集裝箱船貨艙區(qū)總組技術(shù)

夏小浩， 王 偉

(1.揚帆集團股份有限公司， 浙江 舟山 316100； 2.浙江海洋大學(xué) 船舶與機電工程學(xué)院， 浙江 舟山316022)

0 引 言

近些年來，隨著大量的集裝箱船在國內(nèi)船廠建造，集裝箱船的建造技術(shù)和工藝已日趨成熟，建造精度大幅提高，建造周期也大幅縮短，但是與日韓船廠相比，國內(nèi)各船廠還有很大差距。為了提高船舶建造精度，縮短建造周期，降低生產(chǎn)成本，需要不斷探索新技術(shù)、新工藝，改善建造設(shè)備和管理方法。在現(xiàn)有的設(shè)備下，優(yōu)化集裝箱船貨艙區(qū)的總組搭載方式，以完整的環(huán)形總段進塢搭載是突破集裝箱船建造的關(guān)鍵問題之一。

1 貨艙區(qū)總組形式

國內(nèi)船廠集裝箱船建造總組形式大致可分為4類(見表1)。隨著國內(nèi)各船廠的管理、技術(shù)能力的改進和起吊能力的大幅度提升，貨艙區(qū)的總段越做越大，船臺或船塢工作也不斷前移，使船臺或船塢建造效率逐步提升，船舶建造質(zhì)量和精度不斷提高[1-3]。

2 貨艙區(qū)環(huán)形總段總組建造方法

2 200 TEU集裝箱船貨艙區(qū)共有5個貨艙，第1至第4個貨艙容量可裝載2個40英尺標箱(12.2 m×2.44 m×2.59 m)，第5貨艙裝載1個40英尺標箱，各艙均有階梯平臺。集裝箱船貨艙區(qū)工作量包括以下內(nèi)容：(1)主船體結(jié)構(gòu)及縱橫艙口圍結(jié)構(gòu)焊接；(2)艙壁上的導(dǎo)軌安裝和檢測；(3)主甲板上舷邊的箱柱安裝；(4)橫艙壁內(nèi)的通風(fēng)安裝；(5)貨艙內(nèi)各平臺上的箱腳、堆錐安裝和檢測；(6)其他各類型舾裝件(包括綁扎橋和艙口蓋)安裝。

集裝箱船貨艙區(qū)因綁扎系統(tǒng)多導(dǎo)致貨艙區(qū)工作量大，各工種配合和交互多，又因裝載集裝箱而導(dǎo)致貨艙區(qū)和綁扎系統(tǒng)精度要求高。為了縮短船塢周期，提高建造精度，必須優(yōu)化建造工藝，把艙口圍、導(dǎo)軌、箱柱、箱腳底座等原來在總組/船塢或碼頭階段安裝的工作，提前至分段或總段階段完成，即把后續(xù)工作向前移，確保貨艙區(qū)環(huán)形總段的所有工作能在總組階段完成。為了達到貨艙區(qū)以環(huán)形總段的方式總組，在2 200 TEU集裝箱船上，做了如下優(yōu)化和技術(shù)攻關(guān)。

表1 各種集裝箱船貨艙區(qū)總組形式和特點

2.1 建造方針技術(shù)優(yōu)化

2 200 TEU集裝箱船前期建造方針策劃明確貨艙區(qū)按環(huán)形總段進行總組，確定建造順序、總組方案和設(shè)計要求。圍繞貨艙區(qū)環(huán)形總段總組方式，優(yōu)化技術(shù)和工藝方法如下：(1)橫向艙口圍帶入橫艙壁分段安裝；(2)導(dǎo)軌帶入橫艙壁分段安裝；(3)箱柱帶入舷側(cè)分段安裝；(4)縱向艙口圍在環(huán)形總段成形階段與舷側(cè)分段焊接安裝；(5)貨艙內(nèi)的箱腳堆錐和底座在環(huán)形總段成形后劃線安裝焊接結(jié)束并測量；(6)分段劃分時貨艙區(qū)要求從上到下一刀切，并要求每1環(huán)形總段帶1橫艙壁，每1環(huán)形總段總質(zhì)量(包括環(huán)形總段內(nèi)的舾裝件質(zhì)量)不超過650 t(船塢和總組場地吊車可吊700 t)；(7)保證各舾裝件在環(huán)形總段內(nèi)安裝焊接結(jié)束，只保留合龍口工作。

