自升式鉆井平臺圍井建造精度管理

曹 嶺，顧楊飛，劉 迪

（上海外高橋造船有限公司，上海 200137）

0 引 言

JU2000E自升式鉆井平臺為三角形船體，帶有3個長方形圍井，每個圍井內(nèi)安裝升降機構(gòu)。3個圍井位置分別為：前圍井位于船體中心線上，兩個后圍井距前圍井45.72m，位于中心線兩側(cè)23.772m處。圍井為長20.254m、寬18.488m的長方形結(jié)構(gòu)，型深9.495m，每個總組結(jié)構(gòu)重量約為360t。圍井分段使升降基礎與主船體結(jié)構(gòu)相連，升降基礎在全船中起到至關重要的作用，其負責提升、卡止、定位整個平臺，是整個平臺垂向移動以及準確定位的關鍵，因此圍井分段的精度要求較高，必須嚴格按照精度控制標準施工。船體建造精度，就是以船體建造精度標準為基本準則，通過科學管理方法與先進的工藝技術手段，對船體建造進行全過程的尺寸精度分析與控制，以最大限度地減少現(xiàn)場修整工作量，提高工作效率，減低造船成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量[1]。

1 圍井分段建造原則

分段階段：圍井分段采用一種以橫艙壁為基面，在絕對保證橫艙壁水平的前提下進行分段裝配組裝；另一種以縱艙壁為基面?zhèn)仍斓慕ㄔ旆椒?，在絕對保證縱艙壁水平的前提下進行分段裝配組裝。

總組階段：根據(jù)理論尺寸做出3只圍井分段內(nèi)壁三角投影線，找出三角形中心，各邊中點，用油漆筆在地上醒目地標出三角形3個頂點、中心、各邊中點，以內(nèi)壁投影線為基準，向外作出分段邊框線，分段定位以三角中心點為基準進行總組。

2 精度管理流程及控制標準

2.1 小組立精度管理

2.1.1 控制標準

造船精度控制是船舶制造過程中一項十分重要的工作，其貫穿于船舶制造的整個過程【2】。因此,圍井建造要從小組立開始重點管理。圍井小組構(gòu)件精度控制對于分段中組至關重要，因此必須嚴格管理小組精度。小組精度控制標準：水平度±2mm、垂直度±3mm、直線度±1mm、間距±2mm、主尺寸±2mm。

2.1.2 控制要點

小組立構(gòu)件精度控制，長±2mm，寬±2mm，對角線±2mm。注意中心線的位置，中心線控制±1mm，從基準線向兩側(cè)檢查構(gòu)件線，注意加放分散延長量。

重點控制小組典型構(gòu)件斜肋位3A與橫艙壁4A板的角度和重合度，重合度±2mm。橫艙壁4A結(jié)構(gòu)與斜肋位3A結(jié)構(gòu)之間的夾角可用圖1中“A-A”詳圖中的方法檢驗（見圖1）。

圖1 斜肋位片段精度控制要點

2.2 分段胎架制作

圍井分段建造對胎架要求較高，需制作專用胎架，四周加扁鐵固定，并對其胎架高度進行標記，按照劃線員標記好的胎架高度對其他胎架進行調(diào)整（見圖2）。胎架制作要求及基準：1) 胎架基面必須保證水平；2) 支柱胎架每根支柱的高度公差范圍為±2mm，整體平面度±2mm；3) 胎架制作完成后由精度管理部進行精度測量；4) 胎架支柱水平度＜±2mm，水平檢驗線基準＜±1mm，胎架垂直度＜±2mm。

圖2 圍井胎架管理

2.3 地線施工

地線按尺寸施工，在地面拉粉線標記，并在醒目位置敲樣沖標記。地線施工要求如下：

1) 地線對角線＜±2mm；2) 地線直線度＜±1mm。

2.4 拼板及二次劃線

2.4.1 拼板

拼板前對板材編號、材質(zhì)、尺寸、坡口等確認，確認無誤后進行拼板，拼板時應當從基準邊做起，第一張板定位要掛線錘與地線進行重合定位并固定，在所有拼板上制作基準線（150M.K 線，并扣除相應坡口間隙值，坡口間隙統(tǒng)一為3mm），以此來確認拼板過程中的端差，拼板尺寸檢查合格后，對拼板進行固定，然后開始焊接，焊接順序參照WPS規(guī)定執(zhí)行。焊接結(jié)束后應再次對其尺寸進行確認，填寫焊后精度測量表，并在鋼板上進行標記；

2.4.2 二次劃線

劃線時從基準邊進行劃線施工，先進行基準線施工并確認主板的形態(tài)，劃線使用的粉線控制在＜1mm。在對接部位劃出焊接保留線；所有劃線完成后標注部材的構(gòu)件號、板厚方向、焊角高度。所有相關的檢驗線（肋骨檢驗線、中心線、150M.K 基準線等）施工時進行相應的樣沖施工，在地面相應位置劃出相應的中心線，并敲樣沖標記（見圖3）。

