錢進，俞凌云，陳飛，丁煒杰，陳中培，王坤

（中船第九設(shè)計研究院工程有限公司，上海 200090）

1 引言

船廠材料碼頭主要承擔造修船生產(chǎn)需要的船用鋼板、型鋼等材料的裝卸任務，是船廠各生產(chǎn)作業(yè)區(qū)中起重任務最繁忙的工位之一。大型船廠的鋼材需求量很大，每年可多達數(shù)十萬噸[1]。華南地區(qū)某大型船廠南沙廠區(qū)2008 年年底建成投產(chǎn)，2020 年下半年，根據(jù)船廠生產(chǎn)部門的反饋，由于近年來材料運輸船舶升級改造，船廠材料碼頭起水起重機覆蓋范圍相應有所不足，尺度稍大一些的材料運輸船都需要多次掉頭、移位才能裝卸所有的鋼板，鋼板卸船時間較其他船廠多近1 倍。鋼材供應商和運輸船隊對此有較大的意見，不太愿意承攬到該船廠材料碼頭的運輸任務。船廠材料碼頭對鋼板運輸船舶的適應性小、卸貨周期長也同樣不利于船廠與鋼廠訂貨的分批配送、按時配送等計劃，間接影響鋼料堆場的儲存周期。

2 材料碼頭設(shè)計概況

通過查閱設(shè)計圖紙和資料，材料碼頭的原有設(shè)計方案如下：

該廠區(qū)材料碼頭主要承擔船用鋼板、型鋼等材料的裝卸任務，設(shè)計年裝卸量4.0×105t。材料碼頭布置在造船基地南端岸線，東臨伶仃水道，使用岸線為220 m，碼頭寬12 m。材料碼頭靠泊設(shè)計船型為2 000 t 甲板駁或貨駁。2 000 t 貨駁長61.5 m，寬12.2 m，吃水3.5 m。

材料碼頭采用橋式起重機+軌道平板車運輸形式，該方案具有材料裝卸穩(wěn)妥可靠，吊運順暢，投資較省等優(yōu)點。

其工藝流程為駁船→橋式起重機→軌道平板車→鋼料堆場。

材料碼頭初步設(shè)計階段為2 個起水跨（1#材料碼頭和2#材料碼頭），跨度均為51 m，分別對應鋼料堆場的第1 跨和第3 跨，材料碼頭起水起重機要求為滿足2 000 t 甲板駁的裝卸要求。

3 材料碼頭建設(shè)概況和能力復核

在該廠區(qū)一期建設(shè)時，先期實施1#材料碼頭以及鋼料堆場第1 跨和第2 跨，遠期隨產(chǎn)能提升建設(shè)2#材料碼頭及對應的鋼料堆場第3 跨。1#材料碼頭裝卸機械采用山東某起重機廠生產(chǎn)的32 t 電磁/吊鉤橋式起重機，跨度為49.5 m，總寬約12.1 m。起重機軌道總長約52 m，其中懸臂伸出16 m（伸出碼頭岸線約14.6 m）。

根據(jù)材料碼頭鋼柱和吊車梁結(jié)構(gòu)圖，結(jié)合起重機總圖布置，材料碼頭的吊機中心線吊運覆蓋范圍實際僅可達到岸線外8 m 左右，與原初步設(shè)計確定的12 m 相差較遠，參見圖1。

圖1 材料碼頭起重機實際吊運范圍示意圖

經(jīng)分析，主要原因有：

1）材料碼頭初步設(shè)計時，原定設(shè)計吊車梁懸挑出碼頭岸線邊緣16 m 左右。但在后續(xù)實施時，由于各種原因，施工圖設(shè)計和建造時改為吊車梁懸挑柱外約16 m，較原方案少約1.5 m。

2）采購起重機的總寬為12.1 m，自重和輪壓較大，與初步設(shè)計設(shè)定的起重機技術(shù)資料相差較大，這也是吊車梁縮短的原因之一，由此也進一步導致起重機吊運中心線縮短。

根據(jù)材料碼頭現(xiàn)有32 t 橋式起重機吊運范圍，僅能覆蓋10～11 m 寬度的鋼板運輸船舶，目前市場上大部分鋼板運輸船舶寬度均達到14～16 m，需要掉頭才能吊運船舶貨艙中心線另一側(cè)的鋼板，同時為了保持船體的平衡，卸貨過程中還需要多次掉頭，嚴重影響工作效率。

4 材料碼頭起水能力提升方案

近期隨著工廠生產(chǎn)能力和負荷增加，材料碼頭的瓶頸問題日益突出，必須提升鋼材起水能力，并解決1#材料碼頭目前使用中存在的問題。

通過對該廠區(qū)材料碼頭鋼板運輸船舶的統(tǒng)計，鋼板運輸船舶寬度一般為14 m 和16.2 m，現(xiàn)有碼頭起重機的吊運范圍不能滿足上述兩種型號的船舶一次吊運的需求。為了滿足鋼板的起水吊運需求，相關(guān)的起水能力提升方案如下。

4.1 現(xiàn)有起重機吊車梁接長

在現(xiàn)有材料碼頭基礎(chǔ)上進行能力提升，接長起重機吊車梁以增加起重機吊運范圍。

4.1.1 覆蓋14 m 寬船舶（載重噸位約3 500 t）

常規(guī)3 500 t 的干貨船型寬約14 m，長度在85 m 左右[2]。部分運輸鋼板的貨駁吃水小，長度會稍小，寬度會稍大。以標準14 m 寬度船舶為例，如需要覆蓋船艙最外側(cè)鋼板堆位，起重機吊運中心線至少距離碼頭岸線11.4 m 以上，比現(xiàn)有起重機吊運范圍大約3.4 m，考慮船舶靠岸距離、起重機運行安全等因素，則吊車梁需要接長約4 m。如圖2 所示。

