半船总段漂移作业法对船坞有效空间影响研究_郑彤.pdf

第 31 卷 第 2 期2023 年 2 月Vol.31 No.2Feb.,2023船 舶 物 资 与 市 场 MARINE EQUIPMENT/MATERIALS&MARKETING0 引言船厂为了更大化地利用船坞内空间，或采用同型整船、半段前后顺序建造，或采用整船半段交叉建造1。整船与巨型半船总段串联建造模式在船坞长度尺寸有限的情况下，可缩短船坞周期，实现造船产能提升，因此应用广泛。巨型半船总段长度尺寸越长，完善度越高，后期整船建造周期越短。限制半船总段长度尺寸的条件主要有 3 个方面：1）半船总段移位定位技术；2）整船、坞门、半船总段、坞墙之间的安全距离；3）船坞注水后整船、半船总段起浮过程的位移控制。以上问题在实际操作中较多地依靠实践经验，没有从漂移作业法工况环境、缆绳受力延申、半船总段与整船运动状态入手分析，缺乏理论知识指导，本文通过某船厂 10 万吨级船坞、20 万吨级船坞串联建造模式的实践，以及国内外不断创新的工艺工法学习，研究船坞有效空间布局的难点问题，科学安全规划船坞、整船、半船位置间距，有效实现半船总段尺寸最大化，为生产计划前移、生产流程均衡打基础。1 半船总段移位定位方式半船总段移位定位方式目前主要有 3 种方法：1）漂移作业法，利用船坞注水后的浮力托起半船总段，通过缆绳牵引将半船大型总段漂移到指定位置，通过缆绳调节完成定位落墩。半船总段漂移作业法对船坞有效空间影响研究郑 彤（招商局金陵船舶（南京）有限公司，江苏 南京 210015）摘 要：漂移作业法在半船总段移位定位方法中存在较大优势。但漂移作业法工况环境较为复杂，安全间距的设定较多采用经验值，限制了半船总段的长度。本文通过研究半船总段漂移作业法实操过程的位移变动量，科学计算设置整船、半船总段、船坞之间的安全间距，减少只凭借经验设置的过大余量，结合船厂作业的实践经验，在作业中采取必需的安全措施，有效缩短安全间距，加大半船总段长度尺寸，缩短整船后续建造周期，提高船坞利用率。关键词：半船总段；漂移作业法；有效空间中图分类号：U671 文献标识码：A DOI:10.19727/ki.cbwzysc.2023.02.022引用格式郑彤.半船总段漂移作业法对船坞有效空间影响研究 J.船舶物资与市场,2023,31(2):67-70.收稿日期：2023-01-29作者简介：郑彤（1971-），男，本科，高级工程师，研究方向为船舶建造工艺及设备。2）液压小车作业法，通过液压小车顶升移动半船总段到指定位置定位。液压小车作业法根据作业设备不同分为三类：第一类为液压船台轨道小车，国内常用设备高度变动范围为 1450 mm 1750 mm，单台设备最大顶升能力 250 t，适合半船总段长距离直线移位，可以运载空船自重 11500 t 的 64000 t 散货船，主要应用在船坞半船总段、陆岸整船移位（如梳式滑道船台）。第二类为自行式模块运输车（SPMT），设备高度变动范围为 15001850 mm，模块车单个轴线可载重 48 t，适合半船总段长距离多方位移位，可运载重达 5200 t 的船体。第三类为三维液压顶升小车2，设备高度变动范围为 16501950 mm，单台最大承载能力为 350 t，适合半船总段 250 mm 以内的移位，可运载重达 3800 t 的船体，在多岛建造移位方案中得到较好应用，功能特点是满足半船总段搭载精度要求。3）吊装作业法，利用大型起重设备，将半船总段吊入坞内完成定位；吊装作业法对大型起重设备吨位要求较高，通常需要液压小车陆地配合移位。为提高半船总段的重量，主要采用联抬形式。浮吊以 2 台为主，已有运载重达 3000 t 的总段的案列。船坞内半船总段移位定位方式最常采用的是漂移作业法，优点是对半船总段长度、重量限制条件少，操作可控简便，是本文主要的研究方向。1.1 半船总段移位定位方式对比半船总段移位定位工艺方法不同，施工作业时间、船舶物资与市场第 31 卷 第 2 期 68 总段移位重量限制以及作业的成本都会有较大的差异，如表 1 所示。