散货船货舱边水舱开口处加强支撑拆除时机的研究与实施.pdf

5船舶设计与建造中外船舶科技2023年第3 期散货船货舱边水舱开口处加强支撑拆除时机的研究与实施曹岭，李祖发，张理燕（上海外高桥造船有限公司，上海200137)摘要：介绍了散货船货舱边水舱分段建造中支撑加强拆除前移的可行性和必须注意的环节，提出了三角舱开口处尺寸控制及预防变形的方法，避免了总组搭载阶段拆除支撑导致的人力、物力浪费，解决了高空作业低空做的安全问题，有效提升了搭载效率。关键词：散货船；边水舱分段；支撑加强；精度控制中图分类号：U671文献标志码：A散货船货舱边水舱分段在建造过程中，因三角肋板是开口设计的，导致其结构较弱，在受到吊运、运输及重力等因素影响后，会造成开口处尺寸变小。因此，在工法设计阶段增加了开口处的支撑加强设计，以确保建造过程中整体不易发生变形，开口尺寸可控。一般支撑加强会在分段小组立阶段增加，在片体、分段、总段完工后拆除，但有的支撑加强则会到船坞搭载阶段才拆除。在总组及船坞阶段进行分段开口处加强支撑的拆除作业，不仅会造成人力物力的浪费、油漆的二次破坏，而且不利于后续的施工作业和搭载效率的提升，并会伴有一定的安全隐患。因此，要从中间产品的工艺工法和精度控制角度着手，通过收集数据并进行分析后，研究新的工艺工法取消加强支撑或将加强支撑拆除阶段前移，以提升总组搭载效率。1散货船货舱边水舱分段1.1货舱边水舱分段结构特点及精度要求散货船货舱区内底板在两舫处有斜升，可使散货更容易向货舱中部集中。货舱边水舱分为上边舱和下边舱（图1、2），侧上部设顶边舱，靠近尾部的货舱顶边舱可作为重油舱，其余可用作压载舱。顶边舱航侧板与水平面夹角一般约3 0，顶边舱与舫侧外板对接为开口结构。顶边舱通过围井与底边舱双层底相连，底边舱与双层底转圆对接处为开口结构，上下边舱因其开口结构特点，因此对精度要图1上边舱分段结构图2下边舱分段结构作者简介：曹岭，工程师，研究方向为造船精度管理和工艺工法。船舶设计与建造中外船舶科技2023年第3 期求较高，具体如下：分段划线偏差控制在1 mm以内，主尺寸、对角线偏差控制在3 mm以内，结构直线度和平整度控制在3 mm以内，分段构件的位偏差一般控制在2 mm以内，T排安装断差控制在2mm以内。1.2货舱边水舱分段常规建造工艺及存在的问题货舱边水舱分段建造一般采用片体组装法，分上边舱和下边舱。上边舱分段以甲板为基准，装焊纵骨；片体以斜板为基准，装焊纵骨，拉人肋板并装焊，斜板1 8 0 翻身与甲板合拢成三角舱，以分段端部对和线作为三角舱合拢定位基准，将斜板、甲板、三角舱和外板合拢成完整的上边舱分段。下边舱分段由以外旁板状组立为基面的吊装斜底及外底合拢的组合件制作而成。对于首尾有线形的下边舱分段，以斜底为基面进行建造，采用外板反贴进行装焊定位，然后出胎架，翻身后焊接。分段胎架形式由建造方法确定。货舱边水舱分段借助片体平直流水线进行高效建造，但由于片体三角舱为开口结构，在焊接及吊运时容易发生变形，因此需采用支撑加强，以使结构保型。目前，在三角舱小组制作阶段就开始实施支撑加强，经过片段、分段、总段阶段后才能拆除，不仅造成大量支撑型材的浪费及安装拆除支撑的人力浪费，也不利于解决本质的安全问题。1.3开口处支撑加强优化方案的提出随着高质量发展的深人推进，提质增效成为高质量发展的重要载体。通过对散货船边水舱分段的建造分析，结合前期机舱分段、舰部分段的支撑加强优化情况，提出通过数据的研究与分析，优化边水舱三角舱开口处的支撑加强，即取消支撑加强或将支撑加强拆除阶段前移。2散货船货舱边水舱分段开口处支撑加强优化的可行性如果将散货船货舱边水舱分段开口处支撑加强拆除阶段前移或者取消，必须要找到加强的根源因素。