圖3 圍井劃線管理

2.5 中組精度管理

2.5.1 中組裝配過程精度控制

圍井分段裝配225、235、201以底部橫艙壁為基準進行裝配，221、231、255、265、245、275以縱艙壁為基面進行裝配。

1) 201類型分段精度中組管理。拼板要分別測量焊前焊后主尺寸，長寬偏差±2mm，對角線偏差±2mm，調(diào)整好橫艙壁10A板的水平（見圖4）。要注意縱艙壁的焊接，應實時測量縱艙壁的垂直度，調(diào)節(jié)垂直度偏差在±2 mm以內(nèi)，在關鍵點位置吊線錘實時監(jiān)控。注意先焊立角后焊平角，對于部分變形嚴重的地方必須用槽鋼支撐固定，甲板裝配焊接同縱艙壁（見圖5）；

圖4 圍井甲板定位精度控制

2) 221類型分段中組精度管理。在保證基準邊與地線對齊，定位后與胎架固定，基準邊偏差±1mm。底部縱艙壁拼板要分別測量焊前焊后主尺寸，長、寬偏差±2mm，對角線偏差±3mm，強化內(nèi)壁精度管理。

吊裝斜肋位構(gòu)件時，應考慮平臺總組時以斜肋位平面為基準，保證斜肋位的垂直度在精度控制范圍并調(diào)整結(jié)構(gòu)。在調(diào)整平整度之前先保證斜肋位板與甲板板角接的距離和理論尺寸相符，各關鍵位置用支撐加強，調(diào)節(jié)斜肋位板與甲板的重合度偏差±2mm（見圖6）。

圖5 圍井裝配過程控制點

2.5.2 圍井分段數(shù)字化精度管理

圍井分段在裝配完畢，分段整體較高，內(nèi)壁垂直度傳統(tǒng)精度管理無法測量到位，必須借助全站儀等數(shù)字化工具進行管理，提高分段精度品質(zhì)（見圖7）。

圖6 圍井內(nèi)壁精度控制點

圖7 201圍井分段數(shù)字化測量管理

221等類型分段以縱艙壁在胎建造為斜邊角度，因此，在過程定位階段需要全站儀定期進行測量管理，保證建造精度（見圖8）。

圖8 圍井分段數(shù)字化測量管理

3 分段舾裝精度管理

對于舾裝來說，實施精度管理難度較大的是管舾，它不僅涉及管子的下料、制作與安裝精度，更重要的是涉及分段制作與合攏精度[3]。管舾裝作業(yè)是船廠的第二大作業(yè)類型，其精度要求尤為重要。管子加工回彈量的設置、管線設計中取消合攏管后的管子精度匹配和管線安裝都需要符合相應的精度標準。在JU2000E自升式鉆井平臺建造過程中，開始實施舾裝精度管理，在圍井分段建造過程舾裝管理重點放在管舾的管理（見圖9），控制基準。

分段完工后運輸?shù)紧秆b平臺，由管舾班組負責舾裝工作。舾裝開工之前，制定舾裝精度安裝標準和舾裝精度檢查標準，管子圓心標準±5mm，支架定位±5mm，工資碼安裝＜＜3mm。精度標準覆蓋了殼舾涂一體化的全過程，除了船體建造精度外，還包括了舾裝件的加工和安裝精度，特別是管線與船體總組搭載聯(lián)系密切[4]。制定好標準，集中對舾裝班組進行培訓，通過培訓讓生產(chǎn)班組了解精度控制標準，以及管舾安裝過程中的注意事項。管舾安裝結(jié)束后通過全站儀對合攏管系進行測量管理，提升管舾精度，通過一段時間管理，效果較好（見圖10）。

圖9 舾裝精度控制基準

圖10 圍井分段舾裝精度控制效果

4 總組精度控制

4.1 總組地樣線施工

1) 根據(jù)設計圖紙開設總組地樣線。首先根據(jù)理論尺寸劃出其中一只分段內(nèi)壁投影線 ，以此為底邊，作等邊三角形。其他兩邊分別為另兩只分段內(nèi)壁投影線，找出三角形中心，各邊中點，用油漆筆在地上醒目地標出三角形3個頂點、中心、各邊中點，方便后續(xù)定位使用，同時以內(nèi)壁投影線為基準，向外作出分段邊框線；

