黃甫亮 王華 楊九九

（金海智造股份有限公司，浙江舟山316200）

船體吊裝是船舶建造過程中的一項(xiàng)重要且復(fù)雜的工藝流程。隨著公司生產(chǎn)設(shè)備能力的提高及公司所承接的船舶噸位越來越大，船舶總段的重量也越來越大。巨型總段、復(fù)雜分段、新型船體分段的順利吊裝將成為船廠生產(chǎn)設(shè)計(jì)必須解決的重要內(nèi)容之一。近年來船體舾裝率的大幅度提高，尤其是上層建筑其預(yù)舾裝率可高達(dá)85%及以上，但上建結(jié)構(gòu)的剛度較弱，若在吊裝過程中出現(xiàn)較大的變形會(huì)不僅對(duì)上建結(jié)構(gòu)造成變形，也會(huì)對(duì)舾裝件造成破壞，必須增加吊裝加強(qiáng)防止上述變形。但是過于保守的加強(qiáng)方案又增加了上建總段的重量且資源浪費(fèi)，如何預(yù)測(cè)吊裝變形并制作出合理安全的吊裝方案，保證舾裝件不受損壞是提高上建總段預(yù)舾裝率必需解決的問題。另外船體吊裝若出現(xiàn)變形，將會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)刀修改，這與快速搭載及總段完整性的理念相悖，因其影響船塢周期，因此對(duì)特殊分段的吊裝過程進(jìn)行模擬仿真分析就變得異常重要。

本文以9400TEU集裝箱船的上層建筑為研究對(duì)象，利用TSV-BLS軟件對(duì)其吊裝的強(qiáng)度進(jìn)行仿真分析。

1 TSV-BLS軟件簡(jiǎn)介

TSV-BLS（Block Lifting System）是我國最新的專業(yè)的船體吊裝仿真軟件，該軟件主要集成了日本聯(lián)合造船廠的經(jīng)驗(yàn)和需求開發(fā)而成。目前，在日本及韓國國內(nèi)已有10多家船舶建造船廠商已正式采購并使用了TSV-BLS軟件系統(tǒng)，使用的目的正是為了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)有著豐富的吊裝施工指揮經(jīng)驗(yàn)的作業(yè)人員來進(jìn)行技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的系統(tǒng)化，讓技術(shù)形成流程固化，從而縮短船塢占用周期、提高船體分段的建造效率，最終實(shí)現(xiàn)解決現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的新老交替問題[1]。

TSV-BLS軟件系統(tǒng)的基本模塊功能包含Tribon/AM軟件導(dǎo)入接口、三維影像模擬吊裝作業(yè)模塊，結(jié)構(gòu)變形及應(yīng)力分析模塊等。

2 9400TEU集裝箱船上建總段吊裝方案簡(jiǎn)介

9400 TEU集裝箱整吊總段共有七層甲板，包含有E、F、G、H、I甲板，駕駛甲板及羅經(jīng)甲板。整個(gè)上建的總段長(zhǎng)度為19.7米，寬度為38.2米，高度為20.7米。上層建筑甲板采用橫骨架式，材質(zhì)為普通碳素鋼。

總段船體重量為382噸,舾裝件重量221噸，涂裝、焊接、腳手架重量預(yù)估17噸，總重為620噸。吊裝設(shè)備為800T龍門吊車。

2.1 本船吊裝設(shè)計(jì)難點(diǎn)

整吊裝時(shí)受內(nèi)部預(yù)舾裝完整性好壞的影響，重量重心較難控制，使用常規(guī)吊環(huán)時(shí)每根鋼絲繩的受力不均勻或整體傾斜而使吊裝安全難以保障。

受到吊裝設(shè)備能力限制，吊裝高度大，可能達(dá)到龍門吊的上限（起吊高度80米）；因E甲板下口距離地面的高度達(dá)到40米，E甲板上的衛(wèi)生單元高約2.5米,經(jīng)計(jì)算吊鉤限位點(diǎn)和羅經(jīng)甲板距離只有16.5米，見圖1所示。

圖1 實(shí)際吊裝示意圖

因集裝箱層數(shù)多、重量較大、甲板板厚較薄板厚普遍只有7～8毫米，剛性差，尺寸大，進(jìn)行整體吊裝時(shí)極易變形。

2.2 吊裝難點(diǎn)解決方案

1 #和2#鉤之間的間距較小需要安裝吊排后吊裝，同時(shí)因吊高的限制，必須合理控制吊繩的長(zhǎng)度，扣減吊排及吊鉤的高度距離9米后，吊繩長(zhǎng)度必須在7.5米以內(nèi)，采用TSV軟件分析模擬時(shí)設(shè)置長(zhǎng)為7.5米鋼絲繩后總段的受力情況。

考慮到吊裝安全性，對(duì)特殊吊耳板厚增加4mm達(dá)到12mm,吊排下方結(jié)構(gòu)板厚增加6mm達(dá)到22mm，為增加吊耳的橫向受力安全性增加肘板，見圖2所示。