2.2 貨艙區(qū)環(huán)段總組技術(shù)難點

集裝箱船貨艙區(qū)建造的難點是主船體貨艙區(qū)綁扎系統(tǒng)的精度控制。實行以環(huán)形總段總組的方式，把很多安裝、焊接工作量和建造精度控制工作提前至分段或總段上完成，對分段或總段的建造精度控制要求顯著提高[4-8]。

2.2.1 分段和總段劃分及質(zhì)量控制

對于船體生產(chǎn)設(shè)計來說，為實現(xiàn)貨艙以環(huán)形總段總組，考慮將艙口圍、導(dǎo)軌、箱柱、箱腳底座等結(jié)構(gòu)設(shè)計到分段或總段中。在2 200 TEU集裝箱上劃分分段時，首先需考慮總段的劃分和總段質(zhì)量的計算，要確保每個環(huán)形總段(包括各類舾裝件和管系)的總質(zhì)量不能超過總組和船塢場地吊車的起吊能力(建造廠船塢和總組場地的2臺吊車起吊能力最大可達700 t)?？偠未_定后才能考慮分段的劃分，在劃分總段時要保證這1環(huán)段內(nèi)帶1橫向艙壁，在劃分分段時需考慮導(dǎo)軌、箱柱、箱腳底座等在分段中能否安裝。

2 200 TEU集裝箱船貨艙區(qū)的總段在劃分時需要計算出各類型的最大橫艙壁(包括橫向艙口圍和導(dǎo)軌)以及貨艙中段每米的質(zhì)量，然后根據(jù)劃分的長度估算出船體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，并充分考慮建造難度、其他專業(yè)因素和板材利用率等。經(jīng)過反復(fù)比較與調(diào)整，最后確定貨艙區(qū)的分段、總段劃分圖如圖1所示，最大環(huán)形總段結(jié)構(gòu)質(zhì)量為591 t(包含縱向艙口圍和箱柱，橫向艙口圍和導(dǎo)軌)，再加上其他加強結(jié)構(gòu)等質(zhì)量總計650 t，符合起吊能力要求。

在劃分總段時，需反復(fù)考慮和計算環(huán)段的總質(zhì)量，這是達到以環(huán)段搭載的最根本要求。很多船廠未采用環(huán)段總組的最根本原因是起吊能力不足。

圖1 2 200 TEU貨艙區(qū)分段劃分

2.2.2 分段建造精度控制

集裝箱船因裝載集裝箱，對貨艙的精度有較高的要求，因此在建造分段過程中，須保證精度測量和控制。

導(dǎo)軌在分段中的安裝和工藝已較為成熟，在國內(nèi)大多數(shù)船廠都已實施[9-11]，在其他集裝箱船上也已建造過，積累了一定經(jīng)驗。在建造2 200 TEU帶導(dǎo)軌的橫艙壁分段(見圖2)時，為保證橫艙壁和導(dǎo)軌的安裝精度，須實時測量監(jiān)控并調(diào)整，在分段完工后均要符合精度要求。管控與監(jiān)測點如下：(1)前后艙壁的間距、平整度、艙壁中心線和艙壁的角尺度；(2)導(dǎo)軌的水平度、間距、距中尺寸、角尺度和直線度。

