63.6 k散貨船工法設(shè)計(jì)優(yōu)化

摘" " 要：為提高船舶建造效率，縮短船舶建造周期及節(jié)約建造成本，工法創(chuàng)新設(shè)計(jì)及優(yōu)化設(shè)計(jì)尤為重要。本文以63.6k散貨船的工法設(shè)計(jì)為案例，對前期圖紙相關(guān)研討內(nèi)容、落實(shí)情況及優(yōu)化成果進(jìn)行介紹與分析，詳細(xì)闡述了工法設(shè)計(jì)創(chuàng)新和工法設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要性，為今后的工法設(shè)計(jì)指明方向。該研究成果可為船舶工法設(shè)計(jì)提供一定參考。

關(guān)鍵詞：工法設(shè)計(jì)；優(yōu)化；分段劃分；吊裝孔；涂裝腳手架；探傷

中圖分類號：U671.8" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Optimization of Engineering Design for 63.6 k Bulk Carrier

XIONG Yuanyuan

（ COSCO Shipping Heavy Industry （Zhoushan） Co.， Ltd.，" Zhoushan 316131 ）

Abstract： In order to improve the efficiency of shipbuilding， shorten the period of shipbuilding and save the construction cost， the innovative engineering design and optimization design of construction methods are particularly important. By taking the engineering design of 63.6 k bulk carrier as an example， this article introduces and analyzes the relevant discussion contents， implementation status and optimization results as for the preliminary drawings， as well as expounds in detail the importance of innovation and optimization for the engineering design of the construction methods， which points the direction way for the future engineering design in construction methods. The research results can provide certain reference for the ship engineering design of construction methods.

Key words： engineering design;" optimization;" block design;" lifting hole;" paint staging;" flaw detection

1" " "引言

降本增效是每個造船廠共同的目標(biāo)，眾所周知，造船廠是一個大型密集型企業(yè)，涉及到的工種繁多，交叉作業(yè)也多，各道工序都需連貫作業(yè)，最好是做到流水線作業(yè)，減少中間冗余作業(yè)，提高施工效率，降低造船工時。工法設(shè)計(jì)優(yōu)化是造船廠降本增效的有力手段，從經(jīng)營接單開始，做各方面的研究，確保項(xiàng)目建造的可行性，能盈利且有競爭力。針對船東提供的初步設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行生產(chǎn)圖紙的設(shè)計(jì)，不同的船廠設(shè)計(jì)劃分模式不盡相同。部分船廠會將分段劃分、DAP組立順序圖（分段制作順序）、余量布置圖、劃線圖、搭載網(wǎng)絡(luò)圖、吊耳布置、腳手架工裝、防變形工裝等相關(guān)設(shè)計(jì)列入工法設(shè)計(jì)的范疇。因此，在船東提供初步設(shè)計(jì)后，工法設(shè)計(jì)通常是最先介入的。根據(jù)船型特有的建造方式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)行相關(guān)的工法設(shè)計(jì)，并出圖向船東送審，如分段吊裝孔及眼板布置圖、臨時工藝孔布置圖、分段預(yù)密性試驗(yàn)工藝、涂裝用腳手架開孔、輔助零件清除基準(zhǔn)等圖紙。這些工法圖紙的前期設(shè)計(jì)的好壞直接影響船舶的建造周期和船舶建造質(zhì)量，因此工法設(shè)計(jì)優(yōu)化是船舶建造降本增效的有力推手。

2" " 63.6 k散貨船工法設(shè)計(jì)的概況

63.6 k散貨船接單后，首先是列出工法項(xiàng)目研討清單，并定期組織開展研討，以確保生產(chǎn)設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行。前期研討內(nèi)容包括分段劃分、精度控制方案、焊接工藝、腳手架布置、吊裝方案等。船舶分段劃分，為船舶生產(chǎn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)；船舶建造精度控制方案，主要為無余量合攏比例、切修率、當(dāng)金率、原始坡口保留率等，為船舶的建造精度提供依據(jù)；高效焊應(yīng)用范圍、吊耳及加強(qiáng)等輔助零件清除基準(zhǔn)，為分段的高效制作提供依據(jù)；腳手架工裝及搭設(shè)、分段吊裝方案研討（小組、中組、大組、總組及搭載吊耳共用、吊裝合理性、掛鉤方式、吊裝盲區(qū)、鉤差控制，夾角控制等）、分段駁運(yùn)方案、平直分段二維測量方案、總組搭載工藝方案、主機(jī)、槳、舵吊裝方案、下水工裝布置等工藝為分段建造的安全提供依據(jù)。工法設(shè)計(jì)科室針對研討清單，按照計(jì)劃進(jìn)行研討，以確保船舶建造周期短、低成本、高效率、高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)交付。

