客滾船整體艙室單元總段安裝的關(guān)鍵技術(shù)1

董洪佳，鄭和輝，歐書博，劉鑫男，倪維松，徐 謙

（1. 招商局金陵船舶（威海）有限公司，山東威海 264200；2. 招商局郵輪研究院（上海）有限公司，上海 200137）

0 引言

客滾船設(shè)置有大量的居住房間，為縮短施工周期，其艙室房間普遍被設(shè)計(jì)成整體艙室單元[1]。整體艙室單元的制作與船舶主體建造同步進(jìn)行，不僅能有效縮短內(nèi)裝施工的作業(yè)時(shí)間，還能減少各工種交錯(cuò)作業(yè)的現(xiàn)象，具有集成度高、質(zhì)量高、協(xié)調(diào)界面少等優(yōu)點(diǎn)[2]。通常情況下，在船舶下水后進(jìn)行整體艙室單元安裝，并在碼頭集中吊裝。然而，該階段具有大量的船舶系統(tǒng)調(diào)試工作，整體艙室單元安裝和系統(tǒng)調(diào)試工作間會(huì)出現(xiàn)大量的交錯(cuò)作業(yè)，這會(huì)增加船舶建造管理的難度，影響工程進(jìn)度[3]。當(dāng)前國際市場對客滾船建造周期的要求較為嚴(yán)苛，為提高船廠的競爭力，需要盡量縮短船舶的建造周期[4]。本文提出一種整體艙室單元總段安裝的客滾船設(shè)計(jì)建造方法，該方法將客滾船的上層建筑劃分為若干總段，在船舶合龍之前的總段階段進(jìn)行單元的安裝工作，可實(shí)現(xiàn)多場地的并行施工，大幅提高總段階段的舾裝率，并有效縮短下水后的內(nèi)舾裝施工周期[5]。整體艙室單元總段安裝法的船舶設(shè)計(jì)和建造的組織模式和關(guān)鍵技術(shù)均有別于常規(guī)模式，本文從設(shè)計(jì)、建造、變形與精度控制等3 方面對該方法的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。

1 總段安裝

客滾船的船塢建造周期較長，縮短船塢周期是確保按期交船和提高產(chǎn)量的關(guān)鍵點(diǎn)之一[6]。通常情況下，船廠在場地上把分段進(jìn)行總組，形成大型的總段，并盡量提高總段進(jìn)塢前的完整性，盡可能多地完成舾裝、涂裝、電纜安裝等工作?？偠蔚牟⑿薪ㄔ炜商岣咝剩瑸榭偠蝺?nèi)預(yù)舾裝和區(qū)域涂裝的完整性建立了良好的基礎(chǔ)，使船舶在平臺(tái)階段獲得最大的預(yù)舾裝率[7]。豪華郵輪均采用總段化建造模式，德國邁爾船廠是世界豪華郵輪主要建造商之一，該船廠在建造10 萬噸級(jí)豪華郵輪時(shí)，將其劃分為70個(gè)總段，每個(gè)總段的質(zhì)量約800 t[8]。

船舶的建造流程見圖1，整體艙室單元總段安裝法將整體艙室單元的安裝工序從船舶下水后的碼頭階段前移到了總段完成總組后。整體艙室單元在船廠車間內(nèi)組裝完成，經(jīng)功能測試合格后在場地上整體吊裝上船。工序的前移可有效減少建造費(fèi)用和工時(shí)，但會(huì)給船舶的設(shè)計(jì)建造帶來新的挑戰(zhàn)。

圖1 船舶的建造流程

2 設(shè)計(jì)工作

2.1 合同階段

為加快設(shè)計(jì)工作的進(jìn)度，合同階段需要為整體艙室單元的總段安裝進(jìn)行策劃和準(zhǔn)備，與船東確定單元的藝術(shù)設(shè)計(jì)方案，并在合同生效后盡快完成單元樣板間的設(shè)計(jì)和認(rèn)可、材料采購、制作和報(bào)檢。此外，該階段還需要盡快完成空調(diào)通風(fēng)設(shè)備、生活污水設(shè)備、內(nèi)裝等大包合同的簽訂。

