LNG船船體詳細設計

王守桂， 陳思龍， 韓 炯

(1.招商局重工(江蘇)有限公司， 江蘇 南通226116； 2.上海船舶工藝研究所， 上海200032)

0 引 言

當前的傳統(tǒng)設計模式下，船舶設計周期分為3個不同階段，分別是基本設計、詳細設計、生產設計。各設計階段基本都是由不同的設計公司獨立開展的。隨著設計技術、設計軟件的更新進步，很多大型船廠有能力同時承擔詳細設計和生產設計，有利于詳細設計與生產設計相結合，使詳細設計向生產設計延伸，生產設計擴展到詳細設計[1]，使生產設計和詳細設計人員進行良好的溝通和互動，使設計更符合船廠建造能力。

以招商局重工(江蘇)有限公司在建項目LNG船為例，該船的基本設計由瑞典公司設計，詳細設計和生產設計由本廠技術中心船體室設計。為提高設計質量并使設計更適應船廠設計理念和生產需要，本文在詳細設計結合生產設計及工藝要求方面進行探討。

1 詳細設計延伸至工藝文件

詳細設計圖紙須充分考慮船廠現場施工的可能性、快捷性、方便性。在詳細設計過程中，就施工中的加工、制造、安裝、焊接等工藝性問題，為生產設計提供設計依據。將工藝性問題從生產設計階段提前至詳細設計階段解決，保障設計可行性。具體步驟如下：

(1) 將分段劃分圖中的分段縫引入詳細圖紙。在生產設計時，經常發(fā)生設計板縫與分段合龍縫相近的問題，如果不進行板縫調整，板縫距離合龍縫很近會產生窄板條情況，嚴重影響船體外觀的美觀性?，F場檢驗時，船舶所有人、船檢一般不會同意這樣的板縫設計。在生產設計階段，板縫的布置，特別是不同板厚的板縫線，應嚴格按照詳設圖紙，在此階段修改詳設圖紙的板縫位置，須經船舶所有人、現場船檢同意。如果涉及鋼板厚度變化，必須重新送審圖中心退審，可能涉及強度分析計算，退審周期長，嚴重影響生產進度。因此，提前在詳細設計階段解決板縫與合龍縫沖突的問題，有利于提高生產設計效率。如圖1所示，甲板邊板的板縫距離外板2 070 mm，靠舷一側鋼板板厚為10 mm，材質是ABS-E，靠船中一側鋼板板厚為11 mm，材質為ABS-A。為使液罐吊裝方便，舷側分段與甲板分段的合龍縫應布置在距外板為1 820 mm處。經計算評估，板縫移至合龍縫處不影響強度要求，靠舷一側10 mm處邊板的寬度為1 820 mm，滿足規(guī)范最小寬度(1 800 mm)要求。如果在生產設計階段才修改此板縫，須重新送船級社退審詳細設計圖紙，拖延設計進度。

圖1 板縫與合龍縫設計

(2) 分段建造方法對詳細設計的影響。一般情況，船廠會根據自身的設備、工藝習慣，選擇合適的分段建造方法。在詳細設計時如果把分段建造方法考慮到設計中去，能降低成本、縮短建造周期、提高生產效率。

上層建筑結構一般按層劃分分段，然后每層分段疊加合龍成總組段，同時進行預舾裝(設備進艙、管道和電纜敷設、內裝和涂裝等)作業(yè)，待上層建筑區(qū)域舾裝結束后，進行整體吊裝與主船體合龍，實現縮短造船總周期和降低造船成本的目的。上建總組段吊裝如圖2所示。

圖2 上建總組段吊裝

在詳細設計階段須預估生活樓結構總組重量，其中包含結構、管系、電氣、內裝、鐵舾重量及重心位置，同時考慮后續(xù)管系、焊材、加強等重量，預先對上建總組段整體吊裝強度進行分析[2]。根據計算結果，優(yōu)化結構設計，薄弱處須提前考慮加強方案。吊耳處甲板背面增加加強筋；吊耳下方外圍壁換成20 mm 加厚板，材質是A；吊耳處甲板換成16 mm加厚板，材質是DH 36-Z35；加厚板與外圍壁板及甲板之間采用全熔透焊；加厚板外側200 mm 范圍內的甲板及外圍壁之間采用全熔透焊；吊耳下方窗戶孔吊裝時不開孔。上建吊裝模型分析圖及吊耳節(jié)點圖，如圖3所示。

圖3 上建總組段模型分析圖及吊耳節(jié)點圖

在詳細設計階段，對主要結構(如艙壁、外板、內底板、甲板等)板縫進行設計時，采用橫、縱向直線布置，優(yōu)化加厚板區(qū)域，取消圓角過渡型板縫，最大化利用廠里現有平面拼板流水線，提高拼板、型材安裝效率。

(3) 貨艙密性要求。LNG船是高危險船，為防止氣體泄漏，須對整個貨艙做密性試驗。貨艙內圍艙壁的所有縱向角焊縫都采用深熔焊，而橫艙壁與甲板、縱艙壁、內底板的連接形式是普通的角焊縫。為保證焊縫滿足氣密要求，在詳細階段修改基本設計圖紙，將角焊縫改成深熔焊，消除焊縫缺陷導致的氣體泄漏。

