鋼殼沉管隧道通用件設(shè)計方案研究及應(yīng)用

中圖分類號：U671.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Research and Application of Common Parts Design Scheme forSteel-Shell Immersed Tunnels

ZHU Xiaoyan'， LIU Ya¹ ，MALing'，LIUDi2，PANJunfal（1CSSCHuangpuWenchongSipBuldingompanyLimited，Guangzou50715，China;2.Shenzen-ZhongshanBridgeanagementCteZhongshan 528403， China）

Abstract： Large-scale steel structures feature high-volume production， structural uniformity， and internal similarity withnumeroussmal-sized，lightweight，andidenticalcomponents.Traditional designand nestingmethods suffer from prolonged design hours，low field kitting efciency，part los，and material underutilization.Focusing on a steel-shellimmersed tunnel project，this studyanalyzes the similarityof numerous smallconnectors within tunnel segments.Acommon parts design scheme is proposed，enhancing nesting effciency，material utilizationof small parts，field kiting efficiency，andassembly productivity，thereby improving enterprise profitability.This approach offers references for shipbuilding and large-scale steel construction.

Key words： common parts; nesting; cost effciency enhancement; immersed tunnel

1 引言

在船舶、鋼殼沉管、橋梁等大型鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計建造過程中，通常以模塊為單位開展生產(chǎn)設(shè)計、套料加工和裝配建造工作。在制作時先將較多的零部件按照圖紙要求裝配焊接成模塊，然后再將多個模塊拼裝成完整的鋼結(jié)構(gòu)。以我司承建的鋼殼沉管為例，鋼殼沉管包含多個管節(jié)。每個管節(jié)均包括內(nèi)外面板、縱橫隔板、縱橫加強(qiáng)筋[及各類管子結(jié)構(gòu)。經(jīng)過分析研究，鋼殼沉管結(jié)構(gòu)中的縱橫加強(qiáng)筋、各類管子等零部件的數(shù)量占比達(dá)到 80% 以上，但重量占比僅在 10% 左右，且不同的管節(jié)有大量相同或相似的零部件，具有數(shù)量多、零件小和相似度高的特點(diǎn)。若這些零部件仍按傳統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)計方法以分段為單位進(jìn)行設(shè)計、套料加工，勢必會產(chǎn)生較多的重復(fù)工作，大量占用人力資源，使得設(shè)計人員的工作效率難以提升，還可能造成材料的浪費(fèi)。同時，現(xiàn)場工人書寫零件信息、理料、集配的工作量也將大幅增加，導(dǎo)致生產(chǎn)效率不高，影響建造進(jìn)度，引起建造成本增加。

隨著沉管隧道項(xiàng)目的持續(xù)推進(jìn)以及深入優(yōu)化設(shè)計，針對上述存在的問題，技術(shù)人員研究采用通用件的設(shè)計和套料方式，代替原生產(chǎn)設(shè)計的零件命名以及套料方法，從而解決上述存在的問題。沉管通用件設(shè)計方案主要是將所有相同或尺寸十分相近的零件2統(tǒng)一命名，統(tǒng)一套料，其目的是深人固化圖紙樣式，提高設(shè)計套料效率和鋼材利用率，以及促進(jìn)現(xiàn)場集配效率的提升。其中固化圖紙樣式是為了方便現(xiàn)場人員施工，使得現(xiàn)場人員看到零件名就能夠指導(dǎo)零件安裝位置。鋼殼沉管通用件設(shè)計方案擬將結(jié)構(gòu)圖紙的表示方法，零件的套料方式，以及材料使用要求等進(jìn)行優(yōu)化，從而高效指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)，提高現(xiàn)場的施工效率，解決建造中存在的主要問題。

2 通用件設(shè)計方案

2.1通用件要求

1）設(shè)計人員首先依據(jù)結(jié)構(gòu)圖紙匯總所有能夠設(shè)計成通用件的零件，這類零件需要同時滿足以下要求，缺一不可。其一，零件數(shù)量多而小，其二，此類零件是不屬于探傷要求的零件。

