船舶上層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)建模一體化研究

張繼勛 張迎春

【摘要】居住區(qū)構(gòu)造采用邊設(shè)計(jì)邊建模的作業(yè)模式，將節(jié)省整體的設(shè)計(jì)工時及模型作業(yè)工時、提高工作效率、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，方便舾裝設(shè)計(jì)提前作業(yè)，縮短居住區(qū)設(shè)計(jì)周期。

【關(guān)鍵詞】居住區(qū)；邊設(shè)計(jì)邊建模；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方；生產(chǎn)

一、設(shè)計(jì)背景

船舶上層建筑是指上甲板以上的各種圍蔽建筑物的統(tǒng)稱，它可以設(shè)置各種用途的艙室，如工作艙室、生活艙室、儲藏艙室、儀器設(shè)備艙室等。駕駛室一般設(shè)置在上層建筑的頂層，視野較好。通常在首部的上層建筑成為首樓，在尾部的上層建筑成為尾樓。此外上層建筑還設(shè)置在機(jī)艙上方，用以圍蔽機(jī)艙開口，又叫做機(jī)艙棚，通常和煙囪結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起。

（一）上層建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

上層建筑的功能主要是船員居住、工作及儲藏部分工具，其結(jié)構(gòu)主要由前、后端壁，左右側(cè)壁、內(nèi)墻及各層甲板圍成，船體結(jié)構(gòu)相對平直方整，非常直觀，但是詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙量比較多，承載了大量的結(jié)構(gòu)及舾裝相關(guān)的信息，各專業(yè)作業(yè)信息交叉，研討事項(xiàng)較多，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)建模兩個專業(yè)作業(yè)量均較大且繁瑣。

（二）上層建筑受力特點(diǎn)

由于上層建筑位于干舷甲板以上，且一般不大于船長的0.15倍，很少承受船舶的總縱彎曲應(yīng)力，因此在計(jì)算時不參與總縱強(qiáng)度計(jì)算。受力主要來自局部載荷，上層建筑外墻受力主要來自波浪沖擊力，尤其是上層建筑第一層沒有保護(hù)的前端壁及側(cè)壁受力較大。

（三）目前設(shè)計(jì)模式及不足

按照我司傳統(tǒng)做法，在新船設(shè)計(jì)時上層建筑與其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙一樣，由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科利用AUTO CAD軟件設(shè)計(jì)出圖后，交由生產(chǎn)設(shè)計(jì)科進(jìn)行TRIBON三維建模，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)建模使用不同的設(shè)計(jì)軟件，兩種軟件完全獨(dú)立，導(dǎo)致這種模式設(shè)計(jì)周期長，大量的舾裝信息二次傳遞，重復(fù)勞動多，且前期設(shè)計(jì)瑕疵較多，容易出錯，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)設(shè)計(jì)之間的對應(yīng)工作量較多。

（四）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)建模一體化構(gòu)想

上層建筑結(jié)構(gòu)相對獨(dú)立，不需要考慮總縱強(qiáng)度、外板線型的影響，僅需要對其本身結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度、振動等計(jì)算；其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙不需要像其他船體圖紙那樣需要船東及船級社審核，僅計(jì)劃圖11-006（STRUCTURAL ARRANGEMENT OF DECK HOUSE）需要獲得船東船級認(rèn)可，其他詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖僅用作結(jié)構(gòu)建模或其他部門參考。所以，省略詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖的作業(yè)，直接建模在理論上是可以實(shí)施的。經(jīng)長期研究摸索，進(jìn)行設(shè)計(jì)作業(yè)創(chuàng)新，融合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)建模兩道工序，發(fā)揮各自人員的專業(yè)特長，成功實(shí)現(xiàn)居住區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建模一體化的作業(yè)模式。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)建模一體化設(shè)計(jì)模式準(zhǔn)備工作

由于一體化設(shè)計(jì)模式需要作業(yè)人員同時掌握兩方面的專業(yè)知識，需加強(qiáng)作業(yè)人員的專業(yè)知識教育，同時需要對作業(yè)流程，人員職責(zé)進(jìn)行從新規(guī)定，以確保一體化作業(yè)的準(zhǔn)確性。

（一）設(shè)計(jì)人員必要的知識與教育

一體化設(shè)計(jì)人員須熟練掌握上層建筑規(guī)范計(jì)算、振動計(jì)算、強(qiáng)度校核、結(jié)構(gòu)布置等方面的設(shè)計(jì)知識；熟悉各種居住區(qū)內(nèi)的舾裝布置，又需掌握相關(guān)結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)工藝、制造經(jīng)驗(yàn)；熟悉AUTO CAD操作方法及熟練掌握TRIBON建模能力。在綜合考慮后，由結(jié)構(gòu)建模人員進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的知識學(xué)習(xí)，承擔(dān)一體化設(shè)計(jì)作業(yè)。按照構(gòu)想，組成了一個四人的上層建筑設(shè)計(jì)小組，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1人，結(jié)構(gòu)建模3人。為了適應(yīng)這種作業(yè)模式，對居住區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的知識進(jìn)行了全面的總結(jié)，并對結(jié)構(gòu)建模人員進(jìn)行了詳細(xì)的專業(yè)知識教育，使作業(yè)者初步具備了進(jìn)行詳細(xì)居住區(qū)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)技能，并在實(shí)際作業(yè)中予以指導(dǎo)，不斷進(jìn)步。