2) 根據(jù)分段放置位置，邊框線尺寸，按標準合理擺放分段胎架；

3) 以邊框線尺寸為基準，在分段外壁硬擋位置裝焊出槽鋼靠山，以方便組裝分段快速、準確定位（見圖 11）。

4.2 總組定位及裝配精度控制

圍井分段總組定位，前后位置以邊框線為基準，左右以內(nèi)壁投影線為基準。定位時合理確定分段位置，使分段本體重要管理點參照地樣線擺放。定位結(jié)束后，用全站儀測量分段尺寸，結(jié)合現(xiàn)場分段實際情況，給出余量值。精度人員現(xiàn)場測量確認余量數(shù)據(jù)，無問題后開始切割，切割完畢后開始復位，使分段本體重要管理點對齊地樣線。尺寸誤差-1～1mm，極限允許-3～3mm，到位后調(diào)整另外兩只分段四角水平，用水平儀測量，誤差-5～5mm，極限誤差-8～8mm。

確認分段余量及定位時，以地樣線為基準，通過控制分段內(nèi)壁垂直度，總組縫處硬擋位置開檔距離，三角地樣線中心到內(nèi)壁中心的距離，以及分段整體尺寸，逐步調(diào)節(jié)，使分段在可控制范圍之內(nèi)，確認余量，確認分段最佳位置。定位完成，分段進行焊接，焊接完畢精度測量，確認完美精度后，直接送往下道船塢（見圖12、13）。

圖11 總組地樣線施工

圖12 總組定位管理

圖13 總組精度數(shù)字化管理

4.3 圍井船塢定位基準制作

1) 分段在總組平臺時，以分段內(nèi)壁為基準，在甲板面上確定等邊三角形；

2) 以等邊三角形底邊為基準，開出底邊垂直平分線1、2及平行于底邊且經(jīng)過三角形中心的平行線3、4，分別為圍井在船塢時左右位置和前后位置的定位基準線；

3) 在其上甲板面開設船塢定位基準線并粘貼好反射片：1、2兩點確定分段的Y方向；3、4兩點確定分段的X方向；5、6、7、8四個點確定分段的水平高度（見圖14）。

圖14 船塢圍井定位基準制作

5 船塢精度控制

數(shù)字化船塢通過在船塢四周樹立旋轉(zhuǎn)標靶，在船塢區(qū)域形成控制網(wǎng)，船舶進塢后按照首制分段在該控制網(wǎng)內(nèi)的位置進行定位和坐標確認，后續(xù)搭載分段定位作業(yè)即根據(jù)塢壁四周的旋轉(zhuǎn)標靶所形成的控制網(wǎng)進行[5]。圍井船塢精度管理的重點就是利用數(shù)字化造船技術進行精度控制，船塢數(shù)字化簡稱 E—DOCK，定義為：通過船塢邊樹立的標靶建立的船塢坐標系與船體坐標系有效結(jié)合，利用全站儀測量對搭載定位分段關鍵點三維坐標進行采集，測得的實際坐標與船體理論坐標相比較得出偏差值，從而對船體進行快速精確定位。圍井在船塢定位首先建立DES定位文件，在分段定位之前要建立好與之相匹配的DES定位文件，首先導入DES原始文件，再調(diào)出定位分段模型建立定位所需的主要管理點，最后輸出即可建立DES定位文件（見圖15）。

圖15 數(shù)字化精度造船技術在圍井分段精度管理中的應用

圍井重要管理點反射片在總組階段已經(jīng)張貼，通過數(shù)字化造船技術的應用，圍井船塢精度管理得到很好的控制，按照精度管理標準，圍井在船塢精度控制標準長、寬、高度及垂直度精度標準±5mm，通過每一步的精度管理，最終圍井各項數(shù)據(jù)達到精度管理預期目標（見圖16）。

圖16 圍井船塢數(shù)字化定位偏差在5mm以內(nèi)

6 結(jié) 語

圍井建造中精度的應用起到至關重要的作用，通過小組、中組、大組、船塢精度管理的層層推進，過程嚴格管理，目前公司三條海工船的圍井精度控制達預期目標，有力促進公司JU2000E系列自升式鉆井平臺的建造質(zhì)量, 而從圍井的建造中總結(jié)相關精度管理經(jīng)驗，收集的相關數(shù)據(jù)，為JU2000E系列自升式鉆井平臺的成熟制作打下堅實的基礎。同時本管理實踐能為后續(xù)公司建造的新型自升式鉆井平臺圍井精度管理提供參考。

[1] 王 淘，劉增榮. 關于船體建造精度管理及精度拼板工藝[J]. 造船技術，2003 (2).

[2] 柯于舫. 論船舶的精度控制與建造質(zhì)量[J]. 滬東中華科技情報，2002 (1)： l4-l5.

[3] 劉善德，翟永興，史 佐. 造船精度管理是實施總裝造船的支撐性技術[J]. 造船技術，2007, 277 (3)： 23-24.

[4] 張 星，劉建峰，蔣志勇. 造船舾裝精度管理探討[J]. 船舶與海洋工程，2013 (3)： 70-73.

[5] 楊 振，劉建峰. 溫度場變化對船塢搭載精度控制的影響研究[J]. 船舶與海洋工程，2013 (3)： 16-20.