鋼殼沉管隧道通用件設計方案研究及應用

中圖分類號：U671.2

文獻標志碼：A

Research and Application of Common Parts Design Scheme forSteel-Shell Immersed Tunnels

ZHU Xiaoyan'， LIU Ya¹ ，MALing'，LIUDi2，PANJunfal（1CSSCHuangpuWenchongSipBuldingompanyLimited，Guangzou50715，China;2.Shenzen-ZhongshanBridgeanagementCteZhongshan 528403， China）

Abstract： Large-scale steel structures feature high-volume production， structural uniformity， and internal similarity withnumeroussmal-sized，lightweight，andidenticalcomponents.Traditional designand nestingmethods suffer from prolonged design hours，low field kitting efciency，part los，and material underutilization.Focusing on a steel-shellimmersed tunnel project，this studyanalyzes the similarityof numerous smallconnectors within tunnel segments.Acommon parts design scheme is proposed，enhancing nesting effciency，material utilizationof small parts，field kiting efficiency，andassembly productivity，thereby improving enterprise profitability.This approach offers references for shipbuilding and large-scale steel construction.

Key words： common parts; nesting; cost effciency enhancement; immersed tunnel

1 引言

在船舶、鋼殼沉管、橋梁等大型鋼結構的設計建造過程中，通常以模塊為單位開展生產設計、套料加工和裝配建造工作。在制作時先將較多的零部件按照圖紙要求裝配焊接成模塊，然后再將多個模塊拼裝成完整的鋼結構。以我司承建的鋼殼沉管為例，鋼殼沉管包含多個管節。每個管節均包括內外面板、縱橫隔板、縱橫加強筋[及各類管子結構。經過分析研究，鋼殼沉管結構中的縱橫加強筋、各類管子等零部件的數量占比達到 80% 以上，但重量占比僅在 10% 左右，且不同的管節有大量相同或相似的零部件，具有數量多、零件小和相似度高的特點。若這些零部件仍按傳統生產設計方法以分段為單位進行設計、套料加工，勢必會產生較多的重復工作，大量占用人力資源，使得設計人員的工作效率難以提升，還可能造成材料的浪費。同時，現場工人書寫零件信息、理料、集配的工作量也將大幅增加，導致生產效率不高，影響建造進度，引起建造成本增加。

隨著沉管隧道項目的持續推進以及深入優化設計，針對上述存在的問題，技術人員研究采用通用件的設計和套料方式，代替原生產設計的零件命名以及套料方法，從而解決上述存在的問題。沉管通用件設計方案主要是將所有相同或尺寸十分相近的零件2統一命名，統一套料，其目的是深人固化圖紙樣式，提高設計套料效率和鋼材利用率，以及促進現場集配效率的提升。其中固化圖紙樣式是為了方便現場人員施工，使得現場人員看到零件名就能夠指導零件安裝位置。鋼殼沉管通用件設計方案擬將結構圖紙的表示方法，零件的套料方式，以及材料使用要求等進行優化，從而高效指導現場生產，提高現場的施工效率，解決建造中存在的主要問題。

2 通用件設計方案

2.1通用件要求

1）設計人員首先依據結構圖紙匯總所有能夠設計成通用件的零件，這類零件需要同時滿足以下要求，缺一不可。其一，零件數量多而小，其二，此類零件是不屬于探傷要求的零件。

2）通用件的名稱設計條件，其名稱設計需要滿足以下兩個基本要求：一是名稱便于識別，要能實現通過零件名就能知道零件安裝的位置；二是通用件名稱要簡單，以方便現場下料人員書寫文字信息及管理等工作。

3）通用件的套料設計，因為通用件的數量龐大，因此需要針對通用件的套料進行設計，目的是要提高設計人員的工作效率以及現場切割人員的集配效率，最終達到提高所有人員工作效率。

4）設計清晰的通用件零件與部件關系。因為所有的零件與零件需要組成部件，部件與部件組成更大的組件，所以同樣的通用件零件會安裝到不同的部件或組件上面，我們需要梳理清楚通用件的安裝流程，確保零件在安裝過程中不會混亂。

5）對現場施工人員進行培訓技術交底。這一步是為了告知現場采用新的通用件設計方案后各項注意事項，主要包括通用件設計思路、通用件套料方式，明確上述信息后，現場下料、集配、安裝等人員對整個工序形成共識，真正將通用件設計方案用到各個不同作業人員手中，保證施工中的下料安裝質量。

2.2通用件實施方式

下面以我司承建的E12管節為例，對通用件實施方式進行說明。

1）通用件篩選。設計人員首先依據結構圖紙判斷出所有能夠設計成通用件的零件。深中通道是國內首個大型鋼殼結構沉管隧道，其結構中有大量的相同小尺寸的連接件，而且這些連接件的相似性很高。如其單個I類標準管節鋼結構重量約 10000t ，包括內外面板、縱橫隔板、縱橫加筋肋以及各類管子結構，其中管子數量以及縱橫向加筋肋零件數量占比達到 80% 以上，零件數量約90000多件，但是這類零件重量占比僅 10% 左右，這些零件特點就是小、輕、多。經過分類分析研究后，針對這類零件梳理整理編制出能夠制作通用件的零件，表1為E12管節部分通用件數量統計。