（二）作業(yè)流程及職責(zé)劃分

為了防止作業(yè)質(zhì)量下降，實(shí)船作業(yè)時須明確各專業(yè)的職責(zé)：

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科負(fù)責(zé)新船上層建筑設(shè)計(jì)指導(dǎo)、圖紙審核、他科圖紙協(xié)議審核、船東及船級對應(yīng)指導(dǎo)等。2、結(jié)構(gòu)建模負(fù)責(zé)一體化設(shè)計(jì)工作。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)下，負(fù)責(zé)具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制圖、結(jié)構(gòu)建模、內(nèi)部對應(yīng)及協(xié)調(diào)、船東船級間的對應(yīng)協(xié)助等相關(guān)工作。3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對最終的設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)，結(jié)構(gòu)建模僅是具體的作業(yè)者。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍在有資格的設(shè)計(jì)專家的控制下進(jìn)行，作業(yè)質(zhì)量得到保障。4、有關(guān)圖紙協(xié)議。上層建筑其他專業(yè)相關(guān)圖紙協(xié)議仍以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方為窗口，將協(xié)議圖轉(zhuǎn)發(fā)給結(jié)構(gòu)建模作業(yè)者，由其進(jìn)行協(xié)議；協(xié)議結(jié)果經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)擔(dān)當(dāng)確認(rèn)后，返卻給相關(guān)專業(yè)。結(jié)構(gòu)建模人員及時把協(xié)議結(jié)果落實(shí)到具體的圖紙中。

三、實(shí)船作業(yè)

采用新的設(shè)計(jì)模式，我司對28，000噸多用途船、61，000噸散貨船、60，000噸大開口散貨船、308，000噸VLCC、36，000噸多用途船等船舶上進(jìn)行了一體化設(shè)計(jì)作業(yè)。

（一）設(shè)計(jì)要領(lǐng)

居住區(qū)邊設(shè)計(jì)邊建模模式設(shè)計(jì)主要分二部分：一是初步設(shè)計(jì)及建模（11-006制作）；二是詳細(xì)設(shè)計(jì)及精細(xì)化建模（各層甲板RELEASE圖制作）。

（二）初步設(shè)計(jì)及建模

根據(jù)船舶總布置圖（G/A）、內(nèi)裝布置圖等確定鋼墻的布置，確定暴露甲板的傾斜坡度及走向；通過規(guī)范計(jì)算和振動計(jì)算，確定各甲板和鋼墻的厚度，確定DECK BEAM SPACE及DECK BEAM規(guī)格，確定內(nèi)外壁的STIFF SPACE及STIFF規(guī)格，確定內(nèi)壁波形壁布置。初步確定主要的分段劃分，利用TRION軟件對甲板、內(nèi)外壁、DECK BEAM、門孔等進(jìn)行大骨架進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模。通過振動計(jì)算，確定GIR.的布置并計(jì)算其規(guī)格。初步設(shè)計(jì)結(jié)束后將各層甲板圖及主要截面從TRIBON中調(diào)出，導(dǎo)入AUTO CAD中，進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)劃圖（11-006）的制圖作業(yè)。11-006初步完成后發(fā)給船裝、機(jī)裝、內(nèi)裝等設(shè)計(jì)科及制造部門進(jìn)行協(xié)議，并進(jìn)行居住區(qū)的分段劃分、組立要領(lǐng)和搭載要領(lǐng)的確定。協(xié)議結(jié)果編入11-006，本圖經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方審核簽字后，送審船東船級并配布給他科作業(yè)。

（三）詳細(xì)設(shè)計(jì)及精細(xì)化建模

基于11-006及最新的舾裝來圖及其他信息，在TRIBON系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行居住區(qū)的詳細(xì)設(shè)計(jì)及精細(xì)化建模。

按照其他專業(yè)要求進(jìn)行必要的結(jié)構(gòu)及布置調(diào)整。比如：

1、加入分段縫，根據(jù)鋼材的采購規(guī)格布置板縫；2、門、窗、設(shè)備開孔的布置和調(diào)整；3、確認(rèn)DECK BENM布置及規(guī)格及端部形式；4、確認(rèn)GIR.布置及規(guī)格，部材貫穿孔追加、肘板的確定及GIR.端部形式的確認(rèn)。5、確認(rèn)電梯井加強(qiáng)材的布置及頂部吊鋼絲繩用的橫梁設(shè)計(jì)。6、內(nèi)外墻壁的板厚確認(rèn)及調(diào)整，懸挑甲板下結(jié)構(gòu)加強(qiáng)計(jì)算和校核，他科的設(shè)備加裝在居住區(qū)甲板或壁上，進(jìn)行強(qiáng)度校核，布置補(bǔ)強(qiáng)材加強(qiáng)。7、確認(rèn)與周邊結(jié)構(gòu)的連接部分，需要加強(qiáng)的，通知相關(guān)構(gòu)造的設(shè)計(jì)者進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)追加。8、根據(jù)制造要求，追加焊接收縮量、撘載余量、坡口、過焊孔、添加防變形條材等相關(guān)信息。等等。根據(jù)CHECK LIST，逐項(xiàng)進(jìn)行檢查確認(rèn)設(shè)計(jì)圖紙，最終由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)擔(dān)當(dāng)檢查確認(rèn)后簽字發(fā)行。