表 1 半船总段不同移位定位方式对比表移位定位工艺总段质量作业准备时间 作业成本作业范围漂移作业法无上限 3 天低船坞液压小车作业法 12000 t10 天高船坞、陆岸、水岸对接吊装作业法 3000 t5 天高船坞、陆岸通过半船总段移位定位方式对比，漂移作业法在移位总段质量、作业准备时间、作业成本上都有较大优势，更适合船坞整船与巨型半船总段串联建造模式。漂移作业法可以实现整船出坞，半船总段移位定位连续作业，作业时间控制在 1 个工作日内；液压小车作业法必需等船坞水抽干才能进车，第二个工作日半船总段移位定位，第三个工作日校准水平出车，正常需要 3 天作业时间。1.2 漂移作业法在一艘半造船法中，当其中一艘整船出坞时，常伴随着同一船坞内的另一艘船舶的半船起浮与位移3。半船总段漂移作业法串联布置工艺，如图 1 所示。图 1 一条半船串联布置工艺半船大型总段水线以下进行封堵，船坞内注水，整船及半船大型总段起浮，开启坞门，整船出坞，半船通过牵引漂移，到达指定搭载区域，关闭坞门抽水定位，从起漂到落墩的操作过程，同一船型工作流程需要1天，不同船型增加了重新布墩流程，工作流程约 3 天。根据船坞的宽度尺寸不同，漂移可以采用缆绳牵引移位，也可以通过拖轮帮拖移位，2 种方法都能有效地控制半船漂移过程中的安全状态。1）漂移作业法串联建造模式的生产流程采用整船、半船总段船坞串联建造模式，一般针对同一船型较多，整船出坞，半船总段移位定位可以连续作业。对于不同船型，由于船底坞墩的承载布局方案不同，需要增加坞墩重新布置的环节。以上 2 种情况在工作实践中都得到较好的应用。根据船坞内串联建造船型的具体情况，漂移作业法串联建造模式的生产流程，如图 2 所示。同一船型不同船型整船出坞整船出坞关闭坞门半船总段移位定位半船总段 出坞半船总段 原位落墩 关闭坞门重布坞墩关闭坞门重布坞墩半船总段 进坞定位半船总段 移位定位船坞注水船坞注水 图 2 漂移作业法串联建造模式生产流程2）半船总段的漂移作业法定位在坞内抽水过程中，半船总段随水位下降开始定位，通过测量仪器观测定位状态，在牵引缆绳不断调节下落墩，精度可以控制在船体纵距误差 50 mm、横距误差50 mm。如定位精度标准高，可在船体底板首尾中心线位置安装再定位装置，定位装置在纵横 2 个方向上都能进行精度调控，通过定位装置自动对准定位中心，精度可以控制在船体纵向、横向误差 10 mm。2 串联布局及漂移作业工况分析船坞串联布局组合模式多样，可以是整船与整船的串联，也可以是整船与半船的串联。本文以船坞长度尺寸有限的整船与半船总段串联建造为研究方向，通过串联布局不同模式对比，优化布局方案。细化漂移作业流程，分析工况不同的环境因素对作业安全的影响。2.1 整船与半船总段串联布局主要形式船坞内整船与半船串联布局主要有整船坞门方向布置和半船坞门方向布置 2 种形式。不同的布局形式影响到生产作业流程、工作时间，同时整船与半船施工作业区域在工序进行到后期会产生交叉作业的情形，给船舶施工作业安全管理、生产组织管理增加较大工作量。整船与半船串联布局不同对生产作业流程及施工作业影响，如表 2 所示。表 2 整船与半船总段串联布局主要形式对比表布局形式船体方向飘移作业流程整船与半船作业干扰整船坞门方向布置船尾坞门方向整船出坞半船总段移位定位相互不影响船首坞门方向整船尾轴安装与半船作业场地重合半船坞门方向布置船尾坞门方向半船总段出坞整船出坞半船总段进坞移位定位整船尾轴安装与半船作业场地重合船首坞门方向相互不影响 从飘移作业流程、整船与半船作业干扰影响的对比分析，整船坞门布置、船尾朝向坞门布局模式的生产流第 2 期 69 程最简洁，交叉干扰环节少，在生产流程和效率上更具优势。在各种船型中，配置尾门的滚装船对船尾部作业场地要求最高，尤其是滚装船建造流程中，除了尾轴的安装外，还有尾门的调试及负荷试验也需要占用较大空间。