姚天傳，陳 鋅

（廣東中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司，東莞 523146）

1 前言

在船舶市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)下，降低建造成本已成為各大船企面對(duì)的重大問(wèn)題。詳細(xì)設(shè)計(jì)對(duì)后續(xù)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)起決定性作用，如何在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段降低生產(chǎn)成本成為十分重要的課題。在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段進(jìn)行生產(chǎn)工藝性優(yōu)化，對(duì)于后期成本控制能起到較大作用。

船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般主要考慮下列幾個(gè)方面的內(nèi)容：船舶檢驗(yàn)、入級(jí)的法律、規(guī)范；船舶功能性需求；總體及局部強(qiáng)度；力的傳遞連續(xù)性；生產(chǎn)要求及船東要求等。

船體詳細(xì)設(shè)計(jì)首先要考慮的是安全性、力傳遞的連續(xù)性，同時(shí)考慮其他專業(yè)的功能性需求。此外，如果能進(jìn)一步考慮后續(xù)生產(chǎn)的工藝性，將為企業(yè)節(jié)約大量成本。相反，如果詳細(xì)設(shè)計(jì)一旦經(jīng)船東、船檢審查完畢，則后續(xù)生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段要進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化難度較大，因此在保證強(qiáng)度、功能性同時(shí)，如何能降低施工量、焊接量、結(jié)構(gòu)重量，對(duì)詳細(xì)設(shè)計(jì)師的綜合能力提出了更高的要求。

2 船體詳細(xì)設(shè)計(jì)中工藝性優(yōu)化的思考

2.1 折角形梁拱設(shè)計(jì)

考慮到船舶主甲板面能及時(shí)把上浪海水排出，主甲板面一般設(shè)置有一定梁拱。通常，梁拱一般為選用拋物線形梁拱，反面每根縱骨的安裝角度都不一樣，而且互相之間安裝角度相差極小，這種設(shè)計(jì)為現(xiàn)場(chǎng)裝配增加了工作量；如果能將甲板面設(shè)計(jì)為折角梁拱，同樣能保證迅速排出甲板面上積水，而縱骨安裝角度得到了統(tǒng)一，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)僅需要制作一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣角就能完成所有縱骨定位工作，大大提升生產(chǎn)效率；同時(shí)在船舶首尾線型收窄位置，拋物線形梁拱的甲板板材常常需要進(jìn)行冷熱彎板加工，而折角形梁拱則完全不需要加工；對(duì)于一些特殊功能船舶（如地質(zhì)調(diào)查船、挖泥船等），在甲板面布置有大量設(shè)備，這些設(shè)備基座都需要在甲板面上精確定位。如果采用拋物線形梁拱，則基座下口也必須采用拋物線甚至不得不設(shè)計(jì)為相貫線，如果考慮船體舷弧則制造難度將進(jìn)一步增加。對(duì)此，目前船廠常采用添加一定余量、現(xiàn)場(chǎng)修割下口擬合的辦法，增加了成本，而采用折角形梁拱設(shè)計(jì)能避免上述問(wèn)題。

2.2 肘板形式優(yōu)選

肘板是保證力傳遞連續(xù)性的重要構(gòu)件。中國(guó)船級(jí)社《鋼制海船入級(jí)規(guī)范》中，對(duì)于中內(nèi)龍骨肘板的要求：（1）將中內(nèi)龍骨的腹板在1個(gè)肋距內(nèi)逐漸升高至艙壁處，該處高度應(yīng)為原高度的1.5 倍；中內(nèi)龍骨的面板應(yīng)延伸至艙壁，并與之焊接，如圖1所示；（2）用有面板或折邊的肘板與艙壁連接，肘板的高度和長(zhǎng)度應(yīng)等于中內(nèi)龍骨的高度。此時(shí)，中內(nèi)龍骨面板不可與艙壁焊接；肘板厚度應(yīng)與中內(nèi)龍骨腹板厚度相同，如圖2 所示。

