船舶舾裝單元模塊建造研究

(渤海船舶職業(yè)學院 船舶工程系，遼寧 葫蘆島 125000)

我國造船工業(yè)已經經歷了3個歷史階段，當前正處于第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。

殼舾分離是當代造船技術的發(fā)展方向，是按照模塊化技術，對造船舾裝技術進行改造發(fā)展而來的新的施工技術。船體和舾裝分開施工，實現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，這些大量標準船的建造促進了焊接技術和分段建造技術的發(fā)展。而這些建造技術又在20世紀50年代由日本造船業(yè)加以發(fā)展，20世紀60年代則結合成組技術產生了今天模塊化建造技術的雛形。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，到20世紀70年代末，美國的模塊化造船思想更趨于成熟。20世紀80年代中期，我國造船業(yè)引入模塊化造船，開始進入模塊化造船技術的研究和探索階段。

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

造船模塊可以定義為具有標準尺寸的標準件，且主要部件具有可選性的最終產品的預制單元[2]。這種預制單元可以是結構功能單元或系統(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

根據以上模塊定義，船體分段、船上區(qū)域和預舾裝單元都可以成為造船模塊。根據模塊與船體的結構關系，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舾裝單元，它具有獨立的基座或框架結構，可以在內場預制，完工后在外場安裝到船上，是預舾裝單元升級為造船模塊。通常單元中的主要設備選自性能相近的三種型號作為船廠的標準件，這三種型號設備可以分別屬于高、中、低三檔產品，以供船東選用，船廠也可借以控制材料成本。從設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)域的結構為依托，模塊的預制性受船體建造進度制約，但其設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備，僅僅是舾裝件在船體結構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階段裝入箱形中底桁中。同型船舶的管路具有很強的相似性，只要在典型模塊可選部件的規(guī)格尺寸上做適當的調整就可以用于一條新船。

3 船舶舾裝單元模塊建造現狀

目前我國單元模塊應用比較多的是舾裝件(如機械設備、閥件、管路和儀表)，按不同的特征和要求(區(qū)域、功能)先在車間內進行配套安裝、調試，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，是一個與船體結構脫離的基本舾裝區(qū)域。

因為與船體結構無關，所以單元模塊組裝可以在車間內進行，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度的管舾裝模塊的研究發(fā)展比較迅速。

3.1 設備單元模塊

3.1.1 設備單元模塊的形成和特點

采用設備單元模塊，是把船上各區(qū)域的各種設備(如：凈油機、機艙壓載泵、消防泵、海水冷卻泵等)，按技術要求進行總體布置，按需要把設備有效的分成若干組合，然后繪制成各種設備單元模塊組裝制作圖，在車間內場進行建造施工。各設備單元模塊要滿足技術要求和維修空間，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。

設備單元模塊是一種先進的生產設計和工藝措施，目的在于可以改變完成生產過程的條件，可以利用車間里先進的工具組裝設備單元模塊，可以有效的保護設備，提高設備及系統(tǒng)安裝質量。設備單元模塊可以分散制作，這樣可利用的施工場地多，加速了施工進度，單元模塊可在船體建造之前或與船體建造平行進行，這樣極大地縮短船臺(塢)建造周期。采用設備單元預舾裝，加強了生產技術準備和生產管理工作，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 設備單元模塊建造特點

目前一般按兩個流程建造劃分，機艙底部設備單元建造流程、機泵艙各平臺上設備單元建造流程。

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

機艙各平臺上設備單元的特點是，設備組合精度要求高，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、機艙底部花地板下主機兩側管子單元、發(fā)電機平臺管子單元、油艙油柜加熱管單元、各種減壓閥集合器管子單元等)；然后繪制成相關管子單元組裝制作圖，在車間等地進行管子單元的建造。各管子單元除了要滿足相關管路技術要求，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過程的條件，將以往大量在船內散裝的管子，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，可以進行集中作業(yè)，加快了施工的進度。采用管子單元預舾裝工藝方法，方便了生產技術準備和生產管理工作，優(yōu)化了勞動組織，簡化了工藝程序，提高了工人專業(yè)化技術水平。管子單元模塊還可以與船體分段建造平行或提前進行，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

管子單元模塊按機艙底部花地板下主機兩側管子單元、發(fā)電機平臺管子單元、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、吊運過程中加強等都有一定的特點，應由專業(yè)的施工人員建造。專業(yè)技術人員建造時應經常到施工現場，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)的形式進行加工組裝。

2)機艙底部花地板下主機兩側管子單元。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量，必須與機艙底部其它類型的單元一起進行整體建造，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備組成的單元模塊。管系單元模塊和設備單元模塊的區(qū)別在于不強調單元模塊的功能，可以是多個系統(tǒng)和多種設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。

管系單元模塊的設計，主要是針對管子、設備布置比較密集的區(qū)域。將該區(qū)域的設備、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構，能在地面進行組裝并可以整體吊裝的都可以形成單元模塊。因此在設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、單元內所含系統(tǒng)沒有多大變化的，要盡量形成標準單元模塊。

對于不同的船型，舾裝工作量較大的區(qū)域，都應盡量采用單元模塊組裝。如機艙底層、發(fā)電機平臺、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，單元模塊劃分應盡量將設備、舾裝件、管子納入單元模塊內。因此設備布置在滿足通道、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。

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、設備，凡是能采用框架形式固定安裝的，都設計成單元模塊。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的設備為主體，連接管路、附件、電器、鐵舾件等組成一體，而且具有獨立功能，獨立運轉實驗、交驗的單元模塊體。該種單元模塊技術性能強、操作方便、質量可靠，如燃油、滑油、凈油機單元模塊，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、完整性強的整體單元模塊；是一種提高生產效率、見效快、效益好的預舾裝形式。如發(fā)電機區(qū)域組成一個整體單元模塊，機艙內底區(qū)域組成一個整體單元模塊，煙囪區(qū)域連同結構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，通風裝置單元模塊，系統(tǒng)裝置單元模塊等。

5 結論

目前，國外造船在模塊化應用方面已發(fā)展到模塊化設計和制造階段，功能性模塊已實現標準化。現在國內對一些典型功能性單元的模塊化進行了嘗試，也取得了成功，但是還處于探索階段。推進模塊化造船技術，應從以下幾方面入手。

1)從標準尺寸和標準構造入手。標準化是簡化設計、便于制造的有效措施。根據原材料和配套設備的的標準化狀況，可以確定船體構件和舾裝單元模塊的標準尺寸和標準構造，以減少尺寸種類和構造類型，從而加快設計進程，方便施工建造。

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

3)應從預制性、可組裝性入手。造船競爭力的標志之一是建造周期，平行作業(yè)、預制預裝是加快造船進度的有力措施。船體模塊就是船體的分段或小分段，是船體結構的預制件；舾裝模塊通常是預舾裝單元，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] 何學發(fā)，李維博．模塊化造船技術及其發(fā)展綜述[J]．上海：造船技術，1998(1)：10-18．

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

[3] 劉雪梅．船舶舾裝生產管理[M]．北京：人民交通出版社，2012．