(渤海船舶職業(yè)學(xué)院 船舶工程系，遼寧 葫蘆島 125000)

我國造船工業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了3個歷史階段，當(dāng)前正處于第4個階段：殼舾涂一體化，并正在形成未來的第5個階段：設(shè)計制造一體化。

從船舶建造演變的過程可以看出，船舶舾裝的發(fā)展過程大致可分為以下幾個階段：船臺和碼頭舾裝階段、預(yù)舾裝階段、區(qū)域舾裝階段、殼舾涂一體化階段、殼舾分離階段。

殼舾分離是當(dāng)代造船技術(shù)的發(fā)展方向，是按照模塊化技術(shù)，對造船舾裝技術(shù)進(jìn)行改造發(fā)展而來的新的施工技術(shù)。船體和舾裝分開施工，實現(xiàn)舾裝單元化和功能模塊化。

1 模塊化造船

模塊化造船概念從二戰(zhàn)期間美國的大批量造船開始[1]，當(dāng)時，美國擁有165萬造船工人，建造了軍用艦船1 768艘，這些大量標(biāo)準(zhǔn)船的建造促進(jìn)了焊接技術(shù)和分段建造技術(shù)的發(fā)展。而這些建造技術(shù)又在20世紀(jì)50年代由日本造船業(yè)加以發(fā)展，20世紀(jì)60年代則結(jié)合成組技術(shù)產(chǎn)生了今天模塊化建造技術(shù)的雛形。1971年，前蘇聯(lián)正式提出了模塊化造船方法，于1977年用此方法建造了10萬噸級的“鮑里斯·布托瑪”礦油兩用船。隨后美國開始研究模塊化造船方法并開始組織生產(chǎn)，到20世紀(jì)70年代末，美國的模塊化造船思想更趨于成熟。20世紀(jì)80年代中期，我國造船業(yè)引入模塊化造船，開始進(jìn)入模塊化造船技術(shù)的研究和探索階段。

模塊化造船就是在滿足船舶總體性能、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)和功能的前提下，將船舶劃分成若干個模塊，按照這些模塊進(jìn)行船舶設(shè)計，由專業(yè)廠家進(jìn)行模塊建造，然后由總裝廠進(jìn)行總裝，最后形成所需船舶。

造船模塊可以定義為具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸的標(biāo)準(zhǔn)件，且主要部件具有可選性的最終產(chǎn)品的預(yù)制單元[2]。這種預(yù)制單元可以是結(jié)構(gòu)功能單元或系統(tǒng)功能單元。它們都具有特定的界面、連接尺寸及連接形式，具有獨立的功能和良好的通用性。由于模塊中含有可選部件，因此可作局部修改，以滿足船東的使用要求。

2 船舶舾裝單元模塊

根據(jù)以上模塊定義，船體分段、船上區(qū)域和預(yù)舾裝單元都可以成為造船模塊。根據(jù)模塊與船體的結(jié)構(gòu)關(guān)系，其中舾裝模塊可分為自持式模塊和依附式模塊兩大類。

自持式舾裝模塊原先是分段或船上的預(yù)舾裝單元，它具有獨立的基座或框架結(jié)構(gòu)，可以在內(nèi)場預(yù)制，完工后在外場安裝到船上，是預(yù)舾裝單元升級為造船模塊。通常單元中的主要設(shè)備選自性能相近的三種型號作為船廠的標(biāo)準(zhǔn)件，這三種型號設(shè)備可以分別屬于高、中、低三檔產(chǎn)品，以供船東選用，船廠也可借以控制材料成本。從設(shè)計與建造的角度來看，自持式舾裝模塊是真正的模塊，自持式舾裝模塊，實現(xiàn)了殼舾分離。這類模塊如燃油凈化單元、CO2滅火單元、主配電板單元等。

依附式舾裝模塊，因其設(shè)備布置范圍較廣或固定要求較高，實際建造中要以船體分段或船上區(qū)域的結(jié)構(gòu)為依托，模塊的預(yù)制性受船體建造進(jìn)度制約，但其設(shè)備的可選性和單元的通用性與自持式舾裝模塊相同，因而可以稱為圖面造船模塊。這類模塊如船員艙單元、油水分離單元、疏排水單元等。