圖1 內(nèi)龍骨升高

圖2 內(nèi)龍骨肘板

以上規(guī)范要求為詳細(xì)設(shè)計(jì)階段優(yōu)化肘板形式提供了理論支持。如采用圖1設(shè)計(jì)方案放大端部時(shí)，省去了焊接肘板及肘板面板的焊接工作量，節(jié)約了建造成本。

2.3 避免狹小空間

某些船型布置緊湊、小艙室多，要求詳細(xì)設(shè)計(jì)階段盡可能考慮施工便利性，避免出現(xiàn)難以焊接、人員難以進(jìn)入的空間狹小。比如某型集裝箱船在立柱端部形成了狹小空間，使立柱端部反面加強(qiáng)材無(wú)法安裝（見(jiàn)圖3）。因此在實(shí)際施工階段將周界T 型桁材全部延后至大組散裝，施工方付出了大量精力。如果詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)能將立柱端部部分放大，兩側(cè)面板均對(duì)齊下方T型桁材則可以取消背面加強(qiáng)，規(guī)避狹小空間問(wèn)題。

圖3 某型集裝箱船支撐立柱端部形成狹小空間

2.4 合理選用間斷焊

間斷焊是一項(xiàng)既能滿足船體強(qiáng)度，又能減少焊接成本的重要工藝。間斷焊常見(jiàn)于上層建筑以及甲板室區(qū)域，對(duì)適用的區(qū)域要求較嚴(yán)格，要求詳細(xì)設(shè)計(jì)階段對(duì)規(guī)范有綜合把握，盡早明確間斷焊適用范圍并征得船東、船檢認(rèn)可，最后在船體焊接規(guī)格表中加以清晰表述。

以下是某型船的間斷焊焊接要求：

（1）圖紙中表明5.5-80Z120 范圍為間斷焊，按照節(jié)點(diǎn)圖施工（見(jiàn)圖4）；

（2）艙壁、肘板、T 型材及型材端部的的焊接，均為雙面連續(xù)焊；

（3）上層建筑和甲板室間斷焊適用范圍為：扶強(qiáng)材與內(nèi)圍壁(潮濕區(qū)域和煙囪區(qū)域之外）；

（4）內(nèi)圍壁區(qū)域T 型材下方的型材焊接為雙面連續(xù)焊；

（5）內(nèi)圍壁區(qū)域規(guī)格大于區(qū)域內(nèi)一般加強(qiáng)筋的型材焊接為雙面連續(xù)焊；

（6）內(nèi)圍壁區(qū)域的門孔、窗孔及其他較大的開(kāi)孔周界的型材焊接為雙面連續(xù)焊。

圖4 某型船間斷焊節(jié)點(diǎn)

2.5 減少焊接工作量

在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，通過(guò)優(yōu)化部分計(jì)節(jié)點(diǎn)可以減少焊接工作量。如某型散貨船，貨艙區(qū)域底邊艙斜板與內(nèi)底板的折角焊、縱桁的角焊縫位置，如圖5所示。此節(jié)點(diǎn)要求：底邊艙斜板、內(nèi)底板、縱桁三塊大板架板厚中心線一一對(duì)齊，精度控制要求非常高；底邊艙斜板與內(nèi)底板、縱桁與內(nèi)底板之間的角焊縫為全焊透，焊前需要進(jìn)行檢驗(yàn)，焊接后還需要無(wú)損檢驗(yàn)；實(shí)肋板上需要開(kāi)槽以便通過(guò)內(nèi)底板飛邊。采用此節(jié)點(diǎn)不僅裝焊工作量大，且無(wú)法應(yīng)用高效焊接方式，同時(shí)還增加了無(wú)損檢測(cè)的時(shí)間和費(fèi)用。

經(jīng)過(guò)優(yōu)化詳細(xì)設(shè)計(jì)，將底邊艙斜板與內(nèi)底板設(shè)計(jì)為一體，折角處連接形式由原來(lái)角接改為壓折（見(jiàn)圖6）。優(yōu)化后的節(jié)點(diǎn)：不再要求底邊艙斜板、內(nèi)底板、縱桁三塊大板架板厚中心線一一對(duì)齊；底邊艙斜板與內(nèi)底板的焊縫直接取消；縱桁與內(nèi)底板之間的角焊縫不再要求全焊透，也無(wú)需無(wú)損檢驗(yàn)；取消實(shí)肋板開(kāi)槽，改為軟件直接拓補(bǔ)壓折板架，數(shù)控下料階段直接成形。

