微觀航母之航母的建造

希弦

理論上說，能夠建造大型水面艦船的船廠就應該能夠建造航母。但航母畢竟不是一般的水面艦艇，它的建造對船廠的硬件設施水平、建造能力要求更高。對于航母的建造，船廠首先要具備的基礎設施就是船塢，或者船臺。后者在蘇聯的航母建造中使用過，但相對而言船塢的建造條件更好。

干船塢的大小尺寸與承重能力是建造航母的最基本的兩個要素。以紐波特紐斯船廠為例，其擁有兩座適用于航母建造的干船塢，其中一座長350米、寬43米，目前只用于航母的維修；另一座為12號干船塢，船塢長662.3米、寬76.2米、深9.9米，下方是1.2米厚的混凝土承重板，可以裝配總長332.9米、水線寬40.8米的10萬噸級超級航母。而隨著航母的預舾裝程度越來越高，在干船塢內的航母的自重也越來越重，所以美國計劃增加12號干船塢的深度，提高船塢的承重能力。

所以說船塢的尺寸大小是建造航母的基礎條件，特別是船塢的寬度直接決定著航母甲板的大小。但一般的造船廠很難有這么大的船塢。例如印度建造國產航母的科欽造船廠和日本建造“出云”號的橫濱造船廠，其船塢寬度都沒有超過60米，與紐波特紐斯船廠寬76米的大船塢相比有很大的差距。具體來看，印度建造首艘國產航母的科欽船廠，其整體的硬件設備水平僅相當于我國江南造船廠80年代末的水平，其最大船塢主尺度為255×43×9米。而在建的“維克蘭特”號在尺寸上也只能是水線長235米、水線寬32.5米、吃水8.4米。即便如此設計，船塢的長度還是有些不足，“維克蘭特”號在建造過程中，艦艏還是伸出了船塢。

航母的建造對船廠的硬件要求還有起吊設備，其起吊能力要滿足航母最大艦體結構、艦體分段的吊裝要求。起吊設備主要是建在干船塢上方的大型龍門吊，其起吊能力必須要大于艦體結構或航母分段的重量。特別是隨著航母建造中的分段在預舾裝程度上越來越高，航母的分段也越來越重，龍門吊的能力也需隨之提升。

美國紐波特紐斯船廠12號干船塢上方安裝了一臺巨型龍門吊，其最大的起吊能力為900噸（目前已提高到1 050噸），沿船塢長度方向的軌道長度為743.7米，主梁跨度164.6米，主梁上有3個起重滑車，每個起重能力為300噸。這臺龍門吊除了跨過船塢外，還跨過旁邊的裝配區，可以很方便地把裝配區的分段吊入干船塢。在建造“布什”號航母時，該龍門吊起吊的最重的是飛行甲板中的一個分段，重865噸。

航母的空載排水量幾乎是其交付使用時滿載排水量的一半。美國海軍的最后一艘“尼米茲”級“布什”號的滿載排水量為10.2萬噸，其完工時的船體結構用鋼量為4.7萬噸。由此可見，航母的鋼材使用量是巨大的。因此船廠為了建造航母，要具備較強的船廠內外運輸條件和能力。紐波特紐斯船廠內就有32千米長的鐵路，以方便在廠內外重大部件的運輸。

普通民用船只的建造，像載重15萬噸的散貨船，主船體結構用鋼在1.5萬噸以下。對比航母的建造中高強度鋼的使用量，意味著航母的艦體結構更復雜，這必然會給前期的放樣號料、切割和加工、大型鑄鋼件的鑄鍛生產等各道工序以及隨后的分段加工、分段預舾裝等任務帶來巨大的工作量。因此，船廠的配套車間的設備必須具備一定的加工能力，以及雄厚的技術力量，特別是新技術新工藝，才能更好地滿足航母建造的要求，保證航母建造的順利完成。

鋼材加工車間，負責對航母建造鋼材的處理，包括除銹、切割等。紐波特紐斯船廠的鋼材加工車間面積約2.6萬平方米，配備自動噴丸除銹機、數控切割機、激光切割機等，能加工厚度3～150毫米、長18米的鋼板。鑄造車間，用于鑄造航母上的金屬構件，面積約2.1萬平方米，可鑄造的最重金屬鑄件為66噸。機械加工車間，負責加工航母上各種船用設備，包括大型螺旋槳，以及傳動軸等，面積約2.8萬平方米，擁有數控機床等各類機床150余臺。船體鋼結構預裝焊接車間，負責艦體分段的加工，車間內有平面分段流水線，面積4.5萬平方米，年加工能力20萬噸。模塊舾裝車間，對加工好的分段進行預舾裝，面積約11萬平方米，主要有分段的自動輸送、液壓定位設施以及空調設備，可滿足各種電子設備對環境的嚴格要求。部分模塊舾裝車間帶有活動屋頂，分段舾裝完成后，可以直接從屋頂上吊出。航母的結構鋼材要求高、厚度大，故船廠應有較高的焊接技術和優良的焊接設備，特別是要有對大厚度特種鋼材和特殊結構進行可靠焊接的能力。