圖2 吊車梁接長4 m 示意圖

4.1.2 覆蓋16.2 m 寬船舶（載重噸位約5 000 t）

常規(guī)5 000 t 的干貨船型寬約16.2 m，長度在95 m 左右。部分運輸鋼板的貨駁由于吃水小，長度會稍小，寬度會稍大。以標準16.2 m 寬度船舶為例，如需要覆蓋船艙最外側(cè)鋼板堆位，起重機吊運中心線至少距離碼頭岸線13.5 m 以上，比現(xiàn)有起重機吊運范圍大約5.5 m，考慮船舶靠岸距離、起重機運行安全等因素，則吊車梁需要接長約6 m。如圖3 所示。

圖3 吊車梁接長6 m 示意

4.1.3 材料碼頭起重機吊車梁接長結(jié)構(gòu)校核

根據(jù)材料碼頭起重機覆蓋14 m 和16.2 m 寬度船舶的生產(chǎn)需求，起重機吊車梁需要接長4 m 和6 m。考慮當前起重機重量、寬度較大，后期更換起重機存在多種可能性，吊車梁接長尺度有一定的變化空間。因此，在吊車梁接長校核時，在考慮恒載、活載、風載等工況分別對吊車梁接長3 m 和7 m 分別進行了結(jié)構(gòu)計算，見表1。

表1 吊車梁接長結(jié)構(gòu)校核計算

根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準，重級工作制橋式起重機的吊車梁和吊車桁架等受彎構(gòu)件的撓度/跨度比為不大于1/1 000[3]。在現(xiàn)有吊車梁、結(jié)構(gòu)柱的基礎(chǔ)上，起重機吊車梁接長3 m、7 m時，吊車梁的節(jié)點位移計算、撓度計算均不能滿足規(guī)范要求。在不大幅度改變起重機技術(shù)參數(shù)，如輪壓、自重減小一半等的情況下，無法通過對現(xiàn)有吊車梁進行接長滿足材料碼頭吊運范圍增加的要求。

4.2 擴建2#材料碼頭

2#材料碼頭與現(xiàn)有1#材料碼頭相距51 m，對應預留的鋼料堆場第3 跨。2#材料碼頭為新建，考慮按照最大覆蓋16 m寬度船舶（5 000 t 級）進行設(shè)計，根據(jù)1#材料碼頭現(xiàn)有起重機的運行情況，可以考慮增加起重機吊車梁高度和強度，降低采購起重機自重、輪壓等方法來盡量提升吊車梁懸臂長度。2#材料碼頭擴建后，可以與1#材料碼頭同時使用，其中，1#材料碼頭考慮寬度稍小的材料運輸船，2#材料碼頭考慮寬度較大的船舶。如圖4 所示。

圖4 擴建2#材料碼頭示意圖

2#材料碼頭擴建后，最大可以覆蓋5 000 t 級鋼板運輸船，但由于2#材料碼頭對應的鋼料堆場第3 跨沒有建設(shè)，同時缺少對應的平板車軌道，鋼板轉(zhuǎn)運到鋼料堆場也有一定的問題。此外還需要結(jié)構(gòu)計算來論證其吊車梁懸臂接長的實際可行長度以及碼頭結(jié)構(gòu)強度等。

4.3 新增裝卸橋式起重機

除按原設(shè)計方案擴建材料碼頭外，也考慮了新增裝卸橋式起重機的方案，具體如下：

1）在已建100 m 材料碼頭南邊新增裝卸泊位長度120 m，考慮停靠5 000 t 駁船，進行鋼材裝卸，船型主尺度為121 m（總長）×19.2 m（型寬）×9.2 m（型深）×6.9 m（滿載吃水）。

2）新增32 t 裝卸橋式起重機，起重機軌距12 m，前伸距24 m，吊點中心線距離碼頭岸線20 m，可覆蓋19 m 寬船舶。如圖5 所示。

圖5 新增裝卸橋式起重機示意圖

新增裝卸橋式起重機技術(shù)參數(shù)如下：

起重能力：32（t吊鉤下）/25（t吸盤下）；

軌距：12 m；

基距：24 m；

前/后伸距：20 m/6 m；

起升高度/下降深度：8 m/10 m。

該方案實施難度小，起重設(shè)備為成熟產(chǎn)品，已在多家船廠應用。碼頭改造僅需增加起重機軌道（需要對現(xiàn)有碼頭承載能力進行復核），建設(shè)時不影響1#碼頭的裝卸工作；建成后也可與1#碼頭分別裝卸大、小型駁船，互不干擾，大幅度提高起水能力以應對未來生產(chǎn)發(fā)展需求。

5 結(jié)論

通過上述材料碼頭能力提升方案的研究，對材料碼頭的3個建設(shè)方案進行對比分析，相關(guān)對比參見表2。

表2 材料碼頭能力提升方案對比

根據(jù)上述對比，并與船廠生產(chǎn)部門、規(guī)劃部門以及材料碼頭原設(shè)計團隊進行討論分析，最終確定采用新增裝卸橋式起重機的建設(shè)方案。隨著該項目的實施，將對材料碼頭鋼板起水能力帶來較大的提升。