船舶開工建造后，針對前期的研討進(jìn)行跟蹤落實(shí)，對發(fā)現(xiàn)的問題及時分析、糾正或優(yōu)化。如，機(jī)艙區(qū)域防變形加強(qiáng)按照前期研討的結(jié)果進(jìn)行安裝，分段在總組過程中，發(fā)現(xiàn)很多防變形加強(qiáng)是多余的，經(jīng)現(xiàn)場分析會，決定后續(xù)船對機(jī)艙區(qū)域防變形圖紙進(jìn)行優(yōu)化，以減少船舶輔材。通過不斷提高管理水平和工法設(shè)計(jì)水平，工法設(shè)計(jì)優(yōu)化在船舶建造各個階段凸顯作用，嚴(yán)格落實(shí)了設(shè)計(jì)和工藝要求，把63.6 k散貨船打造成精品項(xiàng)目，達(dá)到提高施工效率和降低造船成本的目的。

3" " "63.6 k散貨船工法設(shè)計(jì)優(yōu)化的內(nèi)容

3.1" "分段劃分優(yōu)化設(shè)計(jì)

分段劃分要考慮船廠的起重能力、加工能力、駁運(yùn)能力、涂裝能力以及建造能力。其中起重能力和加工能力制約船舶建造分段的大小，涂裝能力決定分段建造的尺寸。一些小型船廠加工能力不足，不僅沒有成套的冷加工設(shè)備，也不具備雙曲面外板成形加工技術(shù)。公司前期建造的64 k散貨船貨艙區(qū)分段劃分長度為11～13 m，分段尺寸較小，數(shù)量較多，增加了總組及搭載吊裝次數(shù)，增加了船舶的建造成本，不利于縮短船舶建造周期。參見圖1。

63.6 k分段劃分時，結(jié)合前期64 k散貨船的建造經(jīng)驗(yàn)和各方面因素的統(tǒng)籌考慮，把貨艙區(qū)分段長度控制在13～15 m。優(yōu)化后貨艙區(qū)分段數(shù)量減少了5個，總段數(shù)量少了2個，分段合攏焊縫長度減少約130 m，碼板數(shù)量減少500塊，C型總段防變形支撐減少了4根。由于公司目前的加工能力不足，三芯輥加工最大板長為13 m。下舷側(cè)分段舭部圓弧外板長度超出13 m，加工前需對其額外增加一道對接縫，分兩塊進(jìn)行加工。63.6 k散貨船分段劃分優(yōu)化后舭部圓弧外板需增加對接焊縫的分段為626/636/627/637/628/638共6個分段，額外增加對接焊縫長度17.8 m，參見圖2。63.6 k分段優(yōu)化后利大于弊，船舶建造效率提升15%，建造費(fèi)用降低7.6%。

3.2" 分段吊裝工法設(shè)計(jì)創(chuàng)新

生產(chǎn)設(shè)計(jì)前期，工法設(shè)計(jì)提前介入設(shè)計(jì)分段吊裝孔及眼板布置，生產(chǎn)設(shè)計(jì)進(jìn)行分段吊裝孔和吊裝眼板建模設(shè)計(jì)：1）自主設(shè)計(jì)載荷40 t的異型卸扣配合吊裝孔及眼板使用，安全系數(shù)為3，公司按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行采購，參見圖3；2）對船體結(jié)構(gòu)上的吊裝孔及眼板進(jìn)行有限元計(jì)算，其設(shè)計(jì)強(qiáng)度滿足吊裝要求，安全系數(shù)為2，參見圖4；3）工法設(shè)計(jì)分段吊裝圖時，按照吊裝孔的布置圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保吊裝孔受力在計(jì)算負(fù)荷內(nèi)；4）跟蹤現(xiàn)場施工及吊裝情況，確保理論設(shè)計(jì)與現(xiàn)場保持一致，參見圖5。這樣的吊裝創(chuàng)新設(shè)計(jì)減少了傳統(tǒng)吊耳的制作和安裝，可節(jié)約人工和船舶建造輔材，有利降本增效。

