21 000 TEU超大型集裝箱船抗扭箱和艙口圍一體化建造技術(shù)

黃 健, 陸勁宇， 徐 君

(江南造船集團(tuán)有限責(zé)任公司， 上海 201913)

0 引 言

在超大型集裝箱船建造方面，尤以抗扭箱和艙口圍分段的建造難度最大，工藝要求較高。在國內(nèi)，超大型集裝箱船艙口圍普遍采用在船塢階段與抗扭箱正態(tài)合龍的建造方式，江南造船集團(tuán)有限責(zé)任公司(下文簡稱“公司”)在18 000 TEU集裝箱船建造過程中試驗(yàn)性地將抗扭箱和艙口圍一體化建造，但施工流程較為繁瑣、經(jīng)濟(jì)效益較低、舾裝完整性較差。為了簡化抗扭箱和艙口圍一體化建造流程，提高生產(chǎn)效率，需對抗扭箱和艙口圍一體化建造流程進(jìn)行創(chuàng)新和完善。

1 集裝箱船抗扭箱和艙口圍一體化建造流程的演變

公司自成立以來，相繼建造完工了4 600 TEU、4 700 TEU、5 100 TEU、8 530 TEU、9 400 TEU以及18 000 TEU集裝箱船，并承接了22 000 TEU集裝箱船的訂單，實(shí)現(xiàn)了集裝箱船建造史上的兩次跨越，集裝箱船的裝箱數(shù)量翻了兩翻?？v觀公司在抗扭箱和艙口圍一體化建造流程上的發(fā)展歷程，大致可以分為2個階段：第1階段是抗扭箱和艙口圍建造流程的發(fā)展階段；第2階段是在實(shí)際建造經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對抗扭箱和艙口圍建造流程進(jìn)行優(yōu)化，并對抗扭箱和艙口圍一體化建造方式進(jìn)行探索的階段。

1.1 第1階段抗扭箱和艙口圍建造流程的發(fā)展

在公司成立初期，由于缺少集裝箱船的相關(guān)建造經(jīng)驗(yàn)，4 600 TEU、4 700 TEU和5 100 TEU集裝箱船抗扭箱和艙口圍建造流程選擇了比較保守的方法，即：抗扭箱和艙口圍分段單獨(dú)制作，在船塢階段將抗扭箱和艙口圍分段分別散吊搭載。對于抗扭箱分段建造流程:分別以抗扭箱區(qū)域的縱壁、外板和主甲板為基面進(jìn)行拼板焊接[1]，裝焊縱骨形成縱壁、外板和主甲板組立；然后將肋板、二甲板小組立和主甲板組立裝焊至縱壁組立上；最后吊裝外板組立，并翻身焊接，形成抗扭箱分段[2]。具體的建造流程如圖1所示。

圖1 抗扭箱和艙口圍建造流程

在該建造流程的指導(dǎo)下，抗扭箱分段建造得以順利實(shí)施，但在現(xiàn)場施工過程中，發(fā)現(xiàn)該抗扭箱建造流程尚有一些不足之處，如表1所示。

表1 5 100 TEU等集裝箱船抗扭箱和艙口圍建造流程中的不足

1.2 第2階段抗扭箱和艙口圍一體化建造流程的探索

經(jīng)過對4 600 TEU、5 100 TEU等集裝箱船抗扭箱和艙口圍建造過程的跟蹤梳理，充分認(rèn)識到艙口圍分段散吊搭載的不足，以及抗扭箱和艙口圍一體化建造的必要性和先進(jìn)性。因此，在對9 400 TEU集裝箱船抗扭箱和艙口圍進(jìn)行建造策劃時，將抗扭箱和艙口圍一體化作為指導(dǎo)方針，進(jìn)一步優(yōu)化抗扭箱和艙口圍的建造流程。