2）通用件的名稱設(shè)計條件，其名稱設(shè)計需要滿足以下兩個基本要求：一是名稱便于識別，要能實(shí)現(xiàn)通過零件名就能知道零件安裝的位置；二是通用件名稱要簡單，以方便現(xiàn)場下料人員書寫文字信息及管理等工作。

3）通用件的套料設(shè)計，因?yàn)橥ㄓ眉臄?shù)量龐大，因此需要針對通用件的套料進(jìn)行設(shè)計，目的是要提高設(shè)計人員的工作效率以及現(xiàn)場切割人員的集配效率，最終達(dá)到提高所有人員工作效率。

4）設(shè)計清晰的通用件零件與部件關(guān)系。因?yàn)樗械牧慵c零件需要組成部件，部件與部件組成更大的組件，所以同樣的通用件零件會安裝到不同的部件或組件上面，我們需要梳理清楚通用件的安裝流程，確保零件在安裝過程中不會混亂。

5）對現(xiàn)場施工人員進(jìn)行培訓(xùn)技術(shù)交底。這一步是為了告知現(xiàn)場采用新的通用件設(shè)計方案后各項(xiàng)注意事項(xiàng)，主要包括通用件設(shè)計思路、通用件套料方式，明確上述信息后，現(xiàn)場下料、集配、安裝等人員對整個工序形成共識，真正將通用件設(shè)計方案用到各個不同作業(yè)人員手中，保證施工中的下料安裝質(zhì)量。

2.2通用件實(shí)施方式

下面以我司承建的E12管節(jié)為例，對通用件實(shí)施方式進(jìn)行說明。

1）通用件篩選。設(shè)計人員首先依據(jù)結(jié)構(gòu)圖紙判斷出所有能夠設(shè)計成通用件的零件。深中通道是國內(nèi)首個大型鋼殼結(jié)構(gòu)沉管隧道，其結(jié)構(gòu)中有大量的相同小尺寸的連接件，而且這些連接件的相似性很高。如其單個I類標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)鋼結(jié)構(gòu)重量約 10000t ，包括內(nèi)外面板、縱橫隔板、縱橫加筋肋以及各類管子結(jié)構(gòu)，其中管子數(shù)量以及縱橫向加筋肋零件數(shù)量占比達(dá)到 80% 以上，零件數(shù)量約90000多件，但是這類零件重量占比僅 10% 左右，這些零件特點(diǎn)就是小、輕、多。經(jīng)過分類分析研究后，針對這類零件梳理整理編制出能夠制作通用件的零件，表1為E12管節(jié)部分通用件數(shù)量統(tǒng)計。

2）通用件的名稱設(shè)計。通用件名設(shè)計不僅要滿足好記的要求，還需要方便下料人員書寫，同時通用件名與結(jié)構(gòu)圖零件明細(xì)表里面的零件名相匹配，即表示通用件零件名需要體現(xiàn)組件部件名。如圖1為通用件在結(jié)構(gòu)圖中的安裝位置，表2為零件明細(xì)表中通用件所在組件的數(shù)量。

圖1通用件在結(jié)構(gòu)圖中的安裝位置示意圖

通用件名按照上述設(shè)計后，通用件在各組件下的數(shù)量清晰明了，并清晰的表達(dá)了通用件與部件的關(guān)系，同時在各分段零件明細(xì)表的最后一頁，給出一個分段的通用件清單，這樣就極大的方便了現(xiàn)場集配材料，因?yàn)椴煌M件下面通用件數(shù)量不一樣，如果讓現(xiàn)場按照組件下的通用件集配，那么現(xiàn)場集配效率大打折扣，針對在零件明細(xì)表最后一頁給出通用件清單，標(biāo)明了整個分段的通用件使用情況，現(xiàn)場集配人員拿著這個清單找下料車間領(lǐng)料即可。表3為某分段通用件表及分段套料清單。

