綜合地質調查船上建層高精度控制

劉小堯

摘? ? 要：綜合地質調查船的上層建筑呈階梯型布置，美觀大方有層次感。該船對船舶重量控制嚴格，上建艙室圍壁板選用6mm厚度薄板，需提前做好建造精度和層高控制的準備工作。另外，上建層高是決定上建尺度的重要因素，而上建尺度對重心高度影響甚大，若重心偏高則穩性下降，對船舶航行性能及安全性不利。上建的高度和位置也決定了駕駛盲區的大小，影響船舶駕駛的安全性。因此，控制上建層高對船舶的建造和運營具有重要意義。

關鍵詞：層高;補償量;精度;上建

中圖分類號：U671.4? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract： The superstructure of the integrated geological research ship is arranged as a ladder style， beautiful and layered. However， the ship requires light weight， flexible sailing speed and strict weight control， and 6mm thickness sheet is selected for the wall design of the superstructure， so preparation for construction accuracy and height control should be done in advance. In addition， the height of the superstructure is an important factor determining the size of the superstructure， and the size of the superstructure has a great influence on the height of the center of gravity. The height and position of the superstructure also determine the size of the navigation blind area， which affects the safety of the ship navigation. Therefore， it is of great significance for the ship construction and operation to control the height of superstructure.

Key words： Height; Compensation; Precision; Superstructure

1? ? ?前言

本綜合地質調查船全稱為地質地球物理綜合調查船，包括：海洋水文調查、地球物理調查、裝備地質調查和信息化管理等4類。該船具有系統復雜、特種設備多、勘探功能全、總噸位小、操縱靈活、外形現代簡潔等優點，為長首樓鋼質船型。

該船為全電力推進，具有全回轉舵槳和槽道式首側推各2套，DP2動力定位;航行于無限航區，入級CCS，船員58人;當海況不大于2級、潮流平緩、船體光潔時，最大航速15 kn、巡航速度～12 kn。

該船的上層建筑呈階梯型布置，美觀大方有層次感，如圖1所示。該船要求質量輕、操縱靈活、航速快，對船舶重量控制嚴格，上建設計時對艙室圍壁板選用了薄板，薄板在切割、焊接、裝配、翻身、移運、搭載等建造過程中容易變形，需提前做好建造精度和層高控制的準備工作;上建層高影響重心高度，重心升高則穩性下降，對船舶航行性能及安全性不利;上建層高還影響駕駛盲區的大小，進而影響船舶駕駛的安全性。

2? ? ?層高精度控制的技術準備

2.1? ?上建層高概況

上建層高=人的平均高度及一定的余量+甲板升高（加強結構+敷料）+上層甲板的結構高度+內裝高度。技術規格書要求艙室凈高不小于2.03 m一般船舶上建的平均層高大約是2.4 m、地質調查船的層高為2.5～2.7 m（見表1）：

2.2? 總組方案和補償量確定

綜合考慮廠區的場地布置和吊機設備等因素，該船的上層建筑劃分為11個分段，并設3個總組段：80B（首樓）、90A（上建下）、90B（上建上），如圖2所示。小分段制造、大分段總組，有利于區域設計和模塊化設計，既可以減輕分段轉運過程中的變形，也可以減小組立的次數，減小累計誤差，有效控制上建層高和上建成型尺寸。

通過對分段精度的準確測量，利用精度分析軟件模擬搭載過程，對合攏分段上船臺前的修割修正等工藝調整進行預先分析和處理，提高分段無余量搭載率;最大化地擴大無余量建造程度，對于船舶的精度控制、預舾裝、造船成本和造船周期都會有極大改善。

經過大量的數據積累和詳細的分析，補償量設置方案為：首樓結構強度較強，分段下口只預留10 mm補償量;其他上建分段結構強度較弱，分段下口預留15 mm補償量;總組段下口預留30 mm的余量。

2.3? 上建3D建模

在AM上建立上建的3D模型（見圖3），便于設計人員對模型進行三維瀏覽、背景渲染、干涉檢查、尺寸測量、距離標注等操作.將3D模型與船舶精度測量分析相結合，可以直觀地發現并解決問題，提高上建層高的精度，從而保證整個上建尺寸的精度。