鑒于9 400 TEU集裝箱船抗扭箱和艙口圍區(qū)域高強(qiáng)度厚板尺寸較5 100 TEU船明顯增加，且原抗扭箱建造流程的生產(chǎn)效率較低，船塢搭載階段抗扭箱與艙口圍合龍周期較長，嚴(yán)重制約了船塢周期的縮短，需要對抗扭箱和艙口圍建造流程進(jìn)行優(yōu)化，并實(shí)施抗扭箱和艙口圍一體化建造。

(1) 抗扭箱和艙口圍建造流程優(yōu)化

在5 100 TEU集裝箱船抗扭箱分段建造過程中，各片狀組立精度控制較差，且各片狀組立在進(jìn)行合龍時，裝配間隙較小，組立難度較大，而縱壁片體組立由于安裝肋板、縱桁等結(jié)構(gòu)，精度控制較好[3]。根據(jù)實(shí)際情況隨即制定抗扭箱區(qū)域肋板分3片，分別與抗扭箱的主甲板組立、縱壁組立和外板組立合龍，再進(jìn)行分段組立的流程。該建造流程能夠提高各片狀組立的強(qiáng)度，精度控制較好，且主甲板縱骨與肋板裝配環(huán)境較好，施工方便[4]。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，抗扭箱分段建造周期由最初的70 d左右縮短為約45 d，證明了該建造流程的高效性。

(2) 抗扭箱和艙口圍一體化建造

根據(jù)9 400 TEU集裝箱船的分段/總段劃分圖[5]，艙口圍分段數(shù)量為40只，將其散吊搭載嚴(yán)重制約船塢資源高效化的利用以及船塢周期的縮短。因此，在9 400 TEU集裝箱船型上實(shí)施抗扭箱和艙口圍一體化建造成為必然趨勢。對于一體化建造方式，公司出于降低抗扭箱與艙口圍一體化建造難度的目的，同時也為積累一體化建造經(jīng)驗(yàn)，特制定了抗扭箱與艙口圍正態(tài)合龍的建造流程，即：在抗扭箱分段大組立建造完畢后，將抗扭箱組立翻身上模板胎架定位為主船體狀態(tài)，再將艙口圍分段翻身與其合龍，并焊接形成抗扭箱和艙口圍一體化分段。具體的建造流程如圖2所示。

圖2 艙口圍分段翻身與抗扭箱合龍

經(jīng)過9 400 TEU集裝箱船上的實(shí)踐和應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)該一體化建造流程具有一定的優(yōu)點(diǎn)與不足，具體如表2所示。

由表2可知：抗扭箱和艙口圍一體化建造能有效提高船舶建造速度，單船減少船塢階段艙口圍分段搭載吊數(shù)40吊，實(shí)現(xiàn)了船塢周期縮短，降本增效和生產(chǎn)效率提高。然而，該建造流程存在著施工流程繁瑣、施工環(huán)境不佳和舾裝完整性較低等問題，都是該抗扭箱和艙口圍一體化建造流程改進(jìn)和優(yōu)化的方向。

2 21 000 TEU集裝箱船抗扭箱和艙口圍一體化建造

2.1 21 000 TEU集裝箱船抗扭箱和艙口圍一體化建造流程

(1) 改善抗扭箱和艙口圍一體化施工環(huán)境

在9 400 TEU集裝箱船抗扭箱與艙口圍一體化合龍的過程中，施工高度為距地面4.8 m，需搭設(shè)腳手架，而施工區(qū)域?yàn)榕摽趪M立和主甲板的角接區(qū)域，艙口圍以下區(qū)域?yàn)橥暾目古は浣M立。只要能降低與艙口圍合龍的組立高度，就能降低抗扭箱和艙口圍一體化建造高度。在抗扭箱各組立中，主甲板組立既滿足與艙口圍合龍的要求，也滿足建造高度較低的要求(主甲板組立高度約1.7 m)。因此，抗扭箱的主甲板組立與艙口圍組立預(yù)合龍的建造流程可有效降低抗扭箱和艙口圍施工高度，解決其一體化中施工環(huán)境不佳的問題。如圖3所示。

