風機基座高效布置方法在風管設計中的應用

陸雅楠，魏文俊，孫逸文，陳姜龍

（滬東中華造船（集團）有限公司，上海 200129）

0 引言

風管生產設計是船舶生產設計的一種，其主要包括對風管、附件和風機等設備的綜合布置，是用于指導現場施工的依據[1-2]。在開展生產設計工作時，設計人員先根據系統原理圖對風管、附件和風機等設備進行預布置，并根據綜合布置情況進行協調和修改，待各項工作完成后創建風機基座。然而，無論是在風管綜合布置過程中創建風機基座，還是在各項工作完成后創建風機基座，都會存在交互修改、返工等問題，影響風管生產設計的工作效率。本文以某外貿船的射流風機布置和風機基座創建為例，對風機基座的布置方法和特點進行闡述，提出一種在風機小樣中創建通用基座的方法，并與現有的設計方法進行對比。

1 設計現狀和問題描述

本船的三維設計基于東欣船舶產品設計（Ship Product Design, SPD）軟件，風管和附件采用參數化部件、風機采用設備小樣進行布置[2-4]，風機基座采用鐵舾件進行布置。然而，由于鐵舾件采用的是獨立的設計模塊，無法與風管和風機等在同一個區域中進行布置和修改。因此，風機基座往往是在各項工作完成后，切換至其他模塊進行創建的。當生產進度導致管、風、電生產設計出圖早于風機基座出圖時，將會引起風機基座與管系、電纜干涉，這易使基座設繪人員無從下手，甚至會造成改圖和返工。

以本船的射流風機為例，管、風、電的設計人員在開展工作時，沒有綜合考慮風機基座的形式和位置，導致風機頂部布置了很多管系和主干電纜，這大幅提升了風機基座的設繪難度（見圖1）。風機基座在完成設計和鐵舾件建模后，仍與上方的主干電纜產生干涉，經專業協調后決定修改電纜導架，而此時電氣生產設計已完成發圖工作，從而造成電氣專業的改圖和返工。

圖1 射流風機的布置情況圖

2 設計方法的分析和對比

2.1 常規設計方法

在常規設計中，設計人員先根據原理圖中的風管走向和風機編號等將風管和風機預先布置到艙室中，再通過管、風、電專業的相互協調完成初步布置，再各自對本專業的放樣進行精細化設計。設計人員在確定風管位置后，會根據風管的變徑角度、風機的擴散角等因素[5-6]對風機位置進行調整（見圖2）。此時，各專業默認放樣工作已完成，基座建模作為最后一個步驟，將移交給繪制基座圖的設計人員來完成。工時計算公式為

圖2 風管生產設計工作順序

式中：H為常規的設計方法產生的總工時；h為設備建小樣至風機完成定位產生的工時；hj為基座建模產生的工時。

在基座建模后，因干涉、優化裝焊和優化基座形式等原因，將引起進一步的協調和修改（見圖3），將此時產生的工時定義為hj1。由于風機的定位以風管布置和綜合協調為主，基座建模是在風機定位后根據風機圖紙而定，只有在建模期間，才能根據結構件、基座形式等因素確定基座的最終位置。因此，基座建模后，不做修改的概率較小。在此，假設基座建模后，進一步協調和修改的情況必然發生，則工時的計算公式修正為

圖3 基座建模引起的進一步協調和修改

式中：hj1為進一步協調和修改產生的工時。

此外，由于設計人員在與各專業協調時忽視了風機基座的形式，而管系和電氣專業也忽視了該問題。在完成綜合協調和布置后，設計人員和基座繪制人員在上下道工序交接、工作安排和基座圖出圖方面耗時較久。因此，當基座繪制的人員提出修改時，電氣設計人員已完成主干電纜部分的出圖工作，故電氣專業需要重新改圖。考慮到改圖產生的工時，將工時的計算公式進一步修正為

式中：hg為改圖產生的工時。

2.2 改進方法1

與常規設計方法相似，改進方法1 的步驟也是從風機建小樣到基座建模。區別在于，設計人員需要在布置風機的同時直接利用鐵舾件功能對基座進行建模，并參考基座的形式和位置對干涉情況進行檢查，最終完成綜合協調和布置。在基座建模后，若發現與其他專業干涉、無法裝焊等問題，需進一步通過專業協調、位置調整等來完成布置（見圖4）。此外，由于本方法要求設計人員同步完成基座的建模工作，不存在常規方法中上下道工序的交接和時間間隔等因素。因此，本方法不會產生改圖工時，其他部分與常規方法產生的工時相同。在此，假定設計人員和基座繪制人員對基座建模所用的工時相同，也不考慮各項工作產生的特殊情況引起的差別。則改進方法1 設計工時的計算公式為

圖4 改進方法1 示意圖（單位：mm）

式中：H1為改進方法1 的總工時。

以本船的射流風機為例，用改進方法1 進行放樣工作，在完成風機的布置和定位后，參考風機圖紙中的底座尺寸和螺孔位置等信息，即可確定基座面板、肘板和腹板的尺寸和相對位置。結構件與肘板的間距只有14 mm，無法滿足施焊空間的要求。為滿足基座板材與結構件的焊接要求，直接將風機基座的肘板調整到結構件下方，與之裝焊在一起。此外，對風機作出相應調整，在修改風管的同時，協調管系和電氣專業進行相應微調，并根據主干電纜的布置位置對風機基座的形式進行同步修改。與常規方法相比，改進方法1 雖明顯增加了生產設計階段的工作量，但確保了基座模型的完成度，可有效避免管了因風機基座調整引起的改圖工作。

