模塊化艙室設(shè)計建造方案的應(yīng)用

朱敬燕，張揚

（滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司，上海 200129）

針對大型船舶具有人員密集、艙室眾多的特點，傳統(tǒng)的散裝施工模式需進(jìn)行優(yōu)化革新，模塊化艙室設(shè)計建造被提出來并開始研究其可行性。主要做法是選擇結(jié)構(gòu)背景規(guī)則的高級住艙，將其定義為一個獨立的空間，形成一個模塊，采用一體式設(shè)計、內(nèi)場預(yù)裝和實船快速化安裝來實現(xiàn)減少施工周期和施工成本的目的，同時提高整體設(shè)計效果，更好的滿足人員居住舒適性的需求。

1 傳統(tǒng)艙室設(shè)計施工與模塊化設(shè)計建造

1.1 傳統(tǒng)艙室設(shè)計施工的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)艙室施工模式通常由多工種交叉協(xié)作完成，需要生產(chǎn)運行部門統(tǒng)籌管理和協(xié)調(diào)各工種之間作業(yè)。艙室內(nèi)裝施工一般在船舶下水后開始，持續(xù)4～5 個月，施工周期較長。就施工作業(yè)類型而言，艙室施工一般包括：甲板敷料敷設(shè)、絕緣敷設(shè)、圍壁板安裝、天花板安裝、電纜和系統(tǒng)管路布置、風(fēng)管和布風(fēng)器布置安裝、圍壁板插座開關(guān)布置、天花板燈具及附件安裝、地板敷設(shè)、踢腳線頂角線安裝、家具等設(shè)備安裝等。當(dāng)前隨著船東對交船周期和建造施工質(zhì)量要求越來越高，傳統(tǒng)施工模式存在諸多問題和不確定因素：施工周期長、項目多，管理混亂；作業(yè)交叉、施工沖突，影響工程質(zhì)量，易造成返工；限于5S 管理要求和施工人員熟練程度，施工過程浪費嚴(yán)重；材料現(xiàn)場切割產(chǎn)生粉塵和金屬屑，施工環(huán)境惡劣；施工質(zhì)量受施工管理、環(huán)境和施工人員熟練程度影響較大。

1.2 模塊化設(shè)計建造的考慮

模塊化設(shè)計建造是以艙室實船快速安裝技術(shù)為最終研究目標(biāo)的一次探索性研究，主要是以簡化艙室建造流程，縮短艙室施工周期并提高建造質(zhì)量為目的。模塊化艙室建造方案的主要設(shè)計、施工內(nèi)容有：艙室獨立骨架設(shè)計，艙內(nèi)電纜、通風(fēng)管路布置和預(yù)留接口設(shè)計，艙室家具布置和設(shè)計選型，零部件和家具等的制造，工廠預(yù)組裝，零部件、家具等的編號、拆解和打包，預(yù)埋件實船焊接，零部件、家具等的運輸和吊裝，實船安裝。在實際施工過程中體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。

（1）將大量的實船作業(yè)轉(zhuǎn)化為內(nèi)場施工，減少船上交叉作業(yè)，便于現(xiàn)場施工管理，并能有效縮短艙室施工周期。

（2）現(xiàn)場作業(yè)僅為少量預(yù)焊件焊接和簡單的零部件組裝和家具定位安裝，相對較為簡單，對施工人員經(jīng)驗水平要求較低，提高了整體建造質(zhì)量。

（3）應(yīng)用了輕量化地板和圍壁板方案，使得艙室整體重量有效降低，起到改善船舶穩(wěn)性的作用。

（4）集成化家具、電纜、布風(fēng)器的設(shè)計不僅方便實船安裝，更有利于日后檢修維護(hù)工作。

（5）減少了艙室的焊接打磨作業(yè)，大量使用螺栓連接，杜絕了材料的實船切割作業(yè)，有效降低施工公害，改善了實船的施工作業(yè)環(huán)境。

2 模塊化設(shè)計建造過程

2.1 骨架的安裝

整個骨架的安裝基準(zhǔn)點位于門框位置，骨架所有立式龍骨與門框平行，保證骨架垂直方向上的準(zhǔn)確性。安裝時以艙壁到龍骨外側(cè)距離定位，在設(shè)計時需要考慮到龍骨的厚度、墻板與龍骨的間距等因素。由此確定整體骨架各個龍骨的位置。艙室整體骨架采用緊固件連接，所有緊固件打螺紋鎖固膠固定。

圖1 骨架安裝示意圖

圖2 頂部吊裝預(yù)埋件布置圖

整體骨架根據(jù)甲板梁拱的傾斜趨勢布置，安裝時通過調(diào)整墊進(jìn)行調(diào)平安裝，骨架的安裝需確保艙室內(nèi)凈高不小于2000mm。

骨架上方吊裝天花板，后期實際施工過程中考慮到在極端使用環(huán)境下天花板安裝骨架的強度問題，為增加天花板吊裝骨架的剛性，在原有頂部吊裝連接點設(shè)計的基礎(chǔ)上，新增多個連接點。連接用的槽鋼提前預(yù)焊在頂部甲板上。

2.2 甲板覆蓋安裝

目前實船甲板覆蓋材料主要為甲板敷料、無接縫地坪等，模塊化采用輕量化的瓦楞地板材料，由制作廠家預(yù)先制作完成備用。考慮船舶甲板的平整度不夠好，在瓦楞板安裝前先用橡膠墊塊進(jìn)行找平，然后用結(jié)構(gòu)膠固定安裝成型的瓦楞地板，表面鋪設(shè)橡膠地板。