上建3D建模，可以在艙容有限的情況下，通過總布置優化，平衡總布置合理性與總體性能優化的要求，還可以為各專業影響艙室凈高的風管、天花、敷料等設計提供模型背景和干涉檢查，有利于上建的船機舾電一體化設計，提高鐵舾裝預裝率，提高設計質量。

3? ? ?層高精度控制的措施和監控

結合上建分段的結構特點，梳理各階段上建層高精度控制的內容、目標和作業要求;根據薄板的結構特點和施工工藝，研究分段裝配、焊接階段的尺寸控制方法;通過對分段精度的準確測量，利用精度分析軟件模擬總組和搭載過程，對修割修正等工藝進行預先分析和處理，提高分段無余量搭載率。

在中小型船舶上難以實施分段無余量建造，其原因在于：（1）中小型船舶的板厚相對較薄，裝配和焊接過程產生的熱量變形也更明顯、更復雜;（2）中小型船舶的線型變化較大，分段內部結構相對復雜;（3）分段劃分數量較少，建造偏差難以從相鄰分段之間借位彌補。

針對該船的小巧型特點，結合船廠的場地、設備、工藝等實際情況，重點考慮上建薄板的焊接收縮變形，并施加相應的補償量;重視建造過程中分段的翻身、移運、搭載等階段的結構變形情況，在綜合考慮偏差累積后，再確定近似的整體補償量;同時，將各階段的層高精度控制要點進行標準化作業和實時監控反饋。

3.1? ? 上建分段的精度控制措施

（1）上建分段采用剛性胎架且加密支撐間距，強制約束焊接變形;

（2）曲面片體胎架定位位置偏差不超過3 mm，必要時增加卡模支撐工裝且四角剛性固定;

（3）門窗開孔防變形措施：孔內搭橋、環孔搭橋、化整為繁，一個大孔分作4～8個小孔數控開孔;

（4）分段合攏口設200 mm緩焊區，供預總組或船臺搭載階段結構調整錯位使用;

（5）檢測分段合攏口的半寬值;

（6）在甲板面上預先標記100MARK線，供搭載上層分段時使用;

（7）分段完工后敲上橫向、縱向、垂向的基準馬克線。

分段裝配尺寸公差，見表2。

3.2? 上建總組的精度控制措施

（1）上層建筑劃分為11個分段，并設3個總組段：80B（首樓）、90A（上建下）、90B（上建上）;

（2）80B（首樓）總組段，分段反造、總組反造;

（3）90A（上建下）、90B（上建上）總組段，分段反造、總組正造;

（4）上建總組專用場地，遵循“小分段，大總組”的原則，減小建造累積誤差;

（5）總結歸納圖紙、工藝和質量問題，反饋給技術部進行后續船優化處理;

（6）對比精度補償量和實際變形量，反饋技術部作為經驗積累。

3.3? ?上建搭載的精度控制措施

（1）科學合理的防變形工裝，避免吊運變形;

（2）提交檢驗船臺的中心線、肋位檢驗線和高度檢驗線;

（3）搭載前專人檢驗余量切割劃線，避免誤割;

（4）垂直的合攏口采用垂直氣電焊，減少焊接變形;

（5）及時消除搭載定位偏差，避免偏差累積造成總間隙超差或結構錯位。

4? ? ?總結

綜合地質調查船以自主設計、自主建造為基本理念，從海洋地質調查、地球物理調查、海洋水文調查三大綜合功能需求出發，提出總體設計先進性、安全性、適用性指導思想，采用區域化設計、模塊化設計、減振降噪設計、國內外模型試驗驗證等設計方法;通過科學合理的層高控制的技術準備，包括分段劃分、總組方案、補償量設置、3D建模輔助設計等，提前規劃和避開建造過程中有可能出現的精度問題，為上建層高控制提供技術支持;通過詳細具體的層高控制措施和監控，在分段、總組、搭載過程中時刻檢測精度控制的要點難點，并將收集到的檢測數據反饋給技術部門進行分析總結和改進，為后續船的建造積累經驗;最后總結相關的層高控制經驗，編制作業指導書納入船廠的建造標準，其中《一種船舶開孔的防變形方法》獲國家發明專利。

參考文獻

[1]應長春.船舶工藝技術[M].上海：上海交通大學出版社，2013：172-177.

[2]黃平濤.船舶設計實用手冊（結構分冊）[M].北京：國防工業出版社， 1997：126.