2.3 改進方法2

改進方法2 與改進方法1 類似，區別在于在風機建小樣時，預先將風機基座以設備小樣的形式繪制到風機小樣中（見圖5）。設計人員不需要在風機布置的同時對基座進行建模，而是在基座圖出圖前進行建模，甚至可將該任務移交給基座繪制人員。在采用改進方法2 前，需根據風機類型、安裝形式和船東要求等因素，確定風機基座的基本形式，并根據本船的層高預估基座的高度。在風機建小樣時，將風機基座繪制到風機小樣中。以本船的射流風機為例，根據風機圖紙的螺孔尺寸和布置位置，以及船舶基座和加強結構設計規則確定基座的形式，以及肘板、腹板與螺孔的間距。暫定基座高度為500 mm，即可在風機小樣中建立起基本的基座模型。通過風機小樣，各專業設計人員可直觀了解射流風機的基座形式，并預判管、風、電的布置位置，進而有效推進各項工作。對風管生產設計而言，可在風機布置的同時綜合考慮基座與結構件之間的裝焊可行性，并直接完成風機和基座的位置調整。

圖5 風機模型的基座示意圖

射流風機的基座及其布置效果見圖6。腹板（或肘板）與球扁鋼的間距為60 mm，球扁鋼的高度為60 mm，滿足施焊空間的要求。假設腹板（或肘板）與結構件的間距不滿足施焊空間要求，靠調整風機位置也無法同時滿足各腹板（或肘板）與結構件的間距要求。解決方法是確保其中一部分板材的施焊空間滿足要求，對于無法滿足的板材，參考船舶基座及加強結構設計規則對基座板材的位置進行修改即可，無需重復修改風機小樣。

圖6 射流風機的基座及其布置效果

綜上所述，改進方法2 在風機建小樣階段比常規方法和改進方法1 增加了基座建小樣的工時，將此時產生的工時定義為hx。然而，由于各專業均能直觀地了解風機基座的形式和位置，因基座建模后引起的進一步協調和修改工作，將大幅度減小，將此時產生的工時定義為hj2。此外，由于風管生產設計時，已根據風機小樣中的基座模型綜合考慮了布置、協調和裝焊等問題，使基座繪制人員可根據基座小樣直接建模或微調腹板（肘板）的位置，基本不存在基座模型反復修改、建模等情況。則改進方法2 設計工時的計算公式為

式中：H2為方法2 的總工時；hx為改進方法2 基座建小樣產生的工時；hi為改進方法2 基座建模產生的工時；hj2為改進方法2 基座建模后引起的協調和修改。

2.4 方式特點分析和對比

2.4.1 常規方法的優缺點

常規方法的優點在于：設計人員只考慮風機和風管的布置位置，無需兼顧風機基座的形式和焊接等問題，對于設計人員而言，較省時間。缺點在于：其他專業的設計人員不能直觀地了解基座的具體形式和外形，容易造成后續的干涉和修改。

2.4.2 改進方法1 的優缺點

改進方法1 的優點如下：

1）在完成風管生產設計的同時完成基座建模，避免后續因基座調整引起的一系列綜合協調和修改，也為后續基座圖的出圖工作節省時間、提高效率。

2）在進行專業間綜合協調和布置時，更為直觀、精準，避免協調不周的情況發生。

3）可有效避免因基座協調滯后引起的繪圖、制作加工和裝焊困難等問題。

改進方法1 具有如下缺點：要求設計人員兼顧基座模型、設計準則和鐵舾件功能；其放樣所用時間依舊較長。

2.4.3 改進方法2 的特點

改進方法2 的優點如下：

1）在完成風管生產設計的同時基本完成基座定位，避免后續一系列的修改工作，為基座的建模和出圖工作奠定基礎。

2）各專業綜合協調和布置時，基本能夠直觀、精準展示基座的形式和位置，方便預判避讓空間。

3）基座形式已定，設計人員可以綜合考慮基座的焊接可行性。

4）設計人員無需懂得基座設繪的設計準則和軟件的鐵舾件功能。

改進方法2 的缺點在于：設計人員在風機建小樣時，必須根據各區域情況預判基座高度。

2.4.4 各方法綜合對比

綜上所述，只有常規方法會產生因協調滯后、上下道工序交接等因素產生的改圖工時hg，是綜合協調不周產生的額外工作量。hg的存在說明常規方法不如改進方法1 和改進方法2。為便于對比分析改進方法1 和改進方法2，將式（5）減式（4）可得

由于改進方法2 的基座建模是一次完成的，其產生的工時小于改進方法1。又因為改進方法2 預判了風機基座的形式和高度，在風機模型中建立了通用基座，其實際對基座進行了2 次建模，則將(hx+hi)假定為風機基座建模的反復修改和調整，即hx+hi≈hj。而方法1 中的基座建模的次數存在不確定因素，根據經驗，基本可確定為大于等于兩次，因此實際的關系應為hx+hi＜hj。同理可得hj2＜hj1，故ΔH＜0。經過上述分析，可以得出結論：在排除特殊情況的前提下，方法2 所產生的設計工時小于方法1。

綜上所述，按精細化建模，風管生產設計、風機布置和基座建模同步進行等角度考慮，宜采用風機小樣中創建通用基座的方法。

3 結論

本文以某外貿船的射流風機布置為例，闡述了風機基座的布置方法和特點，提出了一種在風機小樣中創建通用基座的方法，并與現有的設計方法進行對比。結果表明：該方法可有效提高生產設計的整體效率。在風機建小樣時，預先考慮并加入通用基座，可有效減少管、風、電生產設計的差錯率、改圖和后續返工率，進而大幅度提高生產設計工作的設計質量和工作效率。