在航母的主體建造完成后，船廠還要有符合航母吃水深度要求的舾裝碼頭，來完成航母的舾裝和系泊試驗。航母的舾裝步驟大致是：先在分段內完成設備、管線的安裝，把分段吊入干船塢完成船體的焊接；航母從干船塢下水，并拖到舾裝碼頭完成下一步舾裝，具體包括設備設施的安裝、生活和工作住艙的舾裝等。美國“布什”號航母在出船塢后先后在兩個碼頭進行舾裝工作，其中在1號舾裝碼頭停泊了1年零1個月，在2號突堤式碼頭停泊了約1年零3個月，并在該碼頭完成了系泊試驗。隨著航母預舾裝程度的提高，航母在舾裝碼頭停泊的時間也將會越來越短。

如果可能的話，航母的建造船廠還要盡量靠近航母的基地，這樣航母的定期進塢維修保養以及中期的現代化升級改造都更為便利。這方面的反面例子，就是蘇聯時期部署于北方艦隊和太平洋艦隊的蘇聯航母，由于母港沒有及時建設配套維修設施，大修時必須回到黑海造船廠，使航母常年處于非戰備狀態，更使整艦壽命過早衰竭。

船舶正式開工建造的標志是龍骨的鋪設，這是從古代到近代造船業的傳統。因為龍骨是大小船只的最重要的承重結構，位于船的底部。所以，在過去的造船業中，鋪設龍骨一般都是整個造船過程中重中之重的標志性事件，只有將龍骨鋼板在船塢或船臺中鋪好并精確定位，然后才能夠從底層船殼開始，自下到上一點一點地完成一艘新船的建造。但從上世紀40年代開始，現代造船業包括軍用艦艇都已開始應用模塊式分段建造，過去的所謂船舶的龍骨，也變成了龍骨分段。

在美國航母的龍骨鋪設儀式上，會專門邀請航母命名者的配偶親屬將名字簽在龍骨鋼板上，然后再把這塊鋼板和其它鋼板一起焊接成巨大的龍骨分段。就像美國最新的“福特”號航母，福特總統的女兒蘇珊（Susan Ford Bales）簽名的鋼板只有50厘米見方，而這艘航母的第一個龍骨分段是一塊至少40米見方、重達數百噸的龐然大物。

雖說龍骨鋪設儀式是航母建造正式開始的標志，但實際上在這官方指定的儀式之前的數月，大量的前期準備工作就已經開始，包括鋼板的切割機加、一些分段在預裝焊接車間中的建造。隨著第一個龍骨分段在船塢中的精準鋪設，整個航母艦體的建造由此確立了一個如同三維坐標的原點，后續的建造工作以此為中心向四周和上下延展，開始了“塔式建造”。

塔式建造法，又稱層狀塔式建造，顧名思義就是像建造高塔建筑那樣，自下而上一層一層的建造。但這種比較傳統的造船方式的缺點是：一，作業面操作空間相對較小，需要布置很多腳手架，施工建造速度慢；二，艦體有些部分的建造是在封閉環境下進行的，建造環境比較惡劣；三，建造完成的焊接變形會比較厲害，焊縫收縮嚴重，既有橫向收縮也有縱向收縮。當然，這些塔式建造的劣勢是相對于總段建造法而言的。

總段建造法，就是沿著艦體的縱向橫切，整個艦體被橫切成幾個或十幾個環形總段，然后再分別建造。這種方法的好處是各總段可以同時開工，然后再焊接合攏，從而大幅減少了在船臺上的工作量，縮短了建造時間，船體總變形量也更小。同時預舾裝還可以做得很好，這又可縮短建造完成后在舾裝碼頭的舾裝時間。這種各總段的同時建造，自然對造船廠提出了更高的場地要求。建造完成后的各總段斷面較大，在合攏焊接時對連接斷面的對接精度要求非常苛刻。幾百根縱骨都嚴絲合縫地對接在一起，并不是容易的事兒。特別是艦艏、艦艉等處線型變化比較大的地方，更不容易控制精度。