2）通用件的名稱設計。通用件名設計不僅要滿足好記的要求，還需要方便下料人員書寫，同時通用件名與結構圖零件明細表里面的零件名相匹配，即表示通用件零件名需要體現組件部件名。如圖1為通用件在結構圖中的安裝位置，表2為零件明細表中通用件所在組件的數量。

圖1通用件在結構圖中的安裝位置示意圖

通用件名按照上述設計后，通用件在各組件下的數量清晰明了，并清晰的表達了通用件與部件的關系，同時在各分段零件明細表的最后一頁，給出一個分段的通用件清單，這樣就極大的方便了現場集配材料，因為不同組件下面通用件數量不一樣，如果讓現場按照組件下的通用件集配，那么現場集配效率大打折扣，針對在零件明細表最后一頁給出通用件清單，標明了整個分段的通用件使用情況，現場集配人員拿著這個清單找下料車間領料即可。表3為某分段通用件表及分段套料清單。

3）通用件套料設計。E12管節單個管節通用件大概有70000多件，為方便現場管理和施工，這么多通用件下料不能一次性全部下料完。針對通用件的套料，其套料原則主要有以下方面；（1）就是保證現場即下即用，減少場地堆放；（2）針對數量較少的通用件采用全管節套料，方便套料以及現場管理；（3）套料利用率，即每一張板上盡量只套料一種或者兩種零件，要保證每張板零件套料滿，避免產生余料。最后一點就是套料批次盡量能夠共用，這將極大提高設計人員工作效率。

4）通用件領料。經現場會議商定，確定按照兩種方式進行通用件套料，其一是當整個管節的通用件數量小于440個時按照全管節套料；其二是當數量 ?440 個時按照單個環段套料。一個環段有8個分段，各分段所包括的通用件數量及種類不一樣，現場按套料批次下完料后，將每種通用件盛放在某個特定料斗里（注：每一個料斗盡量盛放一種通用件），后道工序安裝領料人員根據各分段的通用件清單領料（注：分段中的通用件按分段劃分若干小區域編訂若干設計模塊，使理料配料領料全過程管理順暢），整個流程清晰，材料也容易管理。圖2為通用件分配示意圖，圖3為通用件的設計管理流程圖。

3 現場應用效果

深中通道通用件的設計技術應用非常有利于效率的提升以及成本節約，通過深中通道E12管節的應用以及現場反饋，主要效果有以下幾個方面：

1）采用通用件設計后有效提高了設計人員套料效率，以往需要花費8＼～10天的小零件套料工作，采用通用件設計方案后，僅2＼～3天就能處理完，套料時間大幅減少；

2）采用通用件設計方案后提高了小零件的材料利用率，原來分散多人套料，不利于材料管控以及材料調用，專人開展通用件套料后能夠全面統籌材料使用，有利于鋼材利用率的提升；

3）通用件的設計技術應用很大地提高了現場集配效率。通用件數量龐大，如果分散集配，將大量增加現場翻找零件、統計匯總等工作。采用通用件方案后，所有通用件統一下料，統一安排料斗放置，集配時僅需到對應料斗領取相應數量即可，大大提高了現場集配的效率；

4）提高了裝配人員工作效率。以往不同部組件的零件必須精確匹配，一一對應。采用通用件設計方案后，不同部組件上的零件只要是采用了相同的通用件命名，即可以使用。一個通用零件名，可以對應在多個不同的部件使用。這種設計方案完全的改變了以前傳統的配料以及安裝方式，大幅提高了安裝人員的工作效率。

集配及裝配效率，降低了人工成本及材料成本，避免了經常出現的零件丟失、零件未下料以及零件難以翻找等問題。

結合我司現場的反饋情況以及推廣應用情況，該項目解決了如沉管隧道鋼殼、船舶及橋梁等大型鋼結構的生產設計及建造中出現的重復設計套料圖，施工中下料、理料、配料、領料全過程管理困難，特別是零件丟失等導致建造周期、成本增加等問題，提高了企業效益。本項目成果可為造船、大型鋼結構的建造設計提供參考。

4結語

綜上所述，本文研究的通用件設計方案相較于傳統零部件設計管理模式，極大地提高了項目建造過程中出現的小、輕、多這類相似零部件的設計、套料、

參考文獻

[1]鄭志華，李爽，胡韜，等.鋼殼沉管曲面結構優化設計與建造[J].廣東造船，2023.42（5）：46-48.

[2]柴芹.淺議通用件管理[J].機械工業標準化與質量，2003（6）：13.