李 星， 陳文波， 劉碧濤

(中國船舶工業(yè)綜合技術(shù)經(jīng)濟研究院， 北京 100081)

韓國船舶巨型總段建造工藝

李 星， 陳文波， 劉碧濤

(中國船舶工業(yè)綜合技術(shù)經(jīng)濟研究院， 北京 100081)

巨型總段建造工藝經(jīng)過多年發(fā)展，韓國先進船廠搭載前最大總段重量已突破萬噸，而國內(nèi)船廠大部分不足千噸，與韓國船廠差距巨大。系統(tǒng)地介紹韓國船舶總段的分類方式、巨型總段建造工藝的關(guān)鍵技術(shù)，并對巨型總段不同船型和不同建造工藝的應(yīng)用效果進行比較分析?；诮陧n國船廠在巨型總段方面的技術(shù)動態(tài)和發(fā)展現(xiàn)狀提出相關(guān)思考與建議。

大型總段；環(huán)形總段；巨型總段；超巨型總段；海上浮吊；滑軌下水系統(tǒng)；分段搭載

0 引 言

巨型總段建造法是由韓國最先提出并開展應(yīng)用的一種船舶建造工藝，這一工藝旨在解決韓國造船業(yè)在快速發(fā)展的同時面臨的船塢利用率低、造船效率遭遇瓶頸等突出問題。

1 船舶總段的分類方式

韓國從20世紀60年代第一次建造1 600噸級船舶開始，就使用了分段工藝，20世紀80年代又從日本引進500～1 500 t重的分段搭載技術(shù)，此后船舶總段的重量不斷提高。以重量為劃分標準，船舶總段大體可以分為以下4類[1]。

大型總段(Grand Block)：一般情況下由2～5個普通分段預(yù)搭載而成,重約500～1 500 t,可由1～2臺龍門吊吊起。

環(huán)形總段(Mega Block)：一般情況下環(huán)形總段由2～6個大型總段預(yù)搭載而成，重約1 500～3 000 t，在1臺3 600 t海上浮吊可吊起的重量范圍內(nèi),韓國大部分船廠通常建造這樣規(guī)模的總段。

巨型總段(Giga Block)：巨型總段一般情況下由兩個環(huán)形總段預(yù)搭載而成，重約3 000～6 000 t，在2臺3 600 t海上浮吊可吊起的重量范圍內(nèi)，韓國一部分大中型船廠可以建造這樣規(guī)模的總段。

超巨型總段(Tera Block)：超巨型總段一般由3～4個環(huán)形總段預(yù)搭載而成，重量大于6 000 t，通常用4臺3 600 t海上浮吊或1臺3 600 t浮吊配合1臺8 000 t或10 000 t浮吊協(xié)同作業(yè)。目前此方法在韓國船廠應(yīng)用還不廣泛?，F(xiàn)代三湖重工在2016年1月將這一建造方法推廣應(yīng)用于15 000 TEU集裝箱船，單艘集裝箱船僅需劃分4個萬噸級超巨型總段，現(xiàn)代三湖重工計劃2017年在5艘船舶建造中應(yīng)用這一方法，預(yù)計可節(jié)省3周建造時間。

雖然船舶總段嚴格意義上可以按照重量分為大型總段、環(huán)形總段、巨型總段和超巨型總段等4類，在這一分類方式中巨型總段是指3 000～6 000 t的船舶分段，但巨型總段建造法中“巨型總段”的概念較寬泛，不僅包括嚴格意義上的巨型總段，還包括大型總段、環(huán)形總段和超巨型總段。因此，以下在介紹巨型總段建造法時將不再對不同的總段類型進行區(qū)分。

2 巨型總段建造工藝的關(guān)鍵技術(shù)

巨型總段建造工藝的核心是精度管理，若精度管理不當，不僅船體分段組立會出現(xiàn)誤差，就連船體搭載也無法正常進行，對整個生產(chǎn)效率有非常大的影響。韓國造船廠能夠?qū)崿F(xiàn)超大型分段建造的主要原因有兩點[2]：一是三維測定系統(tǒng)的成功開發(fā)使得巨型總段的精度能夠被準確測量；二是大型浮吊的投入使得巨型總段的搭載得以實現(xiàn)。

2.1 大型分段三維精密測定技術(shù)