在通过收集货舱边水舱分段开口处的相关尺寸并进行分析后可得到解决方案，具体包括以下几个方面：（1）收集小组立、片体、分段及总组搭载各个阶段在加强支撑拆除前后开口处的尺寸数据，根据收集到的数据分析变化情况，研究相应的对策；（2）结合机舱分段和舰部分段支撑加强优化的方法，在小组立阶段收集1 0 组边水舱分段，在三角肋板处加放反变形以做大开口尺寸后，取消加强支撑或在分段完工后拆除加强支撑并记录各阶段的数据变化情况；（3）根据收集到的数据，得到最终的对策及解决措施。2.1三角肋板开口处有支撑加强的数据收集边水舱分段三角肋板开口处有支撑加强，主要从小组立阶段、分段阶段、总组阶段进行数据收集。可通过事先设计的统计表格，统一规范每个阶段的数据统计标准。根据以往的数据分析经验，以从小组立到总组阶段的1 0 组数据为研究参数，在小组立阶段测量内开口尺寸，在分段、总段阶段测量整体开口尺寸，具体见图3、4。收集数据围绕过程“B”“C”精度展开（B精度为中间产品装配点焊阶段的尺寸数据，C精度为中间产品装配焊接后的尺寸数据）。结果见表1。图3三角舱小组立开口尺寸测量图4边舱分段/总段开口尺寸测量中外船舶科技船舶设计与建造2023年第3 期表1三角肋板开口处尺寸（有支撑加强）mm加工理分段阶段总组阶段总组完工构件号B精度尺寸C精度尺寸变形量分段完工论尺寸理论尺寸理论尺寸尺寸FR157A35143515(+1)3515([phone]([phone](-1)FR162A35143514(0)3514(0)065766577([phone](-1)FR165A35143518(+4)3517([phone]([phone](0)FR168A35143516(+2)3515([phone](0)65766576(0)FR171A35143513(-1)3513(-1)065766576(0)65766575(1)FR174A35143517(+3)3516([phone]([phone](+3)FR177A35143514(0)3513(-1)-165766579([phone](+1)FR180A35143515(+1)3515([phone]([phone](+2)FR183A35143510(-4)3510(-4)065766583([phone](+4)FR186A35143520(+6)3519([phone]([phone](+4)FR190A35143515(+1)3515([phone](0)65816581(0)FR174A35143518(+4)3517([phone]([phone](+2)FR177A35143518(+4)3517([phone](0)65766576(0)FR180A35143518(+4)3518([phone](-2)65766574(-2)FR183A35143515(+1)3514(0)-165766581([phone](+4)FR186A35143518(+4)3517([phone]([phone](+2)FR190A35143514(0)3513(-1)-165816584([phone](+2)对表1 数据分析后可知，小组立阶段焊接前后尺寸变化在1 mm左右，分段完工后整体尺寸在正公差以上。分段到总段在经过运输、涂装、吊装等环节后尽管尺寸会有变化，但在有支撑加强的情况下偏差都保持在2 mm左右，因此整体精度可控。2.2三角肋板分段完工开口处无支撑加强的尺寸收集边水舱分段三角肋板开口处无支撑加强时也主要从小组立阶段、分段阶段、总组阶段进行数据收集，通过事先设计统计表格，统一规范每个阶段的数据统计标准。在数据收集过程中发现三角肋板在小组立制作阶段开口大且结构较软，焊接前后数据变化较大，基本偏差在1 0 mm以上。因此，在小组立阶段按照有支撑加强进行数据收集，暂不以拆除支撑加强作为研究对象。结合结构特点将数据统计标准确定为：小组立阶段构件点焊后进行支撑加强，收集焊接前后的尺寸数据；在分段阶段收集完工后支撑加强拆除前后的开口尺寸数据；在总组阶段收集总组后的开口尺寸数据。结果见表2。