除上述兩類以設(shè)備為主的模塊外，船上還有許多分布的舾裝件。分布舾裝件模塊是依附式模塊的特例，單元模塊中通常沒有供船東選擇的主要設(shè)備，僅僅是舾裝件在船體結(jié)構(gòu)上布置的一種通用程式。分布舾裝件主要是管路、電纜及其附件，其中主機(jī)周圍的管路單元也可以做成自持式舾裝模塊，以開展“盆舾裝”，這無疑將大大提高管系安裝的生產(chǎn)效率。分布舾裝件模塊中，典型的管路模塊有管路單元，單元所含管件可以綁在一起運送，在雙層底分段建造的適當(dāng)階段裝入箱形中底桁中。同型船舶的管路具有很強(qiáng)的相似性，只要在典型模塊可選部件的規(guī)格尺寸上做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整就可以用于一條新船。

3 船舶舾裝單元模塊建造現(xiàn)狀

目前我國單元模塊應(yīng)用比較多的是舾裝件(如機(jī)械設(shè)備、閥件、管路和儀表)，按不同的特征和要求(區(qū)域、功能)先在車間內(nèi)進(jìn)行配套安裝、調(diào)試，組合成舾裝單元或模塊[3]。

其特點是以某一舾裝件為主體，其它舾裝件依附其上而形成一個組合體，或者以一定框架、基座或其它連接件將若干舾裝件連成一個整體，是一個與船體結(jié)構(gòu)脫離的基本舾裝區(qū)域。

因為與船體結(jié)構(gòu)無關(guān)，所以單元模塊組裝可以在車間內(nèi)進(jìn)行，作業(yè)條件較好。同時由于不受船體作業(yè)的干擾，工期容易得到保證。

船舶舾裝單元模塊中設(shè)備單元模塊研究開發(fā)比較早，而近年來對直接影響造船水平和進(jìn)度的管舾裝模塊的研究發(fā)展比較迅速。

3.1 設(shè)備單元模塊

3.1.1 設(shè)備單元模塊的形成和特點

采用設(shè)備單元模塊，是把船上各區(qū)域的各種設(shè)備(如：凈油機(jī)、機(jī)艙壓載泵、消防泵、海水冷卻泵等)，按技術(shù)要求進(jìn)行總體布置，按需要把設(shè)備有效的分成若干組合，然后繪制成各種設(shè)備單元模塊組裝制作圖，在車間內(nèi)場進(jìn)行建造施工。各設(shè)備單元模塊要滿足技術(shù)要求和維修空間，要滿足制作施工的方便性及到船上安裝的正確性和可靠性。

設(shè)備單元模塊是一種先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)計和工藝措施，目的在于可以改變完成生產(chǎn)過程的條件，可以利用車間里先進(jìn)的工具組裝設(shè)備單元模塊，可以有效的保護(hù)設(shè)備，提高設(shè)備及系統(tǒng)安裝質(zhì)量。設(shè)備單元模塊可以分散制作，這樣可利用的施工場地多，加速了施工進(jìn)度，單元模塊可在船體建造之前或與船體建造平行進(jìn)行，這樣極大地縮短船臺(塢)建造周期。采用設(shè)備單元預(yù)舾裝，加強(qiáng)了生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備和生產(chǎn)管理工作，優(yōu)化了勞動組織，提高了工人專業(yè)化水平，也為殼、舾、涂一體化的完善創(chuàng)造了條件。

3.1.2 設(shè)備單元模塊建造特點

目前一般按兩個流程建造劃分，機(jī)艙底部設(shè)備單元建造流程、機(jī)泵艙各平臺上設(shè)備單元建造流程。

機(jī)艙底部設(shè)備單元的特點是，設(shè)備多，空間間隙密，設(shè)備組合精度要求高，設(shè)備相互連接多，為了保證建造質(zhì)量，各設(shè)備單元與機(jī)艙底部管子單元組合建造，然后按要求分開吊運，這樣保證產(chǎn)品質(zhì)量加快建造生產(chǎn)周期。