2.2 設(shè)計(jì)模式

整個(gè)設(shè)計(jì)模式采用三維一體化設(shè)計(jì)模式，通過先進(jìn)的設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行全球聯(lián)網(wǎng)交互設(shè)計(jì)。對船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模，并完成有限元計(jì)算、疲勞計(jì)算和振動(dòng)噪聲分析[9]。在三維交互設(shè)計(jì)階段，要第一時(shí)間開展舾裝設(shè)計(jì)工作，完成結(jié)構(gòu)大開孔和主要系統(tǒng)的空間布置，全面加快設(shè)計(jì)工作的進(jìn)度，為總段階段進(jìn)行艙室單元安裝創(chuàng)造條件。

2.3 藝術(shù)設(shè)計(jì)

作為內(nèi)裝設(shè)計(jì)最重要的基礎(chǔ)，藝術(shù)設(shè)計(jì)工作通常由船東負(fù)責(zé)推進(jìn)，往往會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)周期長、所需修改多、成本控制難等問題。為縮短設(shè)計(jì)周期，藝術(shù)設(shè)計(jì)必須由船廠負(fù)責(zé)推進(jìn)，船廠聯(lián)合內(nèi)裝承包商完成技術(shù)方案的制訂和認(rèn)可。通常情況下，船廠會(huì)準(zhǔn)備3～4 個(gè)備選方案以供船東選擇。

2.4 背景工程設(shè)計(jì)

背景工程設(shè)計(jì)是整體艙室單元總段安裝方法的關(guān)鍵技術(shù)之一，主要包括結(jié)構(gòu)、管系、電氣、通風(fēng)等專業(yè)。背景工程設(shè)計(jì)需要圍繞總段方案展開，設(shè)計(jì)順序?yàn)榭照{(diào)通風(fēng)管→電氣主干托架→管系。要做好前期的設(shè)計(jì)策劃，并通過三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行建模驗(yàn)證。

通常情況下，在船舶合龍后才能完成電纜的最終鋪設(shè)，待電纜鋪設(shè)完成后才能吊裝艙室單元。為保證單元總段的安裝不對電纜的鋪設(shè)產(chǎn)生影響，采用電纜主干全部布置在走廊的技術(shù)方案，可有效解決電纜鋪設(shè)和單元推進(jìn)在時(shí)間上的矛盾。為消除分支電纜的影響，在每個(gè)艙室單元上設(shè)置分電箱，電纜和分電箱高度集成在單元上。

在進(jìn)行空調(diào)通風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要空調(diào)廠家提前介入，船廠設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)必須根據(jù)規(guī)格書的要求完成通風(fēng)量初步計(jì)算、風(fēng)管管徑預(yù)選定和風(fēng)管預(yù)布置等工作。船廠將技術(shù)方案提交至設(shè)備商，并進(jìn)行交互設(shè)計(jì)[10]。

3 建造工作

通常情況下，客滾船的上層建筑劃分成6～7個(gè)總段，在劃分總段時(shí)需要兼顧單元艙室的布置情況。為實(shí)現(xiàn)整體艙室單元的總段安裝，需要加快船舶建造工作的進(jìn)度，主要包括背景工程施工和內(nèi)裝工程施工。

在進(jìn)行整體艙室單元安裝前，必須完成背景工程施工，主要包括以下部分：

1）甲板調(diào)平。在總段完工后，對于平整度不達(dá)標(biāo)的區(qū)域，進(jìn)行甲板、外板的調(diào)平工作。

2）系統(tǒng)完整性報(bào)檢。在管子、電纜、風(fēng)管等安裝完成后，進(jìn)行區(qū)域系統(tǒng)完整性報(bào)檢，驗(yàn)證推進(jìn)路線和推進(jìn)高度的正確性。