2 生產設計延伸至詳細設計

生產設計是在詳細設計圖紙經船級社、船舶所有人退審后進行的，因此在生產設計階段必須嚴格依據詳細設計的退審圖來完成生產設計。生產設計著眼于生產和技術的準備工作，事先進行統(tǒng)籌規(guī)劃和綜合安排，實行先行設計。如生產設計階段更改設計內容，沒有服從詳細設計圖紙，必須與船舶所有人或船級社協商，甚至須重新送審船級社。更改手續(xù)繁多，勢必延誤設計周期，阻滯生產設計進行。因此，生產的先行設計應該延伸到詳細設計。

生產設計提前介入詳細設計階段，對于影響生產設計的原則性、批量性問題可反饋給詳細設計人員，及時修改詳細設計圖紙，將設計優(yōu)化提前處理。因此，設計工序提前化，問題早發(fā)現、早解決會使后續(xù)生產設計更準確化、合理化。

(1) 船體標準節(jié)點本廠化。每個設計公司的設計節(jié)點型式基本上都不一樣，為使LNG船更好地適應本廠的建造標準，在基本設計公司提供的《船體標準節(jié)點圖冊》基礎上，更改成本廠以往的通用節(jié)點型式，如過焊孔、流水孔、型材貫穿孔、補板型式、型材端部型式、不等高型材對接處理方式等。避免因設計習慣不一致，在生產設計階段產生低級錯誤，同時有利于在設計軟件中完成對新項目的初始化設置。

(2) 人孔、減輕孔位置合理化。生產設計過程中，板縫排列經常會穿過開孔或者距離開孔很近。如果板縫穿過開孔，特別是門孔、窗戶孔在合龍縫處或開孔在2個分段中，此處的門、窗在分段階段不能安裝，影響安裝進度。當板縫距開孔小于50 mm時，如圖4所示，板縫須進行相應圓弧處理，會產生小尖角，導致板的寬度超出原板寬度，在生產設計時不利于板材套料、板規(guī)統(tǒng)一化、鋼材利用率的提高。因此，生產設計提前介入，將此問題反饋至詳細設計，在詳細設計圖紙送審前優(yōu)化開孔位置。

圖4 孔與板縫位置

(3) 優(yōu)化基座下方結構(肋板、縱桁)加強方案?；驹O計公司提供的基設圖紙僅僅滿足強度要求，沒有充分考慮到船廠對施工、成本的要求。圖5是基本設計圖紙的加強方案，基座下方局部板強度從AH 36提高到DH 36。

圖5 基本設計方案

在生產設計時，從施工方便、節(jié)約成本綜合考慮，提出優(yōu)化基座下方結構(肋板、縱桁)加強方案。圖6是優(yōu)化后加強方案。圓弧焊縫及短直板縫通常使用CO2氣體保護焊。水平焊縫改成垂直焊縫后可以采用埋弧自動焊，焊接生產效率高。基座下方全部用高強度鋼DH 36取代AH 36，提高結構強度。板縫布置時考慮分段合龍縫位置。零件形狀方正，沒有缺角，方便零件套料，板材利用率高。

圖6 生產設計方案

(4) 專業(yè)間協調前期化。以貨艙區(qū)為例，雙層底、舷側、雙層甲板區(qū)域主要涉及鐵舾、管系、船體等3個專業(yè)協調[3]。鐵舾專業(yè)的永久性檢驗通道布置；管系專業(yè)的壓載管、測深管、透氣管布置；船體專業(yè)的人孔布置。通道布置與管路布置不能相互干涉和阻礙。船體專業(yè)須根據通道需求在船體結構上開設通道孔，根據管路需求在船體結構上開設管孔。專業(yè)間協調確定好通道布置與管路布置方案，船體專業(yè)將通道孔、管孔提前在詳細設計圖紙中設計好。LNG船的特殊性在于內底板布置有大量的基座來支撐貨罐，液罐基座下方附近屬于強受力區(qū)。如圖7所示，通道孔、管孔須盡量避開此區(qū)域，不能避開的必須做強度補強。所有專業(yè)間協調開孔及補強隨同船體詳細設計圖紙送船級社審查，使設計更為完整化，為生產設計提供詳細、準確的設計依據，減少修改。

圖7 液罐基座下方結構圖

3 結語

在船舶的設計過程中，船廠同時承擔詳細設計和生產設計時，詳細設計階段應綜合考慮本廠建造能力、生產工藝、專業(yè)間協調，將可能發(fā)生的問題從生產設計階段提前至詳細設計階段解決，提前預知設計可行性，提高效率，降低后續(xù)修改成本。優(yōu)化、深化詳細設計，使設計更符合現場施工，更符合本廠實際情況，從源頭開始考慮成本，可以大幅縮短造船周期，減少返修率，提高企業(yè)經濟效益。

[1] 夏登柱. 將生產設計延伸到詳細設計[J]. 船舶與海洋工程，2015(3)：75-78.

[2] 王彥,薛鴻祥,朱錦標. 大型液化氣船船體結構生產設計優(yōu)化方案[J]. 造船技術，2017(2)：47-51.

[3] 牛海靜. 談船舶生產設計精細化[J]. 造船技術，2015(6)：50-54.

[4] 中華人民共和國工業(yè)和信息化部.合同設計、詳細設計和生產設計相關銜接的基本要求: CB/Z 254-2011 [S].2011.