機(jī)艙各平臺上設(shè)備單元的特點是，設(shè)備組合精度要求高，管子組裝組合要求高，高壓管子多，要求保證制造質(zhì)量。

3.2 管子單元模塊

所謂管子單元模塊，就是把船上各區(qū)域管子、管附件、地板框架等進(jìn)行總體布置，按照不同的部位和用途分成若干個管子制作單元(如：油船主甲板上走橋管子單元、機(jī)艙底部花地板下主機(jī)兩側(cè)管子單元、發(fā)電機(jī)平臺管子單元、油艙油柜加熱管單元、各種減壓閥集合器管子單元等)；然后繪制成相關(guān)管子單元組裝制作圖，在車間等地進(jìn)行管子單元的建造。各管子單元除了要滿足相關(guān)管路技術(shù)要求，同時還要滿足管子單元制作和船上安裝的工藝性。

3.2.1 管子單元模塊主要特點

管子單元模塊作為一種工藝方法，目的在于通過改變完成生產(chǎn)過程的條件，將以往大量在船內(nèi)散裝的管子，提前在地上或廠房里組裝成一個個單元。這樣可以利用的施工場地多，可以進(jìn)行集中作業(yè)，加快了施工的進(jìn)度。采用管子單元預(yù)舾裝工藝方法，方便了生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備和生產(chǎn)管理工作，優(yōu)化了勞動組織，簡化了工藝程序，提高了工人專業(yè)化技術(shù)水平。管子單元模塊還可以與船體分段建造平行或提前進(jìn)行，極大地縮短船臺(塢)的建造周期，為總裝造船的殼、舾、涂一體化創(chuàng)造了條件。

3.2.2 管子單元模塊組裝的分類

管子單元模塊按機(jī)艙底部花地板下主機(jī)兩側(cè)管子單元、發(fā)電機(jī)平臺管子單元、油船主甲板上走橋管子單元、油艙油柜加熱管單元、各種減壓閥集合器管子單元等類型劃分成不同的工藝流程進(jìn)行加工。

1)油船主甲板上走橋管子、平臺甲板、油艙加熱管等單元。該類型單元模塊分布在機(jī)艙平臺和甲板各個部位，安裝位置分散，單元模塊制作、吊運過程中加強(qiáng)等都有一定的特點，應(yīng)由專業(yè)的施工人員建造。專業(yè)技術(shù)人員建造時應(yīng)經(jīng)常到施工現(xiàn)場，了解各類船舶特點，把單元模塊安裝過程中容易發(fā)生的問題提前消除掉，提高安裝質(zhì)量。油艙油柜加熱管單元、各種減壓閥集合器管子單元可按集中流水作業(yè)的形式進(jìn)行加工組裝。

2)機(jī)艙底部花地板下主機(jī)兩側(cè)管子單元。該單元特點是管子多、附件多、空間間隙密集、施工精度要求高，為了保證單元的建造質(zhì)量，必須與機(jī)艙底部其它類型的單元一起進(jìn)行整體建造，然后按要求分開吊運。

3.3 管系單元模塊

管系單元模塊主要是以管子和設(shè)備組成的單元模塊。管系單元模塊和設(shè)備單元模塊的區(qū)別在于不強(qiáng)調(diào)單元模塊的功能，可以是多個系統(tǒng)和多種設(shè)備組合在一起的組合體。管系單元模塊還包括管束單元模塊和加熱盤管單元模塊。管束單元模塊主要是由管子和管子附件組成。加熱盤管單元模塊全部是由管子組成。

管系單元模塊的設(shè)計，主要是針對管子、設(shè)備布置比較密集的區(qū)域。將該區(qū)域的設(shè)備、管子以及管子附件集中布置，形成單元模塊，以便于地面舾裝，然后整體吊裝，從而減少分段、船上的舾裝量。

管系單元模塊的劃分沒有嚴(yán)格的要求，除了甲板面可以采用框架固定管子形成的單元模塊外，凡是不需要依附船體結(jié)構(gòu)，能在地面進(jìn)行組裝并可以整體吊裝的都可以形成單元模塊。因此在設(shè)計中盡量考慮管系的固定形式，以形成單元模塊。對一些布置形式、單元內(nèi)所含系統(tǒng)沒有多大變化的，要盡量形成標(biāo)準(zhǔn)單元模塊。

對于不同的船型，舾裝工作量較大的區(qū)域，都應(yīng)盡量采用單元模塊組裝。如機(jī)艙底層、發(fā)電機(jī)平臺、油船主甲板面的管系、油艙加熱管系、散貨船艙口圍板周圍的管系等。