在作业实践中，滚装船尾门安装调试工作集中在坞内整船建造的后期，从尾门安装调试关闭尾门出坞作业，是一个连续的过程，尾门作业占用的空间位置，没有二次利用的时间节点。2.2 飘移作业工况分析整船出坞与半船总段漂移定位作业流程。船坞注水，半船总段比整船吃水浅，先行起浮；船坞继续注水，整船起浮；坞内注水与外侧水位一致时开启坞门，整船出坞，半船总段漂移定位。船舶在二次定位过程中受到两类力的作用,一类是作用于船舶的环境力,主要包括风力、流力、波浪力和船舶本身的流体动力等；另一类是控制船舶运动的力4。在船坞内作业过程中的影响因素及应对安全措施，如表 3 所示。表 3 船坞内飘移作业工况影响因素分析影响因素影响方式主要安全措施环境因素水流坞内环境封闭，外界水流干扰较少，船体主要受注水速度和流向冲击的影响。增加注水时间，减缓注水流速。风力受风力作用下船体前后串动，与坞墙、其它船及坞门刮碰。作业风力控在6 级以下。工装设备缆绳缆绳受力延伸量大，船体串动碰撞；防风预案不完善，阵风 8 级以上断缆事故。选用破断强力大、伸缩率小的缆绳。牵引设备牵引小车、绞关故障造成作业停顿。日常检修、保养。作业行为各工位作业指挥不同步；操作人员作业不熟练造成牵引缆绳松紧调节失控。作业方案完善，加强作业前演练质量。1）坞内船舶风力计算风动力估算公式：Fa=1 2 aCaVa2(Aacos2+Basin2)，（1）式中：Fa为水线以上船体所受风动压力，N；a为空气密度，取值为 1.226 kg/m3；Ca为风动力系数；Va为相对风速，m/s；为风舷角；Aa为坞墙顶端以上船体正面积，m2；Ba为坞墙顶端以上船体侧面积，m2。由于船坞与船体间距较小，水面到坞墙顶端之间的船体部分受风力影响可以忽略不记。2）坞内船舶的系缆要求漂移作业牵引艏缆和艉缆与船舶纵轴线的角度一般为 45 15，缆绳与码头面间的垂直角度不应超过 30；缆绳长度一般为 3040 m，不宜小于 20 m。根据瞬时风力 8 级计算坞内船舶最大受风力，在此基础上选配防风用横缆，横缆尽量垂直于船舶纵轴线布置，横缆与此轴线的夹角控制在 90 30；倒缆与坞内船舶纵轴线夹角一般为 5 15。3 船坞串联建造有效空间利用船坞内整船、半船总段空间布局方案要以船舶施工工艺无障碍、工序实施安全可靠为前提。船舶建造过程中设备的吊装、船体外板作业都要预留安全空间位置，在船体以外需要最大空间位置的工序是尾轴安装。整船、半船大型总段起漂后受水流、风力影响出现摆动位移现象，为防止碰撞事故，相互之间需要预留安全距离。安全距离设定条件影响了船坞的空间布局及半船总段长度尺寸。3.1 尾轴安装间距的设定不同船型尾轴长度尺寸差别较大，根据尾轴安装作业特点，尾轴安装间距可根据最大单节长度设定，不同类型船舶尾轴主要尺寸，如表 4 所示。表 4 不同类型船舶尾轴长度尺寸表序号船舶类型总长/m型宽/m尾轴尺寸尾轴总长/m最大单节长/m17800LM 滚装船2383450.625.525800LM 滚装船2383450.224315500RORO23533452445000 集装箱船25537178.158200 t 散货船2293266可以看出滚装船的尾轴属于长轴系，单节长度最长，散货船轴系为短轴系。滚装船的尾轴为多节组装长轴系，需考虑组装后的校调检验，为节约船坞尾轴安装空间，可以利用船尾舵与桨的位置空间，也可以考虑尾轴从船体侧面吊装的安装工艺。从最大利用船坞空间，优化尾轴安装间距的角度，建议串联建造模式将整船船尾布置在坞门方向，可以利用坞门坎的宽度加大尾轴安装空间。坞门坎的常规设计高度约为 1 m，宽度范围约为 46 m，坞门坎高度不影响尾轴的定位安装高度。3.2 整船、半船总段、船坞之间安全间距的设置为防止船舶漂浮状态下发生碰撞事故，在整船、半船总段、船坞之间设置安全间距。安全间距主要以船坞注水时船舶起漂过程中船体在缆绳控制下的窜动位移量为参考。具体的参数有船舶漂浮位移量、缆绳延伸率、缆绳滑移量、相对运动安全位移量等。1）船舶漂