大型郵輪機(jī)械處所設(shè)計(jì)特點(diǎn)及差異分析

王彥，李欣，王怡，王曌文，周熲

(上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

郵輪如同一個(gè)移動(dòng)的城市，在滿足船舶正常運(yùn)行基本需求下，還需滿足數(shù)千人的日常生活和娛樂(lè)需求，故而涉及的各類(lèi)系統(tǒng)較常規(guī)船舶更多、更特殊、更復(fù)雜。事故后安全返港(safety return to port，SRtP)、人員安全撤離等需求是郵輪系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，機(jī)械處所多數(shù)系統(tǒng)都有安全返港要求，實(shí)現(xiàn)途徑主要有3方面：不同分區(qū)的設(shè)備冗余設(shè)計(jì)、主豎區(qū)之間的SRtP旁通管路設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的環(huán)網(wǎng)管路設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)龐大系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素之一就是空間。郵輪機(jī)械處所同樣分為機(jī)艙、機(jī)艙棚和煙囪，但空間范圍與常規(guī)船舶產(chǎn)品有著本質(zhì)區(qū)別，機(jī)艙部分首尾貫通，范圍廣，見(jiàn)圖1。

圖1 大型郵輪機(jī)械處所范圍示意圖

結(jié)合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、區(qū)域功能特點(diǎn)、舾裝物量等因素，以結(jié)構(gòu)艙壁和甲板為邊界，從空間角度將機(jī)械處所劃分為C、W、Z、A、E、F、G、B共8個(gè)區(qū)(zoon)。在區(qū)的基礎(chǔ)上，再次以相同規(guī)則對(duì)每個(gè)區(qū)進(jìn)行細(xì)分，形成更小的區(qū)域，即分區(qū)(sub zoon)，機(jī)械處所共涉及82個(gè)分區(qū)。區(qū)和分區(qū)是生產(chǎn)設(shè)計(jì)重要?jiǎng)澐謫挝唬秆b建模、圖紙?jiān)O(shè)繪均基于此展開(kāi)。

另一個(gè)關(guān)鍵因素就是大物量。郵輪是一個(gè)巨系統(tǒng)工程，全船零件數(shù)高達(dá)2 400多萬(wàn)，機(jī)械處所零件數(shù)量占有較高比例，數(shù)倍于常規(guī)船舶。

郵輪技術(shù)引進(jìn)于歐洲，其設(shè)計(jì)模式與亞洲模式(中日韓模式)有著極大差異，同時(shí)機(jī)械處所內(nèi)的舾裝設(shè)計(jì)也有著明顯的地域特點(diǎn)?？紤]基于歐洲合作方(以下稱(chēng)為原廠)提供的各類(lèi)技術(shù)文件、圖紙、參考模型，分析設(shè)計(jì)模式、機(jī)械處所舾裝設(shè)計(jì)特點(diǎn)，與本公司常規(guī)設(shè)計(jì)模式進(jìn)行差異性分析。依托首制國(guó)產(chǎn)大型郵輪的實(shí)船設(shè)計(jì)，對(duì)引進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行屬地化融合及改進(jìn)，尋找適合廠情的解決方案。

1 原廠設(shè)計(jì)作業(yè)模式

1.1 設(shè)計(jì)分工模式

一直采用郵輪中心、下屬船廠、分包商3方分工設(shè)計(jì)模式。郵輪中心進(jìn)行初步放樣，側(cè)重功能完整性。下屬船廠對(duì)較為重要的舾裝件進(jìn)行細(xì)化、出圖并施工。次要舾裝件從設(shè)計(jì)到交驗(yàn)所有工作由分包商完成。

1.2 圖紙模式

郵輪舾裝設(shè)計(jì)理念是結(jié)構(gòu)服務(wù)舾裝，無(wú)論是設(shè)計(jì)還是施工，強(qiáng)調(diào)分區(qū)舾裝完整性。原廠模型劃分突出空間概念，弱化結(jié)構(gòu)概念，以分區(qū)為最小劃分單位，采用綜合出圖模式。制作圖，單個(gè)分區(qū)單個(gè)專(zhuān)業(yè)單個(gè)階段所有類(lèi)型舾裝件集中在一份圖紙。安裝圖，單個(gè)分區(qū)單個(gè)階段所有專(zhuān)業(yè)內(nèi)容集中于一份圖紙中，但配置獨(dú)立托盤(pán)。此類(lèi)安裝圖，幅面大、信息量大，對(duì)工人識(shí)圖能力要求非常高。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)體系