3）通用件套料設(shè)計。E12管節(jié)單個管節(jié)通用件大概有70000多件，為方便現(xiàn)場管理和施工，這么多通用件下料不能一次性全部下料完。針對通用件的套料，其套料原則主要有以下方面；（1）就是保證現(xiàn)場即下即用，減少場地堆放；（2）針對數(shù)量較少的通用件采用全管節(jié)套料，方便套料以及現(xiàn)場管理；（3）套料利用率，即每一張板上盡量只套料一種或者兩種零件，要保證每張板零件套料滿，避免產(chǎn)生余料。最后一點(diǎn)就是套料批次盡量能夠共用，這將極大提高設(shè)計人員工作效率。

4）通用件領(lǐng)料。經(jīng)現(xiàn)場會議商定，確定按照兩種方式進(jìn)行通用件套料，其一是當(dāng)整個管節(jié)的通用件數(shù)量小于440個時按照全管節(jié)套料；其二是當(dāng)數(shù)量 ?440 個時按照單個環(huán)段套料。一個環(huán)段有8個分段，各分段所包括的通用件數(shù)量及種類不一樣，現(xiàn)場按套料批次下完料后，將每種通用件盛放在某個特定料斗里（注：每一個料斗盡量盛放一種通用件），后道工序安裝領(lǐng)料人員根據(jù)各分段的通用件清單領(lǐng)料（注：分段中的通用件按分段劃分若干小區(qū)域編訂若干設(shè)計模塊，使理料配料領(lǐng)料全過程管理順暢），整個流程清晰，材料也容易管理。圖2為通用件分配示意圖，圖3為通用件的設(shè)計管理流程圖。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

深中通道通用件的設(shè)計技術(shù)應(yīng)用非常有利于效率的提升以及成本節(jié)約，通過深中通道E12管節(jié)的應(yīng)用以及現(xiàn)場反饋，主要效果有以下幾個方面：

1）采用通用件設(shè)計后有效提高了設(shè)計人員套料效率，以往需要花費(fèi)8＼～10天的小零件套料工作，采用通用件設(shè)計方案后，僅2＼～3天就能處理完，套料時間大幅減少；

2）采用通用件設(shè)計方案后提高了小零件的材料利用率，原來分散多人套料，不利于材料管控以及材料調(diào)用，專人開展通用件套料后能夠全面統(tǒng)籌材料使用，有利于鋼材利用率的提升；

3）通用件的設(shè)計技術(shù)應(yīng)用很大地提高了現(xiàn)場集配效率。通用件數(shù)量龐大，如果分散集配，將大量增加現(xiàn)場翻找零件、統(tǒng)計匯總等工作。采用通用件方案后，所有通用件統(tǒng)一下料，統(tǒng)一安排料斗放置，集配時僅需到對應(yīng)料斗領(lǐng)取相應(yīng)數(shù)量即可，大大提高了現(xiàn)場集配的效率；

4）提高了裝配人員工作效率。以往不同部組件的零件必須精確匹配，一一對應(yīng)。采用通用件設(shè)計方案后，不同部組件上的零件只要是采用了相同的通用件命名，即可以使用。一個通用零件名，可以對應(yīng)在多個不同的部件使用。這種設(shè)計方案完全的改變了以前傳統(tǒng)的配料以及安裝方式，大幅提高了安裝人員的工作效率。

集配及裝配效率，降低了人工成本及材料成本，避免了經(jīng)常出現(xiàn)的零件丟失、零件未下料以及零件難以翻找等問題。

結(jié)合我司現(xiàn)場的反饋情況以及推廣應(yīng)用情況，該項(xiàng)目解決了如沉管隧道鋼殼、船舶及橋梁等大型鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)設(shè)計及建造中出現(xiàn)的重復(fù)設(shè)計套料圖，施工中下料、理料、配料、領(lǐng)料全過程管理困難，特別是零件丟失等導(dǎo)致建造周期、成本增加等問題，提高了企業(yè)效益。本項(xiàng)目成果可為造船、大型鋼結(jié)構(gòu)的建造設(shè)計提供參考。

4結(jié)語

綜上所述，本文研究的通用件設(shè)計方案相較于傳統(tǒng)零部件設(shè)計管理模式，極大地提高了項(xiàng)目建造過程中出現(xiàn)的小、輕、多這類相似零部件的設(shè)計、套料、

參考文獻(xiàn)

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