尹寶福， 姜克峰， 霍利武， 冷江輝， 沈 健

(中船黃埔文沖船舶有限公司，廣東 廣州 510715)

0 引 言

在船舶上為便于設備的操作和維護，在機械處所(如機艙雙層底眾多管路上方等)一般均設置地臺架和花紋鋼板。依托地臺架可設置管碼、電纜托架、小設備基座和梯子等各類舾裝件，地臺架均可友好解決舾裝件附著及管路等舾裝件阻礙通行困難等問題。同時，為減少舾裝件用量，通常將各類舾裝件進行組合設計，借鑒地臺架的框架減少部件數(shù)量。

地臺架高度常見為0.8 m、1.0 m和1.2 m不等，多為角鋼拼焊而成。受制于機艙結構分段成型時間和分段舾裝時機與完整性的影響，地臺架施工基本在總組、船塢甚至碼頭后行階段進行，在設備進艙和區(qū)域管路完整性處于較好狀態(tài)后開展地臺架拼焊作業(yè)。拼接過程需要切割和焊接，屬于動火作業(yè)，增加交叉施工，容易導致安全風險；與預舾裝時間錯開，在涂裝時地臺架沒有施工，而后行階段施工破壞油漆，導致油漆破損返工，增加后行作業(yè)量，拖延后行階段時間，降低效率。國外先進造船企業(yè)在后行階段基本沒有過多返工打磨油漆等污染性作業(yè)，大部分采用活絡式連接方法完成。對此，分析一種新開發(fā)的船舶卡接型地臺架的應用可行性。

1 地臺架現(xiàn)有施工方式不足

公司的機艙雙層底地臺架主要采用等邊角鋼(L75 mm×75 mm×8 mm)焊接而成。由于現(xiàn)場分段建造誤差大、總段成型晚，因此大部分地臺架均需要在后行階段現(xiàn)場拼焊完成，僅單元框架在內(nèi)場制作單元時完成。針對預舾裝、涂裝、總裝、最后調(diào)試的正常施工流程，該施工方式存在較多不足。

(1)設計圖紙復雜，與現(xiàn)場建造誤差形成錯位，導致設計圖紙僅作為現(xiàn)場拼裝參考圖。

(2)地臺架配套部門僅集配材料，沒有形成舾裝組件，導致施工階段滯后。

(3)在預舾裝安裝管子等舾裝件時，不考慮地臺架的問題，導致原設計預留的管支架和地臺架共用腿定位不準確，為后行拼裝地臺架增加作業(yè)量。

(4)施工階段滯后，導致在設備進艙后形成過多交叉作業(yè)，影響管子和電纜托架等完整施工效率。

(5)施工階段滯后，預舾裝沒有完成地臺架架腳燒焊作業(yè)，總裝階段在機艙底部進行的大范圍燒焊作業(yè)導致前期涂裝被大面積破壞，需要二次打涂作業(yè)，不僅加大施工和管理難度，而且耽誤建造周期，降低效率，成本高[1]。

(6)施工階段滯后，不僅影響施工流程順暢外，而且增加用工成本。

(7)焊接質(zhì)量不高，船舶所有人疏于報驗焊接質(zhì)量。

(8)沒有規(guī)范的施工圖紙和工藝，導致地臺架現(xiàn)場隨意支撐，有些焊接至主機和主發(fā)等基座上，產(chǎn)生共振。

(9)地臺架一次焊接完成，不具備調(diào)節(jié)能力，若需要修改則必須在破壞后焊接，導致焊接作業(yè)持續(xù)時間長，影響機艙環(huán)境。

上述這些問題為公司管理和成本帶來一定壓力，無法為調(diào)試提供良好的環(huán)境和安全保障。

2 卡接型結構地臺架設計

家裝常見的鋁扣天花板結構簡單，施工快捷，如圖1所示。受此啟發(fā)，設計類似的卡接型結構地臺架。

圖1 鋁扣天花板示例

2.1 設計目標

根據(jù)現(xiàn)有船舶地臺架要求和布置特點，結合常見材料角鋼、工字鋼和T型鋼等，參考鋁扣板架連接形式，開發(fā)合適的連接卡扣附件，設計易于制作和施工的地臺架，使制作工藝標準化，將后行作業(yè)前移，將焊接作業(yè)變?yōu)楹喴装惭b作業(yè)[2]，改善勞動環(huán)境和施工難度，減少返工，提高工效。常用的鉆孔和螺栓擰緊工具主要為磁吸鉆、便攜式手持鉆和電動扳手，用于開孔和擰緊小規(guī)格螺栓快捷方便。為提高現(xiàn)場拼接效率和后期可維護性，考慮將連接卡扣附件采用M8或M10的8.8級螺栓(最小破斷強度為784 MPa)連接。

2.2 材料選擇

常用的地臺架采用角鋼密集點陣布置，每塊花紋鋼板四角均設置支撐腿。從材料成本角度考慮，擬選用類似質(zhì)量、性能更優(yōu)、與地板支撐點更少的鋼材。通過對比材料密度和性能，選用等邊角鋼、10號工字鋼和T型鋼等作為卡接式地臺架型材。材料參數(shù)如表1所示。由表1可知：所選工字鋼和T型鋼的特性均不弱于現(xiàn)有角鋼，尤其是工字鋼特性優(yōu)勢明顯，質(zhì)量相近[3]。工字鋼承載力如表2所示。

表1 材料參數(shù)

表2 工字鋼承載力

為在成本方面體現(xiàn)優(yōu)勢，可在設計支撐時相對于常用支撐設計進行優(yōu)化，減少支撐腿數(shù)量，達到減重效果。根據(jù)地臺架在艙室內(nèi)起的作用，分別存在多種使用場景，結合不同場景分別開發(fā)適用的連接卡扣附件。