設(shè)計(jì)所用標(biāo)準(zhǔn)按大類(lèi)分為物資相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)、安裝指導(dǎo)文件，每一大類(lèi)又分若干小項(xiàng)，郵輪標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)見(jiàn)表1。

表1 郵輪標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)

原廠技術(shù)文件中，標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)信息比例非常高，嵌套引用頻繁。與配套廠家有關(guān)的內(nèi)容，是建立在與廠家長(zhǎng)期合作基礎(chǔ)之上，由廠家主導(dǎo)，原廠對(duì)此干預(yù)較少。

2 機(jī)械處所舾裝設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1 船體結(jié)構(gòu)劃分

結(jié)構(gòu)劃分即分段、總段劃分。原廠郵輪中心結(jié)構(gòu)劃分方案須同時(shí)滿足旗下多家造船廠起重能力，故以最小起重能力為劃分依據(jù)。分段、總段呈現(xiàn)小型化、輕量化特點(diǎn)，數(shù)量偏多。

國(guó)內(nèi)船廠起重能力強(qiáng)，故而大型分段、總段模式備受推崇。

2.2 舾裝物量、材料及型式

2.2.1 設(shè)備及舾裝物量

大型郵輪機(jī)械處所舾裝特點(diǎn)之一就是大物量、高密度。大型郵輪與民船機(jī)械處所舾裝物量對(duì)比見(jiàn)表2。

由表2可見(jiàn)，大型郵輪舾裝物量數(shù)倍于民船，是一個(gè)巨系統(tǒng)工程。加之其層高遠(yuǎn)小于民船，故單位空間內(nèi)的舾裝件密集度遠(yuǎn)高于民船，一般為4～6倍，設(shè)計(jì)和施工難度頗高。

表2 大型郵輪與民船機(jī)械處所舾裝物量對(duì)比

2.2.2 舾裝材料

大型郵輪舾裝件材料較常規(guī)船舶區(qū)別較大。

舾裝材料多種標(biāo)準(zhǔn)并存。型材為歐洲標(biāo)準(zhǔn)或意大利標(biāo)準(zhǔn)，管材和閥附件為歐洲標(biāo)準(zhǔn)、意大利標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)國(guó)產(chǎn)化替代后，仍存有相當(dāng)數(shù)量的非國(guó)標(biāo)材料，對(duì)設(shè)計(jì)和采購(gòu)均有較大影響。

材料種類(lèi)多、規(guī)格多。目前使用的各類(lèi)型材涉及12大類(lèi)115種，很多規(guī)格的用量非常小。涉及的管材，除常規(guī)材質(zhì)外，還有銅鎳、鋁塑多層復(fù)合、聚丙烯多層復(fù)合、聚乙烯、聚丁烯等材質(zhì)，共11種。

輕量化材料大規(guī)模應(yīng)用。郵輪有著嚴(yán)格的重量控制要求?；谥亓靠刂菩枨?，一些特殊形式的輕量化材料得以大規(guī)模應(yīng)用。

2.2.3 舾裝件形式

常規(guī)船舶機(jī)械處所舾裝件設(shè)計(jì)遵循簡(jiǎn)潔化、輕便化原則，而郵輪恰好相反。從降低全船重心、減振降噪角度出發(fā)，要求舾裝件盡可能 “厚實(shí)”。所以，板材和大規(guī)格槽鋼、H型鋼在基座類(lèi)、起吊類(lèi)等主要舾裝件中應(yīng)用廣泛。同時(shí)，由于機(jī)械處所舾裝件高密度的特性，造成很多舾裝件設(shè)計(jì)需“因勢(shì)而為”，型式變得非常復(fù)雜。這類(lèi)舾裝件對(duì)設(shè)計(jì)、制作和安裝都帶來(lái)了較大的難度，郵輪常見(jiàn)基座形式見(jiàn)圖2。