3）系統(tǒng)試驗(yàn)。按設(shè)計(jì)預(yù)留位置完成管系、風(fēng)管的密性試驗(yàn)和清潔工作。

內(nèi)裝工程施工的主要任務(wù)是完成整體艙室單元的安裝工作，在制定方案時(shí)需要考慮合龍縫的影響，為焊接工作留出足夠的焊接空間和檢查空間。根據(jù)實(shí)際空間情況，可先將合龍口位置處的整體艙室單元布置在臨時(shí)存放位置，待合龍后再移動(dòng)至指定位置；或者將合龍口位置處的單元改為散裝房間，待合龍后再進(jìn)行組裝。

在整體艙室單元安裝完成后，需要進(jìn)行單元與背景工程的接口工作，以及單元管路和船舶管路的對接工作。在船舶合龍后，重點(diǎn)檢查整個(gè)系統(tǒng)的密性試驗(yàn)和暢通試驗(yàn)，以免出現(xiàn)跑氣、漏水、滴水等問題。

在單元吊裝完成后，需設(shè)置足夠的消防設(shè)施，并將水消防管路與施工區(qū)域的消防栓連接，保證立即能夠投入使用。安裝監(jiān)控?cái)z像頭和火災(zāi)報(bào)警裝置?？偠魏淆垥r(shí)需要嚴(yán)格遵守動(dòng)火審批流程，防火人員提前安排到位。

4 變形和精度控制

由于客滾船居住甲板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較弱，在吊裝過程中甲板的變形控制成為一個(gè)關(guān)鍵問題。根據(jù)整體艙室單元布置圖和艙室推進(jìn)路線圖完成艙室劃線工作。單元位置不僅要滿足當(dāng)前總段的要求，還要滿足總段合龍后的相關(guān)要求。為滿足上述要求，需要設(shè)置2 條基準(zhǔn)線，分別為總段本身的合龍基準(zhǔn)線和單元合龍基準(zhǔn)線。通過經(jīng)緯儀確定總段本身的合龍基準(zhǔn)線，在充分考慮合龍誤差和建造誤差的基礎(chǔ)之上確定單元合龍基準(zhǔn)線，并根據(jù)這2 條基準(zhǔn)線完成各艙室精確位置的劃線工作。在總段單元精確定位前，需要對2 個(gè)總段進(jìn)行預(yù)合龍，確認(rèn)無誤后再進(jìn)行精確定位。在完成劃線工作后，通過單元轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)將整體艙室單元移動(dòng)至最終位置并進(jìn)行定位，進(jìn)而完成總段起吊前的單元加固。

根據(jù)振動(dòng)噪聲的計(jì)算要求，兩相鄰艙室單元間需要設(shè)置25～30 mm 的空氣隔聲間隙。為彌補(bǔ)2 個(gè)總段的建造誤差（5 mm）和焊接收縮量（3 mm），總段劃分線處2個(gè)房間的空氣隔聲間隙設(shè)置為45 mm。

提高總段的精度可有效降低船塢搭載階段的修整率。對各個(gè)分段的精度進(jìn)行監(jiān)測，尤其要注意焊接變形。上層建筑區(qū)域由薄板構(gòu)成，焊腳通常為3.5～4.0 mm，需要控制焊接電流以防變形，每月需提交精度報(bào)告并制訂整改方案。

5 結(jié)論

本文提出一種整體艙室單元總段安裝的客滾船設(shè)計(jì)建造方法，并從設(shè)計(jì)、建造、變形與精度控制等3 方面對該方法的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，可得到如下結(jié)論：

1）整體艙室單元總段安裝法使內(nèi)裝工作在工序上大幅度前移，符合“空間分道，時(shí)間有序”的現(xiàn)代化造船理念。

2）整體艙室單元總段安裝法為客滾船的設(shè)計(jì)和建造帶來新的挑戰(zhàn)，需要采用新的關(guān)鍵技術(shù)，并盡量將設(shè)計(jì)和建造工作前移。

3）變形和精度控制是實(shí)現(xiàn)整體艙室單元總段安裝法的關(guān)鍵，要盡量加強(qiáng)總段精度的過程控制。