表2三角肋板开口处尺寸（分段完工取消支撑加强）mm分段阶总组阶变化量加工理B精度C精度变形变化总组阶变化构件号段理论分段拆前分段拆后段理论（与分段后论尺寸尺寸尺寸量量段尺寸量尺寸尺寸值对比）FR174A35143518(+4)3517([phone](+4)6579([phone](2)25FR177A35143518(+4)3517([phone](0)6574(2)265766571(-5)53FR180A35143518(+4)3518([phone](-2)6572(-4)265766571(-5)518船舶设计与建造中外船舶科技2023年第3 期续表分段阶总组阶变化量加工理B精度C精度变形变化总组阶变化构件号段理论分段拆前分段拆后段理论（与分段后论尺寸尺寸尺寸量量段尺寸量尺寸尺寸值对比）FR183A35143515(+1)3514(0)-165766581(+5)6580([phone](-2)26FR186A35143518(+4)3517([phone](+5)6579([phone](-2)25FR190A35143514(0)3513(-1)-165816584(+3)6584([phone](-6)69FR139A35143515(+1)3514(0)-165826583(+1)6578(-4)56582 6579(-3)31FR142A35143516(+2)3515([phone](+1)6580(-2)365826575(-10)75FR145A35143514(0)3513(-1)-165826584(+2)6579(-3)565826586(+5)47FR148A35143516(+2)3513(-1)-365826581(-1)6577(-5)665826585(+3)38FR151A35143515(+1)3514(0)-165826584(+2)6581(-1)365826678(-4)43FR154A35143516(+2)3516([phone](-1)6579(-3)46582.6572(-10)107FR217A35613568(+7)3564([phone](+2)6558(0)265586554(-4)44FR213A35613568(+7)3567([phone](+3)6558(0)365586550(-8)88FR210A35613562(+1)3560(-1)-265586562(+4)6557(-1)565586550(-8)87FR207A35613565(+4)3564（[phone](+3)6557(-1)465586551(-7)76FR204A35613561(0)3560(-1)-165566560(+4)6555(-1)565566553(-7)32对表2 数据分析后可知，小组立阶段焊接前后数据总体变化在1 mm左右，分段完工后加强支撑拆除前后数据变化在3 mm左右，总体尺寸变小。分段到总段在经过运输、涂装和吊运等环节后，总组阶段数据与分段阶段数据对标变化为5 mm左右，总体尺寸变小。通过研究货舱边水舱分段开口处加强支撑拆除与不拆除的数据可以看出，不拆除加强支撑基本可以保证分段从小组立到总组搭载的精度，数据可控，但在总组搭载阶段拆除加强支撑会浪费资源并会影响环境。通过分析加强支撑拆除后的数据可知：小组立无加强时尺寸变化较大，数据在1 0 mm左右；分段阶段完工后拆除加强支撑的数据变化在3 mm左右，到总组阶段的数据变化在5 mm左右。在对数据进行拟合并绘制曲线图后可发现，开口尺寸变化存在一定规律，详见图5。从图中可以发现，三角舱的开口尺寸从小组立、分段、总组的总体数据变化存在规律，离散点数较少，数据主要聚集在5 mm以内，剔除个别离散点的总体数据偏差在5mm以内。因此，通过在三角舱小组立阶段将尺寸做大5 mm以上，基本可以解决分段拆除后尺寸偏小的问题，最终能实现分段加强支撑拆除后总段尺寸可控。