2.3 優(yōu)化設計

目前各類船上支撐腿與地臺架框架間和框架間采用的過渡方式基本均為角鋼與角鋼的拼接焊，拼接焊完成無法修改，若船舶所有人或船舶檢驗機構在報檢時要求地臺架下面某些管路等舾裝件修改，則不僅有可能需要局部破壞地臺架再重新拼焊，效率低下，而且焊接導致粉塵和毒氣等危險因素增加，因此返工的不利過多，需要進行優(yōu)化設計。

2.3.1 支撐腿與地板的連接

公司的典型產(chǎn)品涉及海洋工程、箱船、散貨船、公務船和挖泥船等。為易于覆蓋底層管路等舾裝件，保證通道寬敞美觀，地臺架和花紋鋼板基本布滿，如圖2所示。

圖2 地臺架布置示例

現(xiàn)在設計的花紋鋼尺寸一般在0.6 m×0.6 m至1.2 m×1.2 m不等，每塊花紋鋼板四角均基本設置支撐腿，因此地臺架支撐腿較密集[4]，舾裝量和焊接作業(yè)量大。為此，綜合考慮角鋼承載力，統(tǒng)籌角鋼作為管碼的通用性，在設計方面沿用原來的支撐腿材料，合理規(guī)劃支撐腿位置，采用點陣布置法，減少地臺架支撐腿數(shù)量(借用管子支架保留)。根據(jù)實船底層空間，生產(chǎn)設計前期初步按照2 m×2 m點陣距離設計1個支撐腿，并為管子等專業(yè)提供參考布置，后期管碼可復合之處再進行合理增減。按照1.0 m×1.0 m花紋鋼板設計24 m2地臺架計算，常規(guī)設計需要支撐腿35根，通過優(yōu)化可減少23根，每根按1.0 m計算，可減少質(zhì)量208 kg。由此可知：通過合理設計可大量減少舾裝量和支撐腿生根焊接量。

2.3.2 支撐腿與地臺架框架主梁的連接

考慮將過渡方式設計為卡接，通過螺栓快速裝拆?？蚣懿捎脧姸却蟮墓ぷ咒?，針對角鋼與工字鋼過渡相應開發(fā)卡接板和調(diào)節(jié)撐板。支撐腿與地臺架框架主梁的連接如圖3所示。卡接結構簡單，易于制作，根據(jù)需要提前在角鋼上鉆安裝孔。在安裝時，預舾裝作業(yè)區(qū)根據(jù)設計給出的定位坐標，拉線定位支撐腿，在后行作業(yè)時，根據(jù)設計長度切割工字鋼，利用開發(fā)的卡板和螺栓將地臺架框架主梁卡接成型，需要調(diào)整則增加調(diào)節(jié)撐板，可采用墊片調(diào)整高度，保證成型的框架主梁與要求尺寸一致。

圖3 支撐腿與地臺架框架主梁的連接示例

2.3.3 框架間主輔梁的連接

框架間主梁為承重梁，其他輔梁搭載在主梁上，采用開發(fā)的連接橋和限位扣連接，連接橋、限位扣與工字鋼設置螺栓孔，通過螺栓將連接橋或限位扣與工字鋼定位鎖緊。框架間主輔梁的連接如圖4所示。通過墊片等調(diào)整，保證框架尺寸和高度與要求一致，更易于敷設花紋鋼板。

圖4 框架間主輔梁的連接示例

2.3.4 相關附件

連接所用相關附件如圖5所示，可根據(jù)不同的連接場景進一步開發(fā)，使其適應性更全面。

圖5 連接附件示例

3 卡扣式花紋鋼板的制作與安裝

按現(xiàn)有設計，在完成地臺架拼接后，通過現(xiàn)場排布量取尺寸和反饋下單制作，現(xiàn)場采用沉頭螺釘將花紋鋼板固定在角鋼架上[5]。這種方式受現(xiàn)場影響因素大，導致制作時機晚、互換性差，同系列船型每船均需要單獨出圖，為現(xiàn)場和設計帶來重復作業(yè)。

卡扣型船舶地臺架的調(diào)解能力可使框架尺寸標準化，使花紋鋼板的制作與安裝標準化。標準化的花紋鋼板具備提前生產(chǎn)制作的條件，現(xiàn)場根據(jù)圖紙領用卡扣安裝，局部不規(guī)則之處可采用砂輪機進行修割?？勐菟ò惭b在花紋鋼板上，在工字鋼邊緣10～15 mm位置鉆8個孔，用于卡扣螺栓的安裝?；y鋼板卡接如圖6所示。所有連接卡扣、連接橋和限位扣等附件均不受提供的形狀限制，可根據(jù)連接需求進行開發(fā)。

圖6 花紋鋼板卡接示例

4 結 語

通過開發(fā)連接橋和卡扣附件進行限位，用螺栓連接固定，實現(xiàn)船舶地臺架與花紋鋼板的卡扣式連接。該型式結構簡單，易于施工，所有零件可標準化生產(chǎn)，可將后行作業(yè)前移至車間完成，避免焊接等造成的油漆破壞，減少重復作業(yè)，易于船舶地臺架下面的管路等拆修作業(yè)。該型式需要對不同應用場景的連接卡扣附件進行不斷的完善和標準化，后續(xù)以某船某區(qū)域的花紋鋼板為依托進行驗證，進行大范圍的推廣實施。另外，10號工字鋼的質(zhì)量比角鋼略重，期待市場出現(xiàn)更輕的型材，以便研發(fā)更便捷的船舶地臺架結構。