圖2 特殊吊耳板結(jié)構(gòu)圖

考慮到吊環(huán)的受力的均衡性及吊裝時(shí)結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，設(shè)計(jì)了特殊吊環(huán)直接安裝在羅經(jīng)甲板平面上，該特殊吊環(huán)的使用可以防止鋼絲繩的受力不均或整體總段傾斜使吊裝安全無法保證的情況發(fā)生，即該吊環(huán)可以在現(xiàn)場(chǎng)吊裝時(shí)自行調(diào)整受力的眼環(huán)來配置鋼絲繩，方便調(diào)節(jié)鋼絲的長(zhǎng)度，從而保證了受力的均勻和分段的重心不偏移。而特殊吊環(huán)的甲板因本身板薄，強(qiáng)度不足，下口采用槽鋼豎直方向加強(qiáng)焊接和駕駛甲板相連接，見圖3所示。

圖3 槽鋼加強(qiáng)示意圖

3 上建總段的模型導(dǎo)入及吊裝工裝的設(shè)置處理

采用帶TRIBON接口的TSV-BLS軟件將TRIBON船體模型導(dǎo)入后做模型合并處理、重量重心修改設(shè)置、板厚材質(zhì)修改等設(shè)置。

根據(jù)實(shí)際的吊耳類型、吊繩長(zhǎng)度、吊排進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，結(jié)果如圖4所示，整體設(shè)置完畢后的效果見圖5。

圖4 吊裝模型設(shè)置

圖5 整體效果

4 三維影像模擬現(xiàn)場(chǎng)吊裝作業(yè)

根據(jù)設(shè)置后的工裝所做的起升和平吊模擬，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼絲繩受力動(dòng)態(tài)和分段姿態(tài)。分段實(shí)時(shí)模擬姿態(tài)見圖6

圖6 吊裝仿真過程

總段整體分析后將單獨(dú)顯示的駕駛甲板的分析圖，其吊裝結(jié)構(gòu)有限元強(qiáng)度分析如見圖7、圖8、圖9。結(jié)構(gòu)開孔和特殊吊耳背面顏色較明顯為高應(yīng)力區(qū)域。

圖7 駕駛甲板變形圖

圖8 駕駛甲板應(yīng)力圖

總段整體分析后各分段的剛度評(píng)估見下圖表1。

表1 總段計(jì)算結(jié)果匯總評(píng)估

從匯總評(píng)估可以得出：羅經(jīng)甲板應(yīng)力為除羅經(jīng)甲板外，上建各層結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度均滿足要求。而羅經(jīng)甲板吊耳周圍變形較大，下圍壁加強(qiáng)應(yīng)力較大。

5 上建總段驗(yàn)證

TSV-BLS軟件對(duì)9400TEU船的模型進(jìn)行導(dǎo)入，進(jìn)行處理，劃分網(wǎng)格，設(shè)置重量重心、工裝進(jìn)行三維影像模擬實(shí)際吊裝過程，檢查起吊現(xiàn)場(chǎng)的不穩(wěn)定因素，提前發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)工況。通過有限元計(jì)算分析得出：羅經(jīng)甲板處的吊環(huán)背面的加強(qiáng)材強(qiáng)度稍不足，我們據(jù)此增加了槽鋼加強(qiáng)，加強(qiáng)后的結(jié)構(gòu)重新計(jì)算后滿足要求，根據(jù)實(shí)船驗(yàn)證增加加強(qiáng)后的吊裝方案符合要求[2]。同時(shí)也可以在TSV-BLS軟件中可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況添加槽鋼、工字鋼、扁鋼、肘板、圓管等常用加強(qiáng)件，進(jìn)行不同加強(qiáng)方案的對(duì)比驗(yàn)證、優(yōu)化增強(qiáng)方案，提高吊裝作業(yè)的安全性。

6 結(jié)論

在現(xiàn)代化造船的技術(shù)中，具備了大型起吊設(shè)備的前提之下，通過深化和完整托盤管理提高上層建筑總段預(yù)裝的完整性，主要只需要進(jìn)行少量接頭工作及修補(bǔ)工作就可以進(jìn)行碼頭調(diào)試、空船測(cè)重試驗(yàn)，以期達(dá)到區(qū)域封閉生產(chǎn)的目的，最終實(shí)現(xiàn)殼、舾、涂一體化造船的發(fā)展戰(zhàn)略總目標(biāo)?？梢源蟠筇岣邉趧?dòng)生產(chǎn)率和內(nèi)裝質(zhì)量，有效縮短造船周期并降低成本。再運(yùn)用軟件模擬整體吊裝，可對(duì)結(jié)構(gòu)在吊裝過程中的變形和受力情況進(jìn)行分析，驗(yàn)證增強(qiáng)方案的可行性和有效性，檢測(cè)在起吊作業(yè)中出現(xiàn)的不良現(xiàn)象，如減少結(jié)構(gòu)變形、吊塊不穩(wěn)定等，提高搭載效率。在應(yīng)用TSV-BLS軟件還有力保證了吊裝的安全性，避免現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)事故的發(fā)生，因此該軟件是船廠推進(jìn)現(xiàn)代化造船的重要方向。

TSV-BLS軟件現(xiàn)國內(nèi)已有多家公司使用，并取得了用戶的一致好評(píng)，該軟件對(duì)從事吊裝設(shè)計(jì)人員能力的提高有很大的幫助，目前根據(jù)用戶的需求，該軟件也在不斷的進(jìn)行優(yōu)化更新中。