圖2 2 200 TEU帶導(dǎo)軌的橫艙壁分段

2.2.3 總組精度控制

2 200 TEU貨艙區(qū)環(huán)形總段主船體組成：底部雙層底分段、舷側(cè)分段、橫艙壁分段和縱向艙口圍分段。在總組前，搭載人員首先要檢查各組合分段的精度檢驗數(shù)據(jù)，確保各分段在總組時精度符合精度管控要求。根據(jù)分段完工精度檢測數(shù)據(jù)先利用全站儀模擬總組，找出搭載需要調(diào)整和注意的分段位置和控制點。

在實際搭載時，用全站儀實時收集數(shù)據(jù)，控制精度需要關(guān)注6點：

(1) 雙層底中心線與橫艙壁前后中心線對齊一致；

(2) 橫向艙口圍4角水平高度和垂直度；

(3) 舷側(cè)分段和橫艙壁的水平高度(以橫艙壁為基準)以及前后位置控制；

(4) 舷側(cè)分段的垂直度和半寬控制(有誤差時不能移橫艙壁)；

(5) 縱向艙口圍與橫向艙壁間的角尺度；

(6) 舷側(cè)分段與縱向艙口圍左右同面度。

2 200 TEU典型環(huán)段組合過程如圖3所示，環(huán)形點段之間合龍情況如圖4所示。

圖3 典型環(huán)段組合過程

圖4 2 200 TEU 2個貨艙環(huán)形總段合龍情況

2.2.4 搭載精度控制

貨艙區(qū)環(huán)段總組完成，即平臺、雙層底上的箱腳底座和堆錐已根據(jù)艙壁導(dǎo)軌劃線定位并安裝完畢，其在精度測量后均符合精度控制要求，且所有舾裝件安裝結(jié)束，環(huán)段可吊入船塢或船臺進行合龍。在大合龍時精度控制需要關(guān)注4點：

(1) 前后總段的中心線對齊； (2) 保證前后總段形成的貨艙長度、寬度和對角線偏差控制；

(3) 保證前后總段各平臺、主甲板和艙口圍的高度；

(4) 保證平臺與雙層底上40英尺或20英尺箱腳間的距離，誤差不超過±4 mm。

在合龍前，可通過全站儀和軟件把在船塢內(nèi)的搭載段端口數(shù)據(jù)和吊入總段的搭載總段端口數(shù)據(jù)進行模擬，分析合龍口的中心線、長度和對角是否有誤差，若有問題，則可以通過調(diào)整吊入總段的裕量來保證中心線對齊，保證長度和對角誤差尺寸在允許范圍內(nèi)。

3 貨艙區(qū)環(huán)形總段搭載技術(shù)優(yōu)缺點

通過對2 200 TEU集裝箱船貨艙區(qū)環(huán)形總段搭載技術(shù)的分析，結(jié)合對現(xiàn)場建造管理和能力的了解，對以不同總組方式建造的同型箱船進行對比(見表2)，發(fā)現(xiàn)貨艙區(qū)以完整環(huán)形總段進行總組的2 200 TEU集裝箱船，對縮短建造周期、減少船塢占用時間和提高精度有明顯的優(yōu)勢。

表2 2 200 TEU集裝箱船貨艙區(qū)環(huán)形總段搭載技術(shù)的優(yōu)缺點對比

4 結(jié) 論

如何縮短船塢或碼頭周期是國內(nèi)每個船廠在建造船舶時都要面臨的問題，也是需要重點解決的問題。結(jié)合船廠的現(xiàn)有設(shè)施和能力，運用新的建造技術(shù)或優(yōu)化工藝可以大幅縮短建造周期。分段、總段作為船舶建造中的中間產(chǎn)品，提高其完整性是船舶建造的發(fā)展趨勢。改變總組方式，以總組完整的環(huán)形總段為目標的建造技術(shù)和工藝，在建造能力允許的情況下，是集裝箱船建造的一次重要技術(shù)變革，必將推廣至所有集裝箱船的建造中。