在建造船舶和海洋結(jié)構(gòu)物時，為了提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，對大型分段進行快速簡便的檢測就顯得尤為重要。韓國大型船廠起初引入了一些國外進口的高價三維測定系統(tǒng)，然而這些三維測定系統(tǒng)的使用方法過于繁雜，在船廠使用過程中受到了眾多制約，于是韓國大宇造船率先針對船廠現(xiàn)場開發(fā)了一套使用便利且精度高的三維測定系統(tǒng)(見圖1和圖2)并投入使用。

三維測定系統(tǒng)的測量器是由全站儀、旋轉(zhuǎn)標和一些測定夾具所組成的測定系統(tǒng)，通過測量測定系統(tǒng)、測量區(qū)域及測定點之間的距離獲取分段三維信息，之后再將三維數(shù)據(jù)和CAD數(shù)據(jù)比較得出最終測定結(jié)果。

圖1 三維測定系統(tǒng)概念圖

圖2 三維測定系統(tǒng)實際測定場景

高精度的三維測定需要準確的基準線作為支撐，此前韓國船廠曾使用經(jīng)緯度儀在地面畫搭載基準線來制定搭載標準，但是如果想進一步提高作業(yè)的精準度就必須制定大量的基準線，這在施工現(xiàn)場難以實現(xiàn)。韓國船廠通過升級三維測量方法，導(dǎo)入了GPS測量概念(見圖3)。在船塢或測定場所周圍設(shè)置多個精度信號天線使其成為基準線，獲取測量儀和基準線的絕對位置，所有測量點和精度信號天線會有一個相對位置，這樣就不需要再設(shè)置基準線，大幅提高測量效率。測量所得數(shù)據(jù)可直接導(dǎo)入船廠開發(fā)的分段搭載仿真軟件和單一分段精度評價軟件中進行再利用。新的測量工藝可以使原來8周的工期縮短至5周，極大提高了船臺和船塢的利用率。

圖3 使用精度信號天線搭載分段概念圖

2.2 巨型分段搭載技術(shù)

原先韓國船廠由于船塢內(nèi)起重機的起重量不足導(dǎo)致巨型總段的搭載方法應(yīng)用存在困難，但大型海上浮吊和大型陸上運輸車的投入使得巨型總段在海上和陸上的搭載成為可能。不僅如此，韓國船廠還將浮船塢和平地建造滑軌下水系統(tǒng)用于巨型總段建造法，進一步推動了分段的大型化。

2.2.1 大型運輸車多輛組合運輸

為了將3 000 t或更重的超大型總段從平地上運送至船塢或船臺，需要使用大型的運輸裝備。韓國船廠使用的辦法是將3～4臺1 000噸級的運輸車(見圖4)組合在一起運送超大型總段。

圖4 現(xiàn)代重工1 000噸級分段運輸車

2.2.2 2艘海上浮吊組合搭載

巨型總段的長度一般在75 m以上，可分別用3 000 t和3 600 t的海上浮吊吊起。要想實現(xiàn)此建造工藝，需在船廠附近要求長度450 m以上、寬度125 m以上、水深7 m以上的水域中進行，如圖5所示。

圖5 2艘海上浮吊組合搭載分段示例

2.2.3 3艘海上浮吊組合搭載(同一方向)

與使用2艘海上浮吊搭載原理相同，當巨型總段長度足夠長時，可使用3艘海上浮吊分布在同一方向，如圖6所示。

圖6 3艘海上浮吊組合搭載分段(同一方向)示例

2.2.4 3艘海上浮吊組合搭載(兩邊方向)

考慮到總段的結(jié)構(gòu)和重量分布，當總段長度不夠長等原因?qū)е?艘浮吊難以完成并排作業(yè)時，可以分布在兩邊作業(yè)，如圖7所示。在重量和體積比較大的情況下，還可以一邊使用1艘較大浮吊，另一邊使用2艘較小的浮吊通過兩邊方向來共同完成巨型總段的搭載。

圖7 3艘海上浮吊組合搭載分段(兩邊方向)示例

2.2.5 海上浮吊和大型運輸車協(xié)同搭載

大型總段從預(yù)搭載場地完工后移動到船塢的方法是搭載的核心技術(shù)。移動大型總段對起重機的負載有相當高的要求，一般情況下船廠里配備能吊起環(huán)形總段龍門吊的船塢數(shù)量有限，因此有些船塢難以移動環(huán)形總段。為了解決這個問題,韓國船廠采用海上浮吊和大型運輸車協(xié)同作業(yè)的方法，如圖8所示，此方法首先將環(huán)形總段從預(yù)搭載場地移送至船塢附近，然后海上浮吊將環(huán)形總段吊起并移動至船塢口，已經(jīng)停放在船塢口的多輛大型運輸車負責將環(huán)形總段移動到船塢內(nèi)并完成搭載。