3.3" 分段涂裝腳手架工法設(shè)計(jì)創(chuàng)新

船舶建造過程中離不開腳手架的使用。腳手架安全和質(zhì)量常規(guī)要求如下：1）腳手架鋼管材料通常使用φ48×3.5 mm 規(guī)格，長度一般控制在1～6 m，新舊鋼管外表應(yīng)平直光順，不應(yīng)有損傷；舊鋼管重點(diǎn)檢查表面銹蝕狀況，銹蝕深度大于 0.5 mm的鋼管禁止使用；2）立桿的鋼管彎曲值不大于 15 mm， 斜桿、水平桿的鋼管彎曲值不應(yīng)大于 30 mm；3）腳手網(wǎng)板采用沖壓鋼，新舊腳手網(wǎng)板成品均應(yīng)有防滑措施，均不得有裂紋、脫焊與硬彎，均應(yīng)噴涂防銹漆，板面四角未有明顯翹起，網(wǎng)板長度L≤4 m，板面撓曲不應(yīng)大于 12 mm，網(wǎng)板長度L＞4 m，板面撓曲不應(yīng)大于 16 mm；4）腳手架扣件應(yīng)選用鍛鑄鐵制作的扣件，其材質(zhì)必須符合現(xiàn)行國標(biāo)《鋼管腳手架扣件》GB 15 831-2006 的規(guī)定，在扣件螺栓擰緊扭力矩達(dá) 65 N·m時，不得發(fā)生斷裂，扣件應(yīng)進(jìn)行涂油防銹處理[1]。

分段涂裝腳手架工法設(shè)計(jì)創(chuàng)新尤為重要，涂裝腳手架除了要滿足以上要求外，還要滿足現(xiàn)場施工簡單、搭設(shè)簡潔、所需腳手管最少。根據(jù)63.6 k散貨船上下邊柜固有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在得到船東認(rèn)可的前提下，在非水密實(shí)肋板上設(shè)計(jì)Φ65 mm涂裝開孔，腳手架鋼管穿入這些涂裝開孔，以替代立桿鋼管腳手架，現(xiàn)在已投入使用，使用效果良好，參見圖6。

3.4" "橫艙壁、小甲板分段建造優(yōu)化

63.6 k散貨船橫艙壁分段和小甲板分段舾裝件較多，后期安裝困難，周期長，而且還會破壞油漆，不利于生產(chǎn)。為保證橫艙壁分段澳梯在先行階段全部預(yù)裝結(jié)束，優(yōu)化橫艙壁分段建造方案，以底墩平底一側(cè)為建造基面，實(shí)現(xiàn)分段翻身數(shù)量最少，施工節(jié)奏最快，符合研討效果。小甲板分段反頂維修平臺及甲板面預(yù)裝件在分段階段安裝，工序前移，有利于確保分段完整性。具體優(yōu)化內(nèi)容為限定吊裝鋼絲繩繩長，避免鋼絲繩與小甲板分段舾裝件干涉。同時小甲板分段采用落地翻身方式，有效避免吊裝時鋼絲繩與維修平臺干涉，加大分段的預(yù)舾裝率，參見圖7。

