模擬試箱技術在2500TEU集裝箱船上的應用

胡長太，范清金

(中外運長航集團南京金陵船廠，江蘇 南京 210015)

模擬試箱技術在2500TEU集裝箱船上的應用

胡長太，范清金

(中外運長航集團南京金陵船廠，江蘇 南京 210015)

由于采用現場試箱工藝進行集裝箱貨艙精度的檢驗對企業(yè)的成本、人員安全、生產周期產生不利影響，開發(fā)模擬試箱軟件進行標準集裝箱尺寸與箱位空間的匹配模擬。以2 500 TEU集裝箱船為例主要介紹采用全站儀三維測量與分析方法，結合模擬搭載的思想，實現模擬試箱，并成功在5 000 TEU集裝箱船、2 500 TEU集裝箱船上應用。

集裝箱船；精度管理；模擬試箱

0 引言

集裝箱船是所有船型中對精度要求最高的船型，其建造最大的技術難點在于精度控制，尤其是貨艙艙容精度的控制。2 500 TEU集裝箱船貨艙無連續(xù)甲板，由橫艙壁將船體隔成5個大貨艙。橫艙壁上布置導向、固定集裝箱的導頭、導軌架；艙底根據箱位布置，有堆錐墊板、水平調節(jié)板、堆錐以及導向器等集裝箱附件；貨艙艙口圍板上設置活動艙口蓋。為保證裝載集裝箱后，集裝箱在艙內和甲板上的牢固性、安全性，設計上對于貨艙區(qū)的尺寸精度要求很高，內底水平精度為±5 mm，導軌縱向公差為-6～+2 mm，橫向公差為-2～+3 mm。

集裝箱船貨艙結構的建造精度與質量是船舶建造過程中的一項關鍵技術，貨艙的精度控制是保證船舶營運過程中艙內和艙外裝箱的重要因素。通過現場試箱進行貨艙精度的檢驗一直是船廠采用的傳統做法，但對企業(yè)的成本、人員安全、周期等產生不利影響。因此，研究開發(fā)出模擬試箱技術用于集裝箱船的貨艙精度檢驗，可以大幅提升效率，改善作業(yè)環(huán)境。

本文介紹的模擬試箱方法是在全站儀三維測量與分析的基礎上，結合模擬搭載的思想，自主開發(fā)的模擬試箱軟件，用于對標準集裝箱尺寸與箱位空間進行匹配模擬，實現模擬試箱。

1 建造過程精度控制

模擬試箱是對貨艙精度的檢驗。為了保證模擬試箱有良好的結果，最大限度地減少返工，應重視建造過程的精度控制。

1.1導軌預制精度控制

(1)導軌制作工位應有專門的作業(yè)平臺。在導軌制作前對平臺水平及卡板直線度進行控制和檢查，滿足±1 mm精度要求后再進行施工。

(2)制作專用的拉鋼絲的工裝。對每根導軌進行檢驗，保證導軌完工后直線度精度滿足±2 mm的標準。

1.2分段階段導軌安裝精度控制

(1)導軌在橫艙壁安裝時的定位原則。定位的關鍵是選擇正確的基準，選擇的基準要與合攏定位的基準相統一。以橫向艙口圍板的頂板為基準，畫出高度方向的基準線，在距離合攏口最近的導軌位置，畫出與高度基準線相互垂直的第1根導軌位置線，并且復查第1根導軌線到合攏的距離，將第1根導軌線作為基準放出其他導軌線。

(2)單面導軌安裝結束后，分段進行翻身安裝反面的導軌。翻身前要將導軌的基準線反撥到另一面，通過已經安裝好的導軌，吊鉛錘進行反撥。

(3)導軌在橫艙壁上定位后，進行焊前的精度測量。導軌水平精度要求為±3 mm，導軌間距要求為±2 mm，確認合格后進行施焊。

1.3合攏階段艙壁導軌定位精度控制

(1)橫艙壁中合攏的精度控制，控制重點是整體寬度和靠合攏口導軌間距。用水平儀或全站儀測量導軌整體水平；拉鋼絲控制艙口頂板直線度，直線度精度要求為4 mm。

(2)橫艙壁大合攏定位的精度控制。定位要以艙口圍板的頂板為基準控制高度，頂板左右水平度控制在±3 mm以內；控制橫艙壁的中心線對中精度及橫艙壁垂直度。橫艙壁頂板水平的控制為連續(xù)水平控制，注意控制相鄰橫艙壁頂板水平度。合攏定位示意圖如圖1所示。

2 測量小車制作與模擬試箱軟件開發(fā)