（四）對應(yīng)事項(xiàng)

1、船東、船級意見對應(yīng)

以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方為窗口，由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方具體負(fù)責(zé)對應(yīng)事務(wù)，為提高結(jié)構(gòu)建模相關(guān)人員的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，可參與協(xié)助對應(yīng)。處理結(jié)果指示建模相關(guān)人員具體落實(shí)。

2、內(nèi)部對應(yīng)

內(nèi)部對應(yīng)即指居住區(qū)建造過程中，公司內(nèi)部各部門或設(shè)備廠家間的對應(yīng)。一般直接由建模作業(yè)者進(jìn)行對應(yīng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科應(yīng)及時了解并進(jìn)行指導(dǎo)。最終結(jié)果應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)擔(dān)當(dāng)確認(rèn)后執(zhí)行。

四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)建模一體化作業(yè)模式的優(yōu)點(diǎn)與不足

（一）一體化作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)

1、設(shè)計(jì)周期縮短。采用設(shè)計(jì)和模型一體化作業(yè)模式，省去了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出圖的設(shè)計(jì)周期，結(jié)構(gòu)建模提前進(jìn)行，模型提前完成，在結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上的進(jìn)行舾裝作業(yè)，相應(yīng)提前。我司308K VLCC整個居住區(qū)的設(shè)計(jì)周期比傳統(tǒng)提前了兩個月左右，節(jié)約了大約1500工時。2、有效避免信息的二次傳遞造成的錯誤現(xiàn)象。作業(yè)人員直接與船、機(jī)、電相關(guān)人員協(xié)議，協(xié)議結(jié)果直接體現(xiàn)在圖紙中，取消了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科對信息的二次傳遞。3、設(shè)計(jì)工時明顯減少。減少信息的二次傳遞，提高了信息傳遞的效率及準(zhǔn)確性，模型作業(yè)人員直接與船、機(jī)、電相關(guān)人員協(xié)議，協(xié)議結(jié)果直接體現(xiàn)在模型圖紙中，取消了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科傳遞信息的環(huán)節(jié)，效率提高，準(zhǔn)確性提高。省去結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙的制作，如11-601、11-602等，模型RELEASE圖與結(jié)構(gòu)圖合二為一，減少了二維結(jié)構(gòu)圖紙制圖及不必要的重復(fù)事務(wù)性工時。4、設(shè)計(jì)不具合減少、且更合理。由于建模人員具備生產(chǎn)設(shè)計(jì)及制造經(jīng)驗(yàn)，模型比較直觀，能很方便地發(fā)現(xiàn)一些比較隱蔽的設(shè)計(jì)錯誤和不合理設(shè)計(jì)，可以及時進(jìn)行修正，大幅度提高了設(shè)計(jì)合理性與正確性，設(shè)計(jì)不具合大大減少，減少現(xiàn)場的返工，設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu)更加方便制造，提高了制造效率。5、擴(kuò)展員工作業(yè)技能。一體化作業(yè)人員，掌握和融合了兩個專業(yè)的知識，增加了員工技能，充分體現(xiàn)了我司著重培養(yǎng)多技能復(fù)合型人才的人才策略，邊設(shè)計(jì)、邊建模，使原先簡單枯燥的建模作業(yè)不再乏味枯燥，作業(yè)強(qiáng)度降低，提高了作業(yè)者的學(xué)習(xí)積極性與主動能動性。

（二）一體化作業(yè)的不足

由于一體化作業(yè)周期提前，在詳細(xì)設(shè)計(jì)與精細(xì)化建模階段，其他專業(yè)有些信息不能及時準(zhǔn)確給出，導(dǎo)致后期TRIBON系統(tǒng)中模型修正量增大，浪費(fèi)了工時。一體化作業(yè)還需要舾裝等相關(guān)專業(yè)給予適當(dāng)配合，上層建筑舾裝布置設(shè)計(jì)盡量提前，并盡早取得船東的認(rèn)可，以減少后期的修改工作量。

五、總結(jié)

通過目前幾艘實(shí)船設(shè)計(jì)驗(yàn)證，我司采用的上層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)建模一體化的作業(yè)模式，有效地提高了設(shè)計(jì)及制造效率，上層建筑設(shè)計(jì)周期大幅縮短。一體化作業(yè)目前尚在進(jìn)一步完善階段，相信在累積更多經(jīng)驗(yàn)以后，一體化作業(yè)可在更大范圍內(nèi)推廣，以提高設(shè)計(jì)效率、縮短設(shè)計(jì)周期。