圖3 一體化建造優(yōu)化前后的總組方式

(2) 減少抗扭箱和艙口圍一體化建造翻身次數(shù)

根據(jù)9 400 TEU集裝箱船抗扭箱與艙口圍一體化建造流程，艙口圍與抗扭箱合龍時需翻身兩次，主要是由于抗扭箱組立與艙口圍分段采用正態(tài)合龍建造工藝。經(jīng)過對一體化建造流程的梳理，確立了一體化臥態(tài)組立的新工藝，即：在以縱壁為基面的狀態(tài)下，將主甲板組立與艙口圍組立進(jìn)行合龍，再翻身吊裝至外板組立上，形成一體化分段。流程圖如圖4所示。

圖4 以縱壁為基面狀態(tài)下的翻身

最終，整個一體化建造流程為抗扭箱區(qū)域肋板依然分3段與縱壁組立、外板組立和主甲板組立合龍。再將抗扭箱主甲板組立與艙口圍組立先正態(tài)預(yù)合龍成主甲板中組立，并與縱壁組立臥態(tài)合龍成縱壁中組立，最后翻身吊裝至外板組立上，并焊接形成完整性分段。

2.2 21 000 TEU集裝箱船抗扭箱和艙口圍一體化舾裝完整性

針對9 400 TEU集裝箱船在實(shí)施抗扭箱和艙口圍一體化建造過程中舾裝完整性較低的問題，在21 000 TEU集裝箱船上推進(jìn)實(shí)施管子單元預(yù)舾裝技術(shù)與立柱分段階段安裝技術(shù)，以提高分段舾裝完整性的問題。

管子單元預(yù)舾裝技術(shù)就是將原本分段階段散裝的管子及支架做成管架單元，并在胎架上與外板組立預(yù)舾裝，待分段合龍后再調(diào)整到位[6]，如圖5所示。管子單元預(yù)舾裝技術(shù)可提高管子與支架的裝配效率，改善管子與支架分段階段安裝的施工環(huán)境，提高分段預(yù)舾裝效率。

圖5 外板組立階段預(yù)裝與分段調(diào)整到位

如圖6所示：立柱及甲板舾裝件在分段階段安裝，其中立柱分段階段安裝就是在主甲板組立與艙口圍組立正態(tài)合龍的同時將立柱與主甲板組立也進(jìn)行合龍，減少船塢搭載階段立柱吊裝及裝配焊接的工作量，同時，欄桿、踏步、拉手、導(dǎo)纜孔等甲板舾裝件也在分段階段完整性安裝。表3為21 000 TEU集裝箱船抗扭箱和艙口圍一體化建造實(shí)施效果分析。

圖6 舾裝件分段階段完整性安裝

表3 21 000 TEU集裝箱船抗扭箱和艙口圍一體化建造實(shí)施效果分析

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

經(jīng)濟(jì)效益分析具體如表4所示。

表4 抗扭箱和艙口圍一體化建造后的經(jīng)濟(jì)效益分析

該一體化研究成果可在公司承接的所有集裝箱船上推廣應(yīng)用，可持續(xù)為公司創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。

4 總 結(jié)

對21 000 TEU集裝箱船抗扭箱和艙口圍一體化建造進(jìn)行研究，提出超大型集裝箱船高效的抗扭箱和艙口圍一體化建造流程和舾裝件完整性建造方案，夯實(shí)了公司超大型集裝箱船建造基礎(chǔ)，是公司在超大型集裝箱船建造領(lǐng)域創(chuàng)新和探索的最新成果，標(biāo)志著公司躋身國內(nèi)超大型集裝箱船建造領(lǐng)域的先進(jìn)行列，也使我國的超大型集裝箱船建造水平邁上了新臺階。