圖3 瓦楞地板安裝示意圖

2.3 壁板、天花板的安裝

墻體壁板的安裝形式目前有A 型和C 型兩種，根據(jù)不同處所的使用要求，采用不同的形式。模塊化設(shè)計中采用C 型結(jié)構(gòu)，方便拆卸維修，墻壁板與上下安裝槽插接方式安裝。天花板相互間采用插接方式連接，與骨架吊梁插接式連接。

圖4 壁板安裝示意圖

圖5 天花板安裝示意圖

圖6 壁板、天花、地板安裝圖

2.4 電纜布置

骨架安裝的時候已提前考慮了線槽的布置，安裝壁板、天花板的同時，可進(jìn)行艙內(nèi)電纜的排布工作。

圖7 線槽安裝布置示意圖

2.5 家具安裝

壁板及天花板安裝到位后，家具生產(chǎn)廠家根據(jù)艙室具體布置現(xiàn)場測量尺寸后生產(chǎn)，考慮上船進(jìn)艙空間，采用拼裝式家具上船后定位安裝。

2.6 施工周期

根據(jù)實船施工安裝得出模塊化艙室設(shè)計建造方案與傳統(tǒng)施工建造周期的對比表格可以看出，模塊化艙室在施工周期上有一定優(yōu)勢，輕量化地板的安裝方案由于其工藝簡單，能夠有效縮短地板的安裝周期。但仍有較大的提升空間，主要原因分析如下：

（1）在獨立骨架安裝施工誤差較大，與實船個別管路布置干涉造成臨時更改或者返工，造成施工延誤。

（2）燈具、電氣設(shè)備和家具等的施工，由于設(shè)備的供貨時間問題，未能做到內(nèi)廠預(yù)裝，編號后上船安裝，所以施工周期與傳統(tǒng)施工周期相同。

表1 施工周期對比表

模塊化艙室設(shè)計建造方案縮短實船施工主要體現(xiàn)在艙室材料、設(shè)備的預(yù)裝，編號后在實船上進(jìn)行快速拼裝和地板的輕量化制作施工實現(xiàn)，實船安裝時由于設(shè)計誤差和設(shè)備供貨等原因，未能完全實現(xiàn)廠內(nèi)預(yù)裝的方案目標(biāo)，造成施工周期無明顯優(yōu)勢的情況。在以后的研究中通過設(shè)計經(jīng)驗總結(jié)、前期設(shè)計協(xié)調(diào)完善和供貨時間保障等手段，確保模塊化艙室內(nèi)廠預(yù)裝的完成，能更進(jìn)一步降低艙室實船安裝周期。

2.7 模塊化艙室的主要特點

（1）模塊化：將整個艙室作為獨立模塊，艙室內(nèi)部又分為若干個模塊。先在船上搭建獨立骨架，后安裝模塊化地板、圍壁板，最后安裝拼裝式家具。

（2）輕量化：地板選用的瓦楞復(fù)合板具有質(zhì)輕、高強、施工方便快捷、抗震、防火、防雨、壽命長、免維護(hù)等特點。同時減重3.5Kg/m2。輕量化圍壁板表面板材用鋁板代替鍍鋅鋼板，蜂窩芯選用小孔蜂窩芯。面密度由現(xiàn)船墻板的12.1Kg/m2降到7.3 Kg/m2。

（3）集成化：電氣集控系統(tǒng)選用智能房控系統(tǒng)，具體操作可在集控屏上實現(xiàn)對整個房艙的燈光場景進(jìn)行自定義，對房間溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)等。書柜上方安裝電氣集控箱，艙室所有可轉(zhuǎn)接設(shè)備線路都從電氣箱引出。達(dá)到整個艙室預(yù)布電氣接口，可實現(xiàn)快速與船上線路連接。家具和設(shè)備等的集成，例如茶吧內(nèi)集成小型冰箱，電視柜內(nèi)集成電子鞋柜等。

（4）低公害化：考慮實船在航行過程中的搖晃可能會較劇烈，此次骨架各部連接點都與船體進(jìn)行了燒焊連接，焊點數(shù)量僅20 余處，相比傳統(tǒng)施工工藝大幅減少，此外基本取消打磨作業(yè)，符合低公害化施工要求。

3 總結(jié)

在目前進(jìn)行的研究中，雖然模塊化艙室設(shè)計建造與傳統(tǒng)施工相比有著一定優(yōu)勢，但在施工過程與設(shè)計方案還有較大差距，其缺點與不足主要體現(xiàn)在：

（1）在實際施工過程中，考慮在極端環(huán)境中的骨架整體強度問題，新增較多的骨架連接件，造成獨立骨架與船體結(jié)構(gòu)連接件過多；雖有部分彈性連接，但模塊化艙室的獨立性不明顯，與船體結(jié)構(gòu)目前仍然主要為剛性連接，振動噪聲降低的效果不明顯。獨立骨架在實際施工階段由于設(shè)計誤差和艙內(nèi)部分管路布置的問題，造成施工中的現(xiàn)場修改，對施工周期產(chǎn)生一定影響。

（2）設(shè)計方案中并未將衛(wèi)生單元作為模塊化艙室的一部分，后期將衛(wèi)生單元作為模塊化艙室的組成部分，可更有效地降低設(shè)計和建造施工過程中的工作量。

本文介紹的模塊化艙室設(shè)計建造是對傳統(tǒng)艙室施工的一次革新，并在實船上進(jìn)行了應(yīng)用驗證，為艙室快速建造奠定了基礎(chǔ)。但本方案還有很多方面需要完善，例如，艙室獨立骨架的設(shè)計，艙室和部分家具的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，內(nèi)廠預(yù)組裝及安裝工藝的優(yōu)化，建造管理和配套的提升等。隨著在后續(xù)船型的進(jìn)一步研究和探索，模塊化艙室安裝技術(shù)將得到進(jìn)一步完善，從而實現(xiàn)船舶艙室快速安裝的要求。