圖8 海上浮吊和大型運輸車協(xié)同搭載流程

2.2.6 浮船塢和滑軌下水系統(tǒng)組合搭載下水

由韓國船廠開發(fā)并一直沿用的滑軌下水系統(tǒng)(Skid Launching System， SLS)建造工藝是指在平地上將一艘船分成兩部分建造或者一艘整船直接建造的方法，如圖9所示。當部分或整船船體建造完工后，各個船體用液壓運輸車沿著滑軌移動到緊貼平地的滑軌駁船上，在滑軌駁船上將兩個船體組立后拖至要下水區(qū)域，滑軌駁船壓載艙注水下降，船體下水。

滑軌下水系統(tǒng)建造工藝有3個核心技術(shù)：

第一個核心技術(shù)是將船舶從平地上安全移動。船體移動階段，船體的重量不可以全部集中在某一處，作用在滑軌運輸車上的重量也不能變動，為保持船體姿態(tài)穩(wěn)定還需要用到液壓式平衡裝置。

第二個核心技術(shù)是在船舶從平地移動到駁船期間，不能因為壓載分布不同而受到影響,需保證駁船的姿態(tài)不發(fā)生改變，因此駁船內(nèi)設(shè)置多個壓載艙，駁船需每時每刻通過壓載艙排水來維持吃水線平衡，通過快速精密的調(diào)節(jié)來保持駁船姿態(tài)穩(wěn)定。

第三個核心技術(shù)是當船舶完全移動到駁船上后，即使駁船發(fā)生晃動，也不能影響兩段船體的焊接質(zhì)量和精度。

圖9 滑軌下水系統(tǒng)建造工藝

3 巨型總段建造工藝效果分析

巨型總段建造法的最大優(yōu)點就是增加了平地作業(yè)，在相對安全穩(wěn)定的環(huán)境下作業(yè)品質(zhì)和生產(chǎn)力均可以得到改善，船塢使用時間縮短、利用率增高，船舶建造量和訂單量也相應(yīng)提高。然而該工藝也存在初期成本高的缺點，成本增加主要體現(xiàn)在兩個方面：一方面，原先船塢內(nèi)的起重機負載能力有限，重新購入能夠運送超大型分段的運輸車、海上浮吊、浮船塢等裝備和設(shè)備則會產(chǎn)生大筆的初期投資費用；另一方面，學(xué)習(xí)并熟練掌握新的裝備及設(shè)備的使用方法也需要一個過程，需要消耗一定的時間和人力成本。

3.1 超大型分段船塢和浮船塢建造工藝比較

表1和表2是阿芙拉型油船和超大型集裝箱船建造情況的效果對比，在原先的建造方式下，兩種船型所需要的分段搭載數(shù)量分別為115個和100個。在應(yīng)用超大型分段工藝后，兩種船型分別只需要建造10個和18個環(huán)形總段，船塢使用時間可從3個月縮短至1.5個月。

表3對VLCC船在一般分段建造方法和環(huán)形總段混合建造方法中涉及的分段數(shù)量進行了比較。例如，使用環(huán)形總段混合建造方法建造1艘VLCC船，通過搭載6個環(huán)形總段，可比之前節(jié)省25%的分段搭載次數(shù)。

表1 分段搭載比較(阿芙拉型油船)

表2 分段搭載比較(超大型集裝箱船)

表3 一般分段和環(huán)形總段混合建造方法比較(VLCC)

3.2 采用滑軌下水系統(tǒng)的超大型分段建造工藝效果

SLS建造工藝是由STX造船技術(shù)人員歷經(jīng)1年6個月開發(fā)并于2005年首次應(yīng)用于47 000 噸級High Courage號化學(xué)品船上，該船的長寬高分別為183 m×32.2 m×19.1 m,船速可達15 kn。

SLS建造工藝不需要船塢和船臺，只要使用舾裝碼頭的設(shè)施就可以在平地上造船，因此只要船廠具備充足的建造空間都可采用SLS建造方法，且此方法與新建船塢、船臺相比費用較低，雖然平地建造工藝與在船塢船臺內(nèi)建造法相比效率較低，但從整個船廠的運營效率層面來看還是非常值得推廣的。

表4對散貨船應(yīng)用一般分段搭載方法與應(yīng)用SLS建造工藝的環(huán)形總段搭載方法進行比較。以好望角型散貨船為例，在使用一般分段搭載方法時，需要搭載約90個分段，而在采用一般分段和環(huán)形總段混合搭載方法時,一般分段數(shù)和環(huán)形總段數(shù)分別為37個和9個，可以減少約50%的分段搭載數(shù),船塢的使用時間則縮短近1個月。