圖2 郵輪常見(jiàn)基座型式

2.3 舾裝階段與次序

2.3.1 舾裝階段

基于精益設(shè)計(jì)指導(dǎo)原則，公司各類(lèi)產(chǎn)品的舾裝階段會(huì)得到精細(xì)化劃分，主要有小組立及中組立階段(C階段)、大組立階段(B階段)、總段階段(P階段)、船塢及碼頭階段(D階段)，其中C、B階段也稱(chēng)為分段階段。

原廠舾裝階段各階段主要工作及與本公司階段對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表3。

表3 原廠舾裝階段劃分、主要工作及與本公司舾裝階段對(duì)應(yīng)關(guān)系

對(duì)比可見(jiàn)，原廠無(wú)小組立及中組立階段。

2.3.2 舾裝次序

大型郵輪舾裝次序極為重要，施工過(guò)程須嚴(yán)格執(zhí)行。機(jī)械處所舾裝物量大，舾裝件密度高，舾裝件層疊布置極為普遍。施工過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)工人必須嚴(yán)格按照?qǐng)D紙中的順序，逐層推進(jìn)，任何的遺漏或錯(cuò)誤都會(huì)造成已施工的外層舾裝件重新拆卸與安裝，返工物量大。

原廠以復(fù)合施工為主，即某個(gè)施工對(duì)象內(nèi)各專(zhuān)業(yè)所有階段的舾裝施工均由一支工程隊(duì)完成，施工人員普遍為復(fù)合工種，具備多專(zhuān)業(yè)舾裝施工、簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)和綜合規(guī)劃能力。單一的施工群體，更利于對(duì)舾裝次序進(jìn)行總體規(guī)劃、有序施工，外部環(huán)境對(duì)其影響較低。

本公司單一工種、多工程隊(duì)多專(zhuān)業(yè)交叉施工的作業(yè)模式，使得舾裝次序執(zhí)行難度更大，給設(shè)計(jì)和生產(chǎn)組織帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。

2.4 預(yù)舾裝率

在常規(guī)船舶產(chǎn)品中，預(yù)舾裝率是體現(xiàn)船廠設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理先進(jìn)性的重要指標(biāo)，長(zhǎng)期以來(lái)，各大船廠一直致力于提高船舶預(yù)舾裝率，實(shí)現(xiàn)船舶高效建造。但郵輪項(xiàng)目不然，其自身特點(diǎn)及舾裝作業(yè)特殊性，決定了預(yù)舾裝率不再是船廠追求的目標(biāo)。按次序有序推進(jìn)舾裝施工、降低舾裝差錯(cuò)率、減少施工廢返才是郵輪舾裝的關(guān)鍵，原廠舾裝物量分布可以充分印證這一點(diǎn)。原廠舾裝階段劃分與本公司相當(dāng)，但物量主要集中在SR7000和SR4000階段。大型郵輪與本公司常規(guī)船舶產(chǎn)品各階段舾裝物量占比見(jiàn)表4。

表4 大型郵輪、常規(guī)船舶產(chǎn)品各階段舾裝物量占比 %

表4郵輪數(shù)據(jù)是本公司基于原有設(shè)計(jì)優(yōu)化后的結(jié)果，原廠數(shù)據(jù)更低。

2.5 設(shè)計(jì)細(xì)化程度

重功能輕細(xì)節(jié)。郵輪注重客戶體驗(yàn)，設(shè)計(jì)重點(diǎn)集中于乘客涉足的區(qū)域。對(duì)于只有船員才能到達(dá)的區(qū)域，如機(jī)械處所，設(shè)計(jì)普遍以功能性為主，即在滿足功能性要求的前提下，對(duì)細(xì)節(jié)方面不做過(guò)多要求。

3 設(shè)計(jì)作業(yè)模式融合及舾裝設(shè)計(jì)優(yōu)化

原廠設(shè)計(jì)模式與本公司截然不同，舾裝設(shè)計(jì)也差異較大，照搬照抄，必定出現(xiàn)水土不服，基于本公司廠情進(jìn)行設(shè)計(jì)模式融合改進(jìn)、舾裝設(shè)計(jì)優(yōu)化是郵輪本土設(shè)計(jì)順利開(kāi)展必要條件之一。