圖5 某型散貨船底邊柜折角處

圖6 優(yōu)化后的節(jié)點(diǎn)

經(jīng)過(guò)上述優(yōu)化，既保證了船體強(qiáng)度，又優(yōu)化貨艙區(qū)域數(shù)百米的全焊透角焊縫，節(jié)約了大量成本；在折彎位置旁邊的拼板焊縫，可以在平地上預(yù)先焊接，改善了施工條件，提前了焊接時(shí)機(jī)，贏得了采用埋弧自動(dòng)焊、混合焊（二氧化碳焊打底、埋弧自動(dòng)焊蓋面）的操作條件。該優(yōu)化方案分別送船東、船檢處審查，均一次性通過(guò)。

2.6 減少板厚材質(zhì)種類

在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，通常是先求出構(gòu)件所需要的剖面模數(shù)等技術(shù)參數(shù)，再通過(guò)查詢型鋼表、計(jì)算T 型桁材截面特性等工作，最后確定所選用的構(gòu)件。普通鋼與高強(qiáng)鋼在部分船級(jí)社規(guī)范表述為換算系數(shù)的關(guān)系，隨著近年來(lái)構(gòu)件疲勞計(jì)算理論的豐富，規(guī)范中對(duì)船體選用高強(qiáng)材質(zhì)的限制也逐漸增加，設(shè)計(jì)人員必須在各種因素下進(jìn)行綜合考慮。在諸多限制下，板厚、材質(zhì)的選用常展現(xiàn)為多種板厚、多種材質(zhì)，這為船廠材料訂貨、材料管理帶來(lái)了巨大的工作量。在詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程中，在條件允許的情況下應(yīng)將合適的材料進(jìn)行替代，減少選用的板厚、材質(zhì)種類；另外，還需要重點(diǎn)關(guān)注特殊的板厚、材質(zhì)的選用，這類材料使用量較小、價(jià)格高、到貨周期長(zhǎng)，因此特殊材質(zhì)的使用應(yīng)更加慎重；在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，進(jìn)行構(gòu)件尺寸修改以及板厚、材質(zhì)變更，需要正式提交船檢、船東并取得認(rèn)可。

2.7 優(yōu)化下加強(qiáng)及基座設(shè)計(jì)

下加強(qiáng)及基座設(shè)計(jì)，首先應(yīng)保證局部強(qiáng)度、力的傳遞連續(xù)，還要綜合考慮設(shè)備布置、甲板下強(qiáng)構(gòu)件布置：設(shè)備地腳力求落在正肋位、縱骨位上，這樣下加強(qiáng)的數(shù)量將大大降低；基座設(shè)計(jì)時(shí)，基座面板常由設(shè)備需求決定，但基座面板下與主甲板之間的連接腹板應(yīng)盡可能落在正肋骨、縱骨位置上。通過(guò)上述優(yōu)化，能有效減少結(jié)構(gòu)加強(qiáng)數(shù)量及船體結(jié)構(gòu)重量。

3 小結(jié)

在進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)一定要樹(shù)立成本意識(shí)，將節(jié)約材料、降低焊縫長(zhǎng)度、保證合理的施工空間等問(wèn)題進(jìn)行綜合考慮。通過(guò)優(yōu)化工藝對(duì)節(jié)約成本的意義重大，需要不斷進(jìn)行修改并且螺旋式前進(jìn)。隨著船舶市場(chǎng)對(duì)設(shè)計(jì)要求的不斷提升，設(shè)計(jì)人員的綜合能力將面臨更多考驗(yàn)。以上是筆者在從事詳細(xì)設(shè)計(jì)工作中的一些思考，希望能為船舶企業(yè)節(jié)約建造成本、提升競(jìng)爭(zhēng)力有所幫助。