表4 一般分段搭載方法和SLS建造工藝的環(huán)形總段搭載方法比較(好望角型散貨船)

圖10是好望角型散貨船分別在一般分段建造方法、環(huán)形總段建造方法、巨型總段建造方法下的搭載分解情況。如表5所示，采用環(huán)形總段建造方法比一般分段搭載方法減少約59%的連接長度，采用巨型總段建造方法比一般搭載方法減少約89%的連接長度，大幅縮短此階段的焊接和涂裝時間。

圖10 3種不同建造方法下的搭載分解情況(好望角型散貨船)

表5 一般分段建造法、環(huán)形總段建造法、巨型總段建造法分段總數(shù)量和分段間連接長度比較(好望角型散貨船)

4 思考與建議

巨型總段建造工藝對船廠設(shè)計、生產(chǎn)、精度控制和運輸起吊設(shè)備等方面均有著較高的要求，對有效提升建造效率發(fā)揮著巨大的作用。經(jīng)過多年的技術(shù)發(fā)展，韓國先進船廠搭載前總段噸數(shù)大部分都在3 000 t以上，近期現(xiàn)代三湖重工將萬噸級巨型總段應(yīng)用在15 000 TEU集裝箱船上，三星重工也使用8 000 t和3 600 t海上浮吊移動搭載萬噸級海工上層建筑(見圖11)。然而，受精度和質(zhì)量等因素的限制，大部分國內(nèi)船廠搭載前最大總段重量均不足1 000 t，與韓國船廠差距較大。

圖11 三種生產(chǎn)技術(shù)概念圖

近期，隨著6 000 t以上的巨型總段搭載逐漸成為韓國船廠的主流，總段大型化對精度和質(zhì)量也提出了更高的要求。據(jù)此，三星重工成功開發(fā)出可自動控制測量并預(yù)測大型總段形變的One-time Setting系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用光學(xué)技術(shù)對船舶及海工的大型總段進行測量、分析和管理，為更大更穩(wěn)定的總段生產(chǎn)體系提供了有利的技術(shù)保障。

近兩年，韓國船廠經(jīng)歷了巨額虧損、人員罷工、延期交付等各種因素的影響，看似混亂，但經(jīng)過結(jié)構(gòu)重組、資產(chǎn)變賣、產(chǎn)能調(diào)整、裁員降薪，韓國船廠在效率方面依然保持非常高的水平。2016年，三星重工、現(xiàn)代三湖、現(xiàn)代尾浦和大宇造船每修正噸工時消耗分別為6.7，8.5，9.2和11.02，遠低于國內(nèi)船廠20～40的水平。韓國船廠在較高人工成本情況下依然具有很強的成本競爭力，這與其非常高的效率密不可分，值得借鑒學(xué)習(xí)。特別是2017年上半年，韓國船廠下調(diào)接單毛利要求，以更低的價格承接訂單，力圖通過后續(xù)壓縮生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率來創(chuàng)造利潤空間。隨著韓國船廠開始采用低成本接單策略，國內(nèi)船廠的接單價格優(yōu)勢幾乎喪失。建議國內(nèi)船廠一方面加大智能制造、工業(yè)4.0等新技術(shù)、新概念的推廣力度，同時也需加強巨型總段這類基礎(chǔ)性工藝工法的應(yīng)用與創(chuàng)新，通過持續(xù)的效率提升推動更長遠的發(fā)展。

Giga Block Shipbuilding Technology in Korean Shipyard

LI Xing， CHEN Wenbo， LIU Bitao

(China Institute of Marine Technology & Economy， Beijing 100081， China)

After years of development, the weight of the giga block of the Korean advanced shipyard has exceeded 10 000 t, while the majority of the domestic shipyards are less than 1 000 t, which is quite different from the Korean shipyard. The classification methods of Korean ship general section, the key technologies of giga block construction technology are introduced systematically, and the application effects for giga block of different ship type and different construction technology are compared and analyzed. Some relevant thoughts and suggestions are put forward based on the technical developments and recent developments of the Korean shipyard in the giga block.

grand block；mega block；giga block；tera block；floating crane；skid launching system；block election

李 星(1989-)，男，工程師，主要研究方向為船舶科技和船舶產(chǎn)業(yè)

1000-3878(2017)04-0050-06

U671

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