艙室形成后，需要對整艙的每個箱位進行測量。為保證測量工作準確、順利進行，制作了測量小車。數據采集后，為了高效處理大量的數據，開發(fā)了模擬試箱軟件。

2.1測量小車的設計與制作

貨艙形成后，利用全站儀進行數據采集時需要測量每根導軌同等高度位置的三維數據，而做到這一點必須借助相應的測量工裝。通過不斷的探索與改進，綜合考慮測量精度、可操作性、安全性等因素，制作完成了導軌測量專用小車，其外形圖見圖2。

測量小車的設計要點如下：

(1)考慮到操作的便捷性及安全性，采用手搖式收放的方式。

(2)考慮測量角度造成的測量偏差，進行了不同角度的3個靶片設置。

(3)考慮小車在軌道上滑行過程中，既要能夠與導軌貼合，又要能夠順利滑動，對小車背部磁鐵與導軌間距和吸力進行平衡設計。

2.2模擬試箱軟件的開發(fā)

模擬試箱就是通過將1個由4根導軌構成的箱位空間，按照不同的高度分成多個截面，通過對測量點的數據分析，計算出箱位實際空間尺寸。劃分截面的數量越多，模擬試箱的結果也就越準確。

每一貨艙需要測量的數據點有上百個之多，通過自主開發(fā)的模擬試箱軟件可以快速進行箱位數據的計算與模擬，并生成報表，得到模擬試箱的結果數據。模擬試箱的軟件界面如圖3所示。

模擬試箱軟件是基于Delphi可視化集成開發(fā)平臺，采用面向對象VCL技術和基于部件的結構框架，快速獲取各分段的三維信息，多文件的輸入與輸出，實現自動計算與返寫。在數據處理上，采用差值計算的方式，保證了數據在同一高度。通過驗證，該軟件可以高效、準確地完成數據處理工作。

3 模擬試箱技術的應用

2 500 TEU集裝箱船全船設5個貨艙、10個艙口，可裝載6.096 m(20 ft)、12.192 m(40 ft)集裝箱。根據生產進度情況，按順序進行了10個艙室的模擬試箱工作。模擬試箱的實施流程如圖4所示。

3.1測量工具的準備

模擬試箱測量工作開始前，需要對測量設備及測量附件進行檢查，以保證測量精度及安全性。測量工具包括：全站儀、PDA、測量小車等。

3.2測量表的制作

測量表相當于模擬試箱的策劃方案，每個艙室都需要1個測量表，包含了艙室前后壁導軌上所需測量位置點的三維數據理論值，同時規(guī)定了箱位截面的數量、編號等信息。測量表也是數據分析的輸入文件，需要保存為DXF格式，相應的數據文本格式要一致。

3.3模擬試箱軟件配置

針對不同船型，需要定義導軌距中理論尺寸、截面距基高度、小車厚度等信息，這些配置是進行模擬試箱數據分析的前提。

3.4數據采集

導軌數據采集需要2人配合：1人操作全站儀測量數據，1人操控測量小車。選擇內底板上的船體中心線為測量基準，將測量小車放置在導軌中間；小車貼附導軌上下滑動，通過鋼絲繩上設置的標記，讓小車準確到達截面位置，小車停穩(wěn)后進行測量。

3.5模擬試箱數據分析

數據采集結束后，通過模擬試箱軟件進行分析。首先將測量數據與測量表中的理論數據進行差值計算，計算出前后壁導軌測量點的誤差值；然后將前后壁數據進行模擬分析，得到箱位數據報表。

數據報表中包含了各個截面的箱位誤差數據，通過數據分析，判斷導軌之間長度、寬度、對角線等數據是否在標準范圍內。1個箱位的模擬數據報表見表1。

表1 模擬試箱箱位數據報表

3.6實施情況

此模擬試箱技術對2 500 TEU集裝箱船的104個艙內箱位進行了模擬試箱分析，代替了船廠的預試箱工作，直接向船東進行試箱報檢。通過跟蹤比對，模擬試箱結果與現場試箱結果是相吻合的，試箱報檢均一次通過。

4 結語

模擬試箱可以有效縮短船塢周期，減少吊車、人力等資源的使用，同時也可以降低作業(yè)安全隱患。模擬試箱技術是目前國內船廠都在積極探索的一項精度測量技術。本文介紹的模擬試箱技術是在全站儀三維測量的基礎上，自主開發(fā)測量工裝及軟件，探索出的一種新方法、新技術，并在多個項目上成功應用，為船廠結合自身實際情況推進模擬試箱工作提供了參考。

[1] 余勇華.4 250 TEU集裝箱船的船體特點和現代建造工藝[J].江蘇船舶,2011，28(3)：37-38.

[2] 趙成治.大型集裝箱船建造項目船體精度質量管理研究[D].大連：大連理工大學，2007.

U671.99

A

2017-03-09

胡長太(1976—),男，工程師，從事船舶質量管理。