3.1 基于廠情的新郵輪設(shè)計(jì)模式

3.1.1 分工模式融合與改進(jìn)

最大限度推行精益設(shè)計(jì)模式。機(jī)械處所實(shí)行集中設(shè)計(jì)、外協(xié)預(yù)制、船廠安裝方式，生產(chǎn)部門(mén)嚴(yán)格按圖施工，通過(guò)精細(xì)化圖紙約束施工隨意性，保留一級(jí)工藝。

按本公司設(shè)計(jì)部門(mén)業(yè)務(wù)分工，重新調(diào)整圖紙專(zhuān)業(yè)歸屬。梳理兩者專(zhuān)業(yè)分工差異性，對(duì)部分圖紙分工進(jìn)行屬地化調(diào)整，使其與現(xiàn)有專(zhuān)業(yè)分工模式吻合，便于設(shè)計(jì)任務(wù)指派和工作開(kāi)展。

3.1.2 圖紙模式融合與改進(jìn)

以結(jié)構(gòu)為中心和以空間為中心的設(shè)計(jì)、施工方式并存。在分區(qū)空間形成以前，施工活動(dòng)仍基于分段、總段開(kāi)展。分區(qū)空間形成以后，摒棄結(jié)構(gòu)概念，以分區(qū)空間邊界作為施工、交驗(yàn)的最小單位。設(shè)計(jì)工作按此原則，SR7000之前階段，模型和圖紙?jiān)诜謪^(qū)基礎(chǔ)上按分段、總段拆解細(xì)分。SR4000之后階段，以分區(qū)空間為單位進(jìn)行操作。圖紙采用分專(zhuān)業(yè)、分階段、分類(lèi)型、小顆粒度模式，同時(shí)圖紙與訂貨、托盤(pán)實(shí)現(xiàn)一一對(duì)應(yīng)。

3.1.3 標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化與新標(biāo)準(zhǔn)體系建立

標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化、篩選與精細(xì)化設(shè)計(jì)指導(dǎo)文件完善。去除或弱化原廠標(biāo)準(zhǔn)體系中廠家標(biāo)準(zhǔn)和廠商典型圖相關(guān)內(nèi)容，轉(zhuǎn)尋相同或相似的國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。補(bǔ)充精細(xì)化設(shè)計(jì)相關(guān)指導(dǎo)文件，如設(shè)計(jì)慣例(SDP)、設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)、校審手冊(cè)等。以現(xiàn)有船型文件為基礎(chǔ)，精選通用內(nèi)容并補(bǔ)充郵輪專(zhuān)屬內(nèi)容，形成郵輪適用文件，最終建立滿足國(guó)產(chǎn)化需求并適應(yīng)本公司實(shí)情的新郵輪標(biāo)準(zhǔn)體系。

3.2 舾裝設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.2.1 結(jié)構(gòu)劃分再優(yōu)化

根據(jù)我司起重能力，按大型化原則，重新調(diào)整分段、總段劃分，適當(dāng)減少分段、總段數(shù)量，見(jiàn)圖3。在減少分段總組、總段搭載工作量的同時(shí)，最大限度降低分段、總段邊界對(duì)舾裝設(shè)計(jì)、施工的影響。

圖3 郵輪結(jié)構(gòu)劃分優(yōu)化示意

3.2.2 舾裝材料規(guī)格及舾裝件型式簡(jiǎn)化

舾裝材料最大限度國(guó)產(chǎn)化。對(duì)現(xiàn)有模型中的歐標(biāo)材料進(jìn)行替換，降低非國(guó)標(biāo)類(lèi)材料比例。

材料規(guī)格簡(jiǎn)化。梳理國(guó)內(nèi)原材料市場(chǎng)管材、型材、板材常用規(guī)格并結(jié)合民船、海工項(xiàng)目常用材料優(yōu)選規(guī)則建立郵輪舾裝件原材料優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)。以該規(guī)則作為指導(dǎo)，對(duì)規(guī)格接近、用量不大的材料進(jìn)行合并替代。