就各總段的斷面精確控制而言，即便是在前期設計上對艦體結構、內部密布的管線的設計做到了全面細致、合理精確，但在建造的切割、焊接和裝配過程中，隨之就會有鋼材遇熱后的變形問題。這種焊接時的變形、收縮量，又是鋼板厚度、焊接電流大小、焊接速度、人為操作等多方面因素綜合作用下的不確定結果。可見在總段建造過程中各總段的斷面精度控制就有很大的難度。但塔式建造對精度的要求就不會這么苛刻，建造過程中的焊接收縮是逐步累積又釋放的過程，即便某一層建造中出現了較大的誤差，也可以在下一層或采用相應的反變形措施來消弭。比如說在塔式建造時，艦體首尾段焊接后變形會較大，那么在建造時首尾部分就稍往下放置，焊接后由于變形，首尾部分會向上翹，這就是塔式建造中的反變形處理。

雖說美國在最新的“福特”號的建造上仍采用傳統的塔式建造，但已引入了模塊化的分段建造。“福特”號被分為162個超級分段（“尼米茲”級的最后一艘“布什”號是161個），這些分段在船塢邊的預裝焊接車間獨立建造完成后，由橫跨船塢及車間的龍門吊吊入船塢，然后像搭積木一樣對接合攏焊接成型。

這種在塔式建造基礎上的分段建造，更進一步發展就是總段建造法。蘇聯黑海船廠在“庫茲涅佐夫”號航母的建造中就拋棄了傳統的鋪設龍骨-構建船肋-敷設船板-安裝設備的塔式建造，大膽采用了總段建造這種更高效的建造模式。“庫茲涅佐夫”號以機庫甲板為分界線，上下總共分為24個總段，主艦體由21個組件構成，組件的最大長度約32米，最寬的組件有相當于整個艦體的寬度，高度約13米。艦體總段在船體預裝焊接車間完成裝配后，龍門吊先將位于或靠近船體中部的基準總段吊入船臺中固定，然后依次吊裝前后的相鄰總段……所以說，蘇聯航母采用的這種建造方式，與美國航母的建造方式實質上差異并不算大，只不過艦體“總段”作為“分段”的進一步集成，噸位上更大，其最大艦體即航母的艦島上層建筑總段達到了1 400噸。為此，黑海造船廠在1983年從芬蘭科尼公司購入了2臺起重能力達900噸的龍門吊，每臺高110米、跨度150米，兩臺聯合作業可將1 500噸的大型艦體總段吊上船臺。

這種總段建造方式，進一步發展后即成為今天英國在“伊麗莎白女王”級航母建造中的巨型總段建造（法）。“伊麗莎白女王”號的艦體被分為6個超級巨型艦體總段（其中5個在4 000～ 8 000噸間不等，最重一個達到了11 300噸）、6個中間分段、12個舷臺分段和2個上層建筑分段，分別由在德文郡、泰恩賽德、格拉斯哥和樸次茅斯等地的4家公司的6個造船廠分別建造完成，每家船廠都各自完成切割鋼板、部件組裝、分段組裝、總段合攏、舾裝，甚至對已經形成系統的單元進行通電調試。巨型總段建成后，通過大型模塊運輸裝置（可運輸重達10 000噸的總段）將其運至載重駁船上，然后送到羅賽斯造船廠進行最后的全艦成型合攏。雖然“伊麗莎白女王”級采用巨型總段建造法，但每個巨型總段在建造時，還是需要從下到上逐層進行塔式建造，需要更大的車間廠房，對總段陸上運輸的模塊運輸裝置、船廠龍門吊的起吊能力也提出了更高的要求。

較于美蘇航母在紐波特紐斯船廠、黑海造船廠的建造，英國在其這艘最大的水面艦艇的建造上，由不同船廠共同建造這些總段、分段，6個巨型總段的開工日期前后不到一年，總段建造的并行建造速度以及可短時間內大量建造航母的優勢體現得更為明顯。“伊麗莎白女王”級的巨型總段建造，體現了英國不俗的國家配套協同能力。只不過“伊麗莎白女王”級只有區區兩艘，這種高效的建造方式反倒被解讀成在整個英國工業經濟不景氣背景下的“有飯大家一起吃”之舉。

“預舾裝”是目前造船領域的常規技術，目的就是把在舾裝碼頭上的舾裝工作提前到船塢階段去做，把在船塢上的工作提前到總段建造中去做，從而將建造過程中線性的工作進程變成了并行推進。英國在“伊麗莎白女王”級的巨型總段建造過程中更是將預舾裝發揮到了極致。在某些總段模塊中，能看到有些艙室在出廠前就裝上了床鋪、衛生單元、日光燈，甚至燈光系統都已經可以使用了。這樣，艦體總段在車間時即可把其內部的設備、部件等設施的舾裝工作提前完成，加快了后期建造工作的進度，總體上縮短了整個航母建造的工期。