12.5S2.13291R-Sq63.0%10.0R-Sq(调整)62.5%7.55.02.50.0-2.5-5.0-10-5051015分段加强支撑拆后/mm图5加强支撑拟合线图3散货船货舱边水舱分段开口处支撑加强优化方案的实施在分析数据及调研现场工艺实施情况后发现，要解决分段拆除后的尺寸偏差问题，就需要分段完工尺寸离向正公差。通过对边舱分段实施标准的精度控制工艺，在三角开口处加放反变形，都能达到分中外船舶科技2023年第3 期船舶设计与建造段完工的正向数值离散，最终保证能在分段阶段拆除支撑加强。3.1边水舱分段标准的精度控制工艺传统的边水舱分段精度控制【2 工艺主要是通过卷尺、水平仪对片体、分段的完工尺寸进行管理，属于结果精度管理，即常说的被动精度管理。一般来说，造船业所说的精度管理是尺寸管理（demensionaccruacycontrol），是实现船舶建造“壳涂”一体化和总装造船的必要条件 3 。现代造船模式下的边水舱标准精度控制工艺重视的是事先精度管理，即通过精度策划，余量补偿量加放，精准的中间产品切割，对部件、T型材、主板、胎架、地线、拼板的划线及采取全站仪过程定位等进行精度管控，以输出合格的产品。边水舱分段的建造流程是在部件阶段进行三角舱肋板制作，在平直阶段进行斜板片体装配、外板拼板，在分段阶段将斜片体与外板组装成一个整体分段。因此，在精度管理过程中，小组立阶段的三角肋板开口尺寸控制是重点，在肋板拼接时，要严格落实基准线施工，保证开口处和整体的尺寸，构件完工后进行背烧作业；片体阶段的关键环节是拼板尺寸和三角肋板的装配管理，在拼板作业过程中要严格落实角尺拼板和端面直线度管理，确保拼板精度合格，具体见图6。三角肋板在片体阶段装配时要注意对间距和垂直度的控制，可通过全站仪进行全过程定位监控，以保证三角肋板的垂直度，最终确保其水平及高度尺寸。147mm147mml147mm.147mm8m147mmi47mm划线本向以此先划出助位间距线及确认铺助.K线利用勾股定理。检验基准线是否准确，基准边相交的角是否为直角。6m划线方向图6拼板划线控制边水舱分段在大组分段阶段会发生因T排焊接水平上翘导致开口尺寸同步偏差的问题。因此，在T排装配前要先对外板进行反变形加放，一般加放58mm，以保证焊接后的整体水平，具体见图7。在T排焊接过程中一般需采用退焊法施工以减少焊接变形。此外，在大组阶段，组装边舱片体与外板时要严格控制斜板与外板交叉点的精度、重合度，以及开口尺寸，见图8。支撑加强在焊接完工后、精度报验前拆除，在精度确认支撑加强拆除后的开口高度尺寸达标后再进行分段脱胎。图7外板反变形加放10中外船舶科技船舶设计与建造2023年第3 期重合度控制3mm肘板注意焊接顺序O节点尺寸绝对控制图8分段精度控制要点3.2边水舱分段三角舱开口处反变形加放的实施在研究三角舱开口处数据后发现，如果支撑加强在分段阶段拆除，开口尺寸会偏小5 7 mm左右，因此，结合以往精度控制反变形加放经验，可试着在三角肋板拼接（小组立阶段）时实施反变形加放，即将三角肋板开口尺寸做大5 8 mm，同时严格遵循焊接工艺顺序，保证三角肋板开口尺寸在小组立阶段完工后偏大3 5 mm。在分段定位阶段，同样按照开口尺寸偏大3 5 mm进行定位，保证分段焊接完工后开口尺寸偏大3 mm左右，分段开口支撑加强拆除后开口尺寸保持正公差，最终保证总组阶段边舱总段的开口尺寸满足3 mm精度要求。通过现场验证并全程按照标准精度控制工艺进行管控，对收集到的各阶段的完工数据进行整理与分析后发现能达到预期效果，具体见表3。