舾裝件型式優(yōu)化。通過(guò)對(duì)周?chē)秆b件布置的調(diào)整，使主要舾裝件，如基座、起吊類(lèi)部件等型式盡可能規(guī)整、簡(jiǎn)潔。同一舾裝件內(nèi)材料種類(lèi)及規(guī)格盡可能單一。

3.2.3 舾裝階段前移

根據(jù)本公司小組立及中組立舾裝需求，對(duì)原廠設(shè)計(jì)階段進(jìn)行優(yōu)化，新增SR9000階段，與本公司C階段對(duì)應(yīng)，開(kāi)展片段化舾裝(見(jiàn)圖4)和封艙件先行舾裝大型郵輪機(jī)械處所多數(shù)分段以外板或非基座安裝面作為建造時(shí)的胎架支撐面，具備設(shè)備基座分段安裝基本條件，多數(shù)基座可由SR7000階段前移至SR6000階段安裝。

圖4 片段化舾裝件安裝

對(duì)一些反態(tài)建造、不參加總組、直接搭載的獨(dú)立分段和嵌入式分段，在分段翻身后、搭載前適當(dāng)駐留，將原本在SR4000階段的安裝的設(shè)備等提前安裝，避免船塢內(nèi)擁擠空間施工。

3.2.4 合理設(shè)置實(shí)現(xiàn)舾裝次序及托盤(pán)物量

基于郵輪舾裝施工次序及物量特點(diǎn)，借鑒常規(guī)船舶舾裝物量管理經(jīng)驗(yàn)，依托大型郵輪數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件 Smart 3D進(jìn)行舾裝自動(dòng)化設(shè)計(jì)二次開(kāi)發(fā)，形成適應(yīng)郵輪舾裝現(xiàn)狀的托盤(pán)精細(xì)化管理軟件。利用軟件進(jìn)行分段模型提取、舾裝件類(lèi)型劃分、舾裝件外形尺寸信息提取、舾裝件坐標(biāo)信息提取、及舾裝件工時(shí)信息導(dǎo)入與匹配。在工時(shí)定額的基礎(chǔ)上，按照現(xiàn)場(chǎng)舾裝“先熱后冷，自下而上，從易到難”的舾裝原則，實(shí)現(xiàn)舾裝件安裝次序合理匹配和舾裝托盤(pán)精細(xì)化劃分。提高設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)大物量設(shè)計(jì)的能力。

4 結(jié)論

1)首制船設(shè)計(jì)模式融合與改進(jìn)是以設(shè)計(jì)人員對(duì)郵輪及郵輪體系初步認(rèn)知為基礎(chǔ)，暫時(shí)解決了當(dāng)時(shí)最緊要的郵輪國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)推進(jìn)問(wèn)題。隨著設(shè)計(jì)深入及建造全面展開(kāi)，模式融合中尚未完全解決的問(wèn)題被放大化，對(duì)設(shè)計(jì)和建造都產(chǎn)生了一定的影響。在首制船機(jī)械處所施工進(jìn)入中后期時(shí)，有必要對(duì)現(xiàn)行模式，結(jié)合問(wèn)題點(diǎn)進(jìn)行一次全面的評(píng)估，尋找制約因素及其解決方法。

2)通過(guò)對(duì)郵輪原有標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行轉(zhuǎn)化并補(bǔ)充精細(xì)化設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容，有效地保證了精益設(shè)計(jì)模式在郵輪首制船設(shè)計(jì)中應(yīng)用。通過(guò)實(shí)船設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中信息反饋，持續(xù)完善現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)并形成新郵輪標(biāo)準(zhǔn)體系是郵輪體系建設(shè)的重要工作。

3)實(shí)現(xiàn)郵輪國(guó)產(chǎn)化，舾裝材料全面國(guó)產(chǎn)化必須先行。實(shí)現(xiàn)舾裝材料全面國(guó)產(chǎn)化，是后續(xù)船重點(diǎn)推進(jìn)工作之一。這對(duì)縮短舾裝件采購(gòu)周期、提高廠家備料便捷性、降低設(shè)計(jì)和修改限制性、綜合成本控制等方面都會(huì)有積極作用。