船舶坞墩干涉分析及解决方案

吴 攀 程光旭 李 斌

（广船国际技术中心）

0 前言

在船舶建造过程中，随着以分段作为中间产品这种造船模式的兴起，壳舾涂一体化理念不断的得到贯彻和完善，对于分段的制作、存储、运输、除锈及涂漆等建造工序带来了更多的变革和挑战。本文以底层分段堆放方式的研究改进为切入点，通过不断的设计优化、管理改善，最终通过实践验证解决建造难题。

1 问题的来源

近几年，在7.5 万吨成品油轮建造过程中，接到施工单位反馈，底部分段、总段吊入船坞进行搭载合拢制作时，发现作为船舶支撑用的坞墩与分段摆放时支撑点位置重合，其它船型也存在类似问题，该处由于支撑工装的阻挡并没有提前进行除锈和涂漆，而船舶下水前必须完成船舶干舷下所有外板的涂漆工作。所以操作工人就需要将相冲突位置的墩木拆除，同时在附近位置增加支撑点分摊受力。在分段坐墩压紧的情况下，拆除墩木异常困难，不仅仅费时费力，还经常损坏墩木，常见案例见图1。在造船成本高居不下，船企高举降本增效大旗的当下，这个问题已经成为我们刻不容缓需要解决的问题。

2 原因分析

经过实际调研和数据收集，对造成此类问题的原因进行了分析、归类，主要存在以下几个方面：

（1）设计人员经验不足，没有将分段堆放支撑点与船坞坐墩支撑点避开；

（2）施工人员没有按照图纸要求勘画出支撑点，随意摆放后与坞墩位冲突；

（3）船舶进坞前布墩错误，部分位置坐标与图纸不符；

图1 坞墩位与支撑点冲突现场示意图

（4）部分支撑点在总组阶段错开支撑位后进行临时补涂，但由于天气或油漆固化时间不够等原因造成墩木拆除；

（5）按照堆放原则将支撑点设置在硬档，如实肋位处，而支撑区域有限导致不可避免的冲突。

通过具体的原因分析和讨论，我们制定了对应的解决措施，主要从管理和技术二方面着手解决此问题。

3 解决措施

3.1 管理改善

造成船坞坞墩拆除的原因是多方面的，首先我们从管理改进上寻求突破点，积极制定改进方案和预防措施，跟踪方案落实情况，务求取得实效。具体措施如下：

（1）通过工艺宣贯和交底，明确告知员工按图施工，执行工艺要求；

（2）当分段离胎摆放时，严格按照图纸位置标识要求进行摆放，并用记号笔划出支撑位置，并进行自互检；

（3）分段通过运输进棚打砂涂装或出棚时，支撑工装摆放于记号笔划出位置；

（4）分段进行总组时，将总组支撑点尽量避开原支撑区域，并通知涂装人员进场补涂；

（5）在船坞布墩完成后，对坞墩布置准确性进行报验确认；

（6）计划安排有序，按照作业指导书要求给予足够的油漆固化时间；

（7）定期组织工艺巡查活动，对分段支撑摆放和勘划进行检查，纠正违反工艺的行为。

3.2 设计优化

从设计源头上思考解决问题的方法，如何将分段支撑位置与坞墩位错开成了关键之处。按照以前的设计习惯，支撑点的布置往往放在实肋板处，且尽可能的放在纵横结构交叉点上。既要满足这个要求，又要各支撑工装围绕重心布置保证受力均匀，往往不可避免会出现相冲突的情况。例如，在底部分段堆放方案设计时，需要先完成船坞坞墩布置图的设计，并将坞墩位按照相同的比例映射到堆放设计中，进行初期干涉排查和调整。当布置区域空间有限时，能否将支撑受力点布置于偏离实肋板一定距离，但仍然处于骨材下方的想法应运而生，如果能够实现，对于船坞墩木拆除的老大难问题就可以得到解决。

针对这个问题，选取某型船底部分段作为载体，使用MSC.Patran 软件进行有限元计算，给予技术上的支持。MSC.Patran 是一个集成的并行框架式有限元前后处理及分析仿真系统。MSC.Patran 最早由美国宇航局（NASA）倡导开发, 是工业领域最著名的并行框架式有限元前后处理及分析系统，其开放式、多功能的体系结构可将工程设计、工程分析、结果评估、用户化设计和交互图形界面集于一身，构成一个完整的CAE 集成环境。使用MSC.Patran，可以帮助产品开用户实现从设计到制造全过程的产品性能仿真。我们通过在软件中建模，模拟三种支撑形态，选取了1.3 倍自重的条件下，以某型油轮底部分段为例进行静力位移分析，得出结果如下：

（1）当2 排支撑点处于实肋位硬档交叉处时，见图2；

图2 支撑点位于两硬档的位移云图

图3 支撑点位于单侧硬档的位移云图

图4 支撑点位于双侧非硬档的位移云图

（2）当1 排支撑点偏移开实肋位500mm 时，见图3；

（3）当2 排支撑点皆偏移开实肋位500mm 时，见图4。

从以上三幅图中可以对比看出，当实肋位附近存在较强结构时，适当偏移支撑位置后结构变形基本可以忽略。当二挡肋位之间无其它结构时，自由端会由于远离支撑点而变形量加大，最大处达到5mm。而此种变形属于弹性变形，若能控制好生产计划，防止长时间的积压堆放，变形量会有适当回弹。且此处位置属于分段自由端，在对接缝装配时，对此种程度的变形可以快速调节过来，不用开刀等其它措施。综合以上因素考虑，认定此种方法是可行的，但需要注意二点，一是错开实肋档支撑时选用结构较强一侧；二是保持分段制作计划供应有序，减少中间环节的积压时间。

在设计源头上通过科学有效的方法验证了该方案的可行性，最终还需要经过实践证明。我们并没有一开始就大范围的实施，而是选取近期离胎的数个分段作为载体进行测试，将支撑工装偏移开实肋位一定距离，测试周期为1 个月，然后通过拉粉线和全站仪测量的方式检验板边直线度和变形情况，均在合理公差范围之内，满足船舶建造使用要求，测量数据见表1。

表1 变形情况监测对比表

图5 甲板分段支撑示意效果图

图6 底部分段支撑示意效果图

现场实际操作效果图见图5 和图6，目视观察良好，无明显变形现状。

通过有限元软件计算和现场实物模拟的双重验证后，此种堆放方式被证明可行，成功解决了船坞坞墩拆除的难题，值得大范围的推广。

4 结束语

随着科学技术的发展，新技术新设备的运用不断为造船技术带来突破，也改变着传统的造船理念。在如今的造船形势下，外部竞争越来越激烈，利润空间不断缩小，而内部成本高居不下，制约着船企的生存和发展，造船业进入了持久的寒冬季节。唯有打破传统造船理念的束缚，不断的思索和积极创新，在船舶建造的各个环节中寻找降成本、增效率的方式方法，苦练内功，提高船企的核心竞争力，方能立足于当下。