在確定單元模塊組裝的區(qū)域時，單元模塊劃分應(yīng)盡量將設(shè)備、舾裝件、管子納入單元模塊內(nèi)。因此設(shè)備布置在滿足通道、維修空間的要求后盡量往船中靠，實在無法布置時才考慮布置在舷側(cè)。

總之，管系布置要綜合考慮，盡一切可能形成單元模塊。對于管子、設(shè)備，凡是能采用框架形式固定安裝的，都設(shè)計成單元模塊。對于布置在甲板下的管子，可采用排碼和多層管碼的形式固定管子，以形成管束單元模塊。

4 船舶舾裝單元模塊的發(fā)展

船舶舾裝單元模塊今后應(yīng)向著功能性、區(qū)域性和綜合性方向發(fā)展。

4.1 功能性單元模塊

功能性單元模塊是以具有一定專用的獨立性很強(qiáng)的設(shè)備為主體，連接管路、附件、電器、鐵舾件等組成一體，而且具有獨立功能，獨立運轉(zhuǎn)實驗、交驗的單元模塊體。該種單元模塊技術(shù)性能強(qiáng)、操作方便、質(zhì)量可靠，如燃油、滑油、凈油機(jī)單元模塊，燃油供給單元模塊，冷熱水壓力缸單元模塊，各種單體油水箱柜單元模塊等。

4.2 區(qū)域性單元模塊

區(qū)域性單元模塊是一種較大型化、完整性強(qiáng)的整體單元模塊；是一種提高生產(chǎn)效率、見效快、效益好的預(yù)舾裝形式。如發(fā)電機(jī)區(qū)域組成一個整體單元模塊，機(jī)艙內(nèi)底區(qū)域組成一個整體單元模塊，煙囪區(qū)域連同結(jié)構(gòu)一起組成一個整體單元模塊等。

4.3 綜合性單元模塊

如雷達(dá)桅、燈桅、惰氣排放柱單元模塊，物料架單元模塊，交通裝置單元模塊，通風(fēng)裝置單元模塊，系統(tǒng)裝置單元模塊等。

5 結(jié)論

目前，國外造船在模塊化應(yīng)用方面已發(fā)展到模塊化設(shè)計和制造階段，功能性模塊已實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化?，F(xiàn)在國內(nèi)對一些典型功能性單元的模塊化進(jìn)行了嘗試，也取得了成功，但是還處于探索階段。推進(jìn)模塊化造船技術(shù)，應(yīng)從以下幾方面入手。

1)從標(biāo)準(zhǔn)尺寸和標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造入手。標(biāo)準(zhǔn)化是簡化設(shè)計、便于制造的有效措施。根據(jù)原材料和配套設(shè)備的的標(biāo)準(zhǔn)化狀況，可以確定船體構(gòu)件和舾裝單元模塊的標(biāo)準(zhǔn)尺寸和標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造，以減少尺寸種類和構(gòu)造類型，從而加快設(shè)計進(jìn)程，方便施工建造。

2)從標(biāo)準(zhǔn)件和可選部件入手。造船是屬于訂貨型的裝配工業(yè)部門，訂貨型設(shè)計必須滿足客戶的合同要求，而要完成裝配性生產(chǎn)就必須依賴外部配套工業(yè)提供各種標(biāo)準(zhǔn)器材和定型設(shè)備。標(biāo)準(zhǔn)件的可選性是“定制”設(shè)計的一種特色，可以用模塊內(nèi)設(shè)備的可調(diào)換性來滿足船東的特定要求。

3)應(yīng)從預(yù)制性、可組裝性入手。造船競爭力的標(biāo)志之一是建造周期，平行作業(yè)、預(yù)制預(yù)裝是加快造船進(jìn)度的有力措施。船體模塊就是船體的分段或小分段，是船體結(jié)構(gòu)的預(yù)制件；舾裝模塊通常是預(yù)舾裝單元，也可以是船上的一個區(qū)域，它們與船體的組裝就是船體總裝或分段舾裝和船上舾裝。

[1] 何學(xué)發(fā)，李維博．模塊化造船技術(shù)及其發(fā)展綜述[J]．上海：造船技術(shù)，1998(1)：10-18．

[2] 陳 彬．造船成組技術(shù)[M]．哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2007．

[3] 劉雪梅．船舶舾裝生產(chǎn)管理[M]．北京：人民交通出版社，2012．