3.5" "分段合攏縫探傷工法設(shè)計(jì)優(yōu)化

船舶建造過程中，需要對分段合攏焊縫進(jìn)行探傷檢驗(yàn)，檢查焊縫內(nèi)部缺陷。根據(jù)船舶檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) 《船舶鋼焊縫照相工藝和質(zhì)量分級》對缺陷類型的規(guī)定，將缺陷類型分為體積型缺陷及面型缺陷，即氣孔、夾渣、裂紋、未焊透、未熔合等5類[2]。射線RT探傷是一種基于所希望的輻射傳遞或吸收原理的無損探傷方法。工件中厚度減薄或低密度的地方可以穿過較多的射線、因而吸收的輻射能量較小。穿過被檢工件的射線會在接收射線的底片上形成有對比度的影像。具有高射線傳遞能力（低吸收）的區(qū)域會在經(jīng)過暗室處理的底片上形成一個黑的影像區(qū)。而具有較低射線傳遞能力（高吸收）的區(qū)域會在經(jīng)過暗室處理的底片上形成一個較淡的影像區(qū)域。而PAUT超聲波相控陣檢測更具備環(huán)保、高效等特點(diǎn)，焊縫的缺陷定性中相對常規(guī) A 超和射線檢測相比有它獨(dú)特的優(yōu)勢[3]。工法設(shè)計(jì)時主動與船級社進(jìn)行溝通，將63.6 k散貨船上重要位置的RT探傷點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，采用PAUT代替RT探傷點(diǎn)位。采用PAUT至少可減少現(xiàn)場等待探傷結(jié)果的時間約5 h，同時減少對現(xiàn)場施工的影響，不存在交叉作業(yè)，消除了RT探傷射線輻射的安全隱患，提高了施工效率和工作的安全性，參見圖8、圖9。

4" " 63.6 k散貨船工法設(shè)計(jì)優(yōu)化的成果

4.1" "分度劃分優(yōu)化后的成果

63.6 k散貨船貨艙區(qū)分段設(shè)計(jì)優(yōu)化后，分段吊裝減少5吊，總段吊裝減少2吊，節(jié)約吊裝時間24 h。減少合攏焊縫130 m，節(jié)約人工費(fèi)4.29萬元，焊材0.22萬元。馬板數(shù)量減少500塊，節(jié)約船舶建造輔材3.8 t，金額1.88萬元。63.6 k散貨船艏樓分段設(shè)計(jì)優(yōu)化后，減少總組對接焊縫25 m，減少腳手架搭設(shè)30 m2，減少分段吊裝T30吊耳8只，減少焊縫打磨約25 m，減少油漆修補(bǔ)8 m2，減少分段駁運(yùn)1次，節(jié)約分段防變形加強(qiáng)材1.5 t，節(jié)省船臺總組時間1天。經(jīng)過對分段劃分的優(yōu)化設(shè)計(jì)，單船節(jié)約建造成本約11.39萬元。此外，分段劃分的優(yōu)化不僅僅是降本增效，更重要的是縮短船舶建造周期，為打造精品項(xiàng)目奠定基礎(chǔ)。

4.2分段吊裝工法設(shè)計(jì)創(chuàng)新成果

分段吊裝工法設(shè)計(jì)創(chuàng)新應(yīng)用于63.6 k散貨船，貨艙區(qū)分段95%以上使用吊裝孔進(jìn)行吊裝作業(yè)，安全、方便、簡潔、可靠。首次在上舷側(cè)分段大艙肋骨上、雙層底中組立和不規(guī)則上下舷側(cè)肋板上設(shè)計(jì)吊裝孔，單船設(shè)計(jì)吊裝孔480個，其中雙層底中組立Φ60吊裝孔數(shù)量240個，下舷側(cè)中組立Φ60吊裝孔40個，上舷側(cè)不規(guī)則肋板Φ60吊裝孔46個，下舷側(cè)不規(guī)則肋板φ60吊裝孔80個，上下舷側(cè)分段大艙肋骨Φ90吊裝孔74個。Φ60吊裝孔代替C10噸傳統(tǒng)吊耳，節(jié)約C10噸傳統(tǒng)吊耳406只，共計(jì)節(jié)約吊耳成本12.18萬元。Φ90吊裝孔代替D40噸傳統(tǒng)吊耳，節(jié)約D40 噸傳統(tǒng)吊耳74只，共計(jì)節(jié)約7.4萬元。單船總計(jì)節(jié)約吊耳成本19.58萬元。

