞，也減少了現(xiàn)場(chǎng)拼裝造成的材料浪費(fèi);

（6）由于預(yù)制模塊化艙室單元的每個(gè)房間都是獨(dú)立存在的個(gè)體，一定程度上較少了噪音的傳遞，房間的隔音效果較傳統(tǒng)艙室要好。

5? ? 預(yù)制模塊化艙室單元的缺點(diǎn)

我國(guó)預(yù)制模塊化艙室單元起步較晚，技術(shù)上缺乏獨(dú)立性與創(chuàng)新性。雖然具有很多傳統(tǒng)艙室設(shè)計(jì)不具備的優(yōu)點(diǎn)，但也不可避免的存在以下缺點(diǎn)：

（1）為了滿足規(guī)范及規(guī)格書(shū)對(duì)于艙室的相關(guān)要求，生產(chǎn)設(shè)計(jì)初期就要對(duì)艙室進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，將艙室的組成與功能有機(jī)結(jié)合、同步設(shè)計(jì)。以國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析，從詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙供應(yīng)齊全到生產(chǎn)設(shè)計(jì)完畢的持續(xù)周期較長(zhǎng)，對(duì)于設(shè)計(jì)周期不充裕的船舶產(chǎn)品，預(yù)制模塊化艙室單元的生產(chǎn)及安裝進(jìn)度受?chē)?yán)重制約;

（2）預(yù)制模塊化艙室單元的尺寸較大，吊裝及轉(zhuǎn)運(yùn)難度大，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn);吊裝通常采用的是特制的吊運(yùn)工裝，通過(guò)上建外鋼壁上開(kāi)設(shè)的工藝孔進(jìn)艙（見(jiàn)圖4）;上建鋼甲板層高及工藝孔大小，對(duì)預(yù)制模塊化艙室單元能否順利進(jìn)艙起到?jīng)Q定性作用（見(jiàn)圖5）。若原本鋼甲板層高不盈余或是工藝孔不夠大，預(yù)制模塊化單元沒(méi)法進(jìn)艙;

（3）由于部分工藝孔的開(kāi)設(shè)幾乎跨過(guò)了兩層甲板，增加了前期的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度核算，而且工藝孔附近的焊接式矩形窗在工藝孔回裝后可能會(huì)發(fā)生變形;

（4）由于預(yù)制模塊化艙室單元需要在上建各層內(nèi)部轉(zhuǎn)運(yùn)，設(shè)計(jì)時(shí)需盡量避免中間鋼圍壁和中間立柱，同時(shí)還要避免甲板梁拱，需增加甲板反面T型加強(qiáng)。

（5）由于以上限制，導(dǎo)致分段總組和總段搭載后甲板平整度變差;艙室單元轉(zhuǎn)移小車(chē)在完工的敷料表面行走，也會(huì)對(duì)敷料造成一定程度的損壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成敷料開(kāi)裂、脫層等質(zhì)量問(wèn)題;

（6）預(yù)制模塊化艙室單元內(nèi)部的家具，通過(guò)角鐵固定在內(nèi)裝板壁板上，艙室單元進(jìn)艙定位后，家具底部的自流平施工后無(wú)法檢驗(yàn)，且質(zhì)量無(wú)法保證;家具底部無(wú)法敷設(shè)地板膠，家具與自流平之間也會(huì)存在間隙;當(dāng)?shù)匕迥z施工后，家具周邊底部與地板膠交接處的接縫處理較困難，只能通過(guò)玻璃膠來(lái)填補(bǔ)，影響艙室美觀;

（7）由于通道的內(nèi)裝板散裝，通道的壁板在門(mén)上方的高度與預(yù)制模塊化艙室單元的定位有關(guān)。艙室單元是獨(dú)立的個(gè)體，定位時(shí)高度方向會(huì)有誤差，沿著通道方向的艙室單元可能會(huì)出現(xiàn)高低不一的情況，影響通道艙室門(mén)及門(mén)頭板的整體美觀性。

6? ? ?預(yù)制模塊化艙室單元設(shè)計(jì)及安裝優(yōu)化建議

（1）設(shè)計(jì)前綜合考慮通風(fēng)、電氣、管道等專業(yè)與內(nèi)裝的結(jié)合，注意相關(guān)規(guī)范對(duì)居住區(qū)的要求，比如防火分隔、噴淋系統(tǒng)、居住舒適性等要求;

（2）甲板敷料敷設(shè)前，以房間為單位通過(guò)全站儀測(cè)量甲板的平整度;根據(jù)甲板變形量，選擇火工校正或開(kāi)刀校正，一般10 mm及以下的變形可通過(guò)火工校正;用于固定預(yù)制模塊化艙室單元的預(yù)制底碼，要沿著通道方向整體測(cè)平面度，高度誤差控制在5 mm內(nèi);

（3）工藝孔開(kāi)設(shè)后，在孔邊緣增設(shè)臨時(shí)加強(qiáng)構(gòu)件，防止鋼壁發(fā)生不可逆變形;。位于工藝孔附近的窗戶、扶手等舾裝件，采用貼裝或緩裝的形式;

（4）吊裝工裝要做負(fù)重試驗(yàn)，且應(yīng)在工裝上設(shè)計(jì)可靠的固定措施，防止預(yù)制模塊化艙室單元在起吊后發(fā)生晃動(dòng)。現(xiàn)有的措施是將艙室單元的四個(gè)頂角用繩索固定在工裝上，可增加四個(gè)底角的可拆卸限位擋板;

（5）預(yù)制模塊化艙室單元進(jìn)艙前，在完工敷料表面鋪設(shè)一層3 mm黑膠皮或保護(hù)地板膠，防止敷料開(kāi)裂;沿著通道將艙室單元的邊界線彈出，便于安裝時(shí)校準(zhǔn)。

7? ? 結(jié)論

隨著國(guó)內(nèi)造船技術(shù)的迅速發(fā)展，越來(lái)越多的船廠開(kāi)始嘗試使用預(yù)制模塊化艙室單元，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。預(yù)制模塊化艙室單元未來(lái)會(huì)成為大型客船、郵輪及海工平臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)一步研究預(yù)制模塊化艙室單元技術(shù)很有必要。在未來(lái)的郵輪建造中，模塊化還應(yīng)向模塊標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)變，最大程度地發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)，為中國(guó)造船業(yè)的發(fā)展助力。

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