表3三角舱分段开口处支撑加强拆除后的数据（分段阶段拆除）mm加工理分段阶段总组阶段总组阶构件号B精度尺寸C精度尺寸分段拆前分段拆后论尺寸理论尺寸理论尺寸段尺寸FR217A35613568(+7)3565([phone](+3)6559([phone](-2)FR213A35613568(+7)3567([phone](+4)6560([phone](-3)FR210A35613566(+5)3563([phone](+4)6560([phone](-4)FR207A35613565(+4)3564([phone](+3)6560(0)65586558(0)FR204A35613566(+5)3564([phone](+4)6555(-1)65566552(-4)FR241A34203421(+1)3420(0)64426444(+2)6445([phone](-2)FR245A33483354(+6)3354([phone](+3)6315([phone](+2)FR248A31993207(+8)3207([phone](+11)6180([phone](+8)FR251A31103114(+4)3113([phone](+11)5995([phone](+5)FR254A29432945(+2)2944([phone](+3)5745(0)57455748(+3)FR257.A26882695(+7)2694([phone](+5)5450([phone](+1)FR260A23002305（+5)2300(0)50965101(+5)5100([phone](+1)FR241A34203424(+4)3420(0)64426445(+3)6442(0)64426444(+2)FR248A31993207(+8)3206([phone](+5)6171([phone](+5)FR251A31103115(+5)3114([phone](+5)5984(0)59845984+(0)FR254A29432945(+2)2945([phone]（+5)5747([phone](+5)FR257A26882697(+9)2696([phone](+2)5445(-1)54465446(0)FR260A23002299(-1)2298(-2)50965100(+4)5100([phone](+1)通过表3 数据可以看出，在小组立阶段进行反变形数据加放，构件焊接完成后的主尺寸会偏大3mm左右，分段阶段同步按照正公差施工，分段完工支撑加强拆除后整体数据偏大2 mm左右，总段阶段开口尺寸满足3 mm精度要求。3.3边水舱分段开口处支撑加强拆除后的实效在按照边水舱分段标准精度控制工艺作业和实施反变形方案后，工艺工法部门根据提供的数据，直11中外船舶科技船舶设计与建造2023年第3 期接在工艺图纸中将支撑加强在总组搭载阶段拆除改为在分段阶段拆除，并从工艺上固化实施步骤。精度部门与品质保证部联合实施分段完工检查，在分段完工后对三角舱分段的完整性进行检查，经过一段时间后，现场施工人员逐渐适应了按工艺规定拆除支撑加强并能落实标准的精度控制工艺。通过对边水舱分段实施标准的精度控制工艺，确保了三角肋板开口处的反变形实施效果，保证了边水舱分段支撑加强在分段阶段拆除后的开口尺寸精度，避免了在总组及搭载阶段拆除支撑加强的人力、物力浪费，以及对环境的污染，从本质上解决了支撑加强高空拆除的危险性，提升了总组搭载效率，具体见图9、1 0。图9分段阶段支撑加强拆除图1 0总组阶段无支撑加强4结语通过研究散货船货舱边水舱分段开口处支撑加强的拆除时机，对收集到的数据进行分析后可知，可在小组立及分段阶段加放5 8 mm的反变形，严格落实标准的精度控制工艺，在边水舱分段完工后拆除支撑加强，最终边水舱开口处精度满足要求，总组阶段精度可控。此次的研究结果对优化其他类型分总段的支撑加强具有借鉴意义。参考文献：1应长春.船舶工艺技术M.上海：上海交通大学出版社,2 0 1 3.2柯于舫.论船舶的精度控制与建造质量 J.沪东中华科技情报,2 0 0 2(1)：1 4-1 5,1 7.3张星，刘建峰，蒋志勇.造船装精度管理研究J.船舶与海洋工程，2 0 1 3（3）：7 0-7 3.