4.3" "分段涂裝腳手架工法設(shè)計(jì)創(chuàng)新成果

分段腳手架是指施工現(xiàn)場為工人操作并解決垂直和水平運(yùn)輸而搭設(shè)的各種支架，主要為了施工人員上下工作或外圍安全網(wǎng)維護(hù)及高空安裝構(gòu)件。腳手架制作材料通常有竹、木、鋼管或合成材料，我們使用鋼管等搭設(shè)腳手架[4]。涂裝腳手架也屬于分段腳手架的一種，既可以進(jìn)行施工作業(yè)又可以進(jìn)行噴砂油漆作業(yè)，一種腳手架多種用途，把腳手架的各項(xiàng)功能集成化、系統(tǒng)化，有利于最大限度的利用分段腳手架，減少搭架次數(shù)，降低人工成本。63.6 k散貨船上下舷側(cè)分段設(shè)計(jì)涂裝腳手架開設(shè)直徑Φ65孔共計(jì)370個，每個開孔節(jié)約腳手架立桿鋼管2根，水平桿鋼管1根。單船節(jié)約腳手架搭設(shè)材料5 t，節(jié)省352工時，節(jié)約人工費(fèi)1.32萬元。

4.4" "橫艙壁、小甲板分段建造優(yōu)化成果

63.6 k散貨船橫艙壁及小甲板分段建造進(jìn)行研討，采用減少加強(qiáng)、限定吊裝鋼絲繩繩長、采用落地輔助翻身等方法降低成本，減少分段翻身次數(shù)，同時能夠提高分段預(yù)舾裝率，工序前移，確保分段的完整性。通過這些方面的優(yōu)化，單船降低工裝成本約1萬元，節(jié)約分段吊裝翻身人工費(fèi)0.2萬元，減少后行預(yù)裝時間約5天。此項(xiàng)優(yōu)化不僅降低了船舶的建造成本，還能提高船舶建造質(zhì)量，有利于縮短船舶總組周期。

4.5" "分段合攏縫探傷工法設(shè)計(jì)優(yōu)化成果

船舶建造過程中，對焊接質(zhì)量要求非常高，特別是高應(yīng)力區(qū)，十字焊縫，搭載合攏縫等，這些部位的焊縫質(zhì)量尤為重要。為了探明焊縫的內(nèi)部缺陷，大部分船廠使用的UT和RT進(jìn)行檢測。在63.6 k散貨船項(xiàng)目上首次采用PAUT代替RT進(jìn)行焊縫檢測，設(shè)計(jì)的圖紙及檢測點(diǎn)位得到船檢的認(rèn)可。通過改變檢測方法，在不影響焊縫檢測功能的前提下，使PAUT檢測更方便、更快捷、更高效、更安全。63.6 k散貨船合攏縫探傷優(yōu)化后，PAUT代替RT檢測點(diǎn)880個，單船節(jié)約人工550個，檢測人工費(fèi)為320元/個，節(jié)約檢測費(fèi)用17.6萬元。

5" " 結(jié)論

工法設(shè)計(jì)貫穿于船舶建造的全過程，從經(jīng)營接單開始，一直到船舶交付，各個環(huán)節(jié)都緊密聯(lián)系在一起。只有不斷創(chuàng)新設(shè)計(jì)才能走出設(shè)計(jì)瓶頸，（下轉(zhuǎn)第頁）（上接第頁）

突破工法設(shè)計(jì)的局限性。只有不斷地設(shè)計(jì)優(yōu)化，才能把優(yōu)秀的方案和完美的做法傳承到后續(xù)船舶建造中，對工藝進(jìn)行固化，對方案進(jìn)行研究，確保各道工序都能做到極致，消除冗余工作。63.6 k散貨船的通過以上的工法設(shè)計(jì)優(yōu)化，直接節(jié)約船舶建造成本51.09萬元。本文針對該船的工法設(shè)計(jì)的概況、優(yōu)化及成果進(jìn)行介紹與分析，詳細(xì)闡述了工法設(shè)計(jì)創(chuàng)新和工法設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要性，為今后的工法設(shè)計(jì)指明方向。船舶建造過程中應(yīng)不斷探尋新工藝、新工裝和新方法，不斷提高船舶建造效率，縮短建造周期，降低船舶建造成本，對提高散貨船的建造質(zhì)量和性能有著重要的意義。

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