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(shè)備的操作和維護(hù)，在機(jī)械處所(如機(jī)艙雙層底眾多管路上方等)一般均設(shè)置地臺(tái)架和花紋鋼板。依托地臺(tái)架可設(shè)置管碼、電纜托架、小設(shè)備基座和梯子等各類舾裝件，地臺(tái)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(wèn)題。同時(shí)，為減少舾裝件用量，通常將各類舾裝件進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，借鑒地臺(tái)架的框架減少部件數(shù)量。

地臺(tái)架高度常見(jiàn)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(jī)艙結(jié)構(gòu)分段成型時(shí)間和分段舾裝時(shí)機(jī)與完整性的影響，地臺(tái)架施工基本在總組、船塢甚至碼頭后行階段進(jìn)行，在設(shè)備進(jìn)艙和區(qū)域管路完整性處于較好狀態(tài)后開(kāi)展地臺(tái)架拼焊作業(yè)。拼接過(guò)程需要切割和焊接，屬于動(dòng)火作業(yè)，增加交叉施工，容易導(dǎo)致安全風(fēng)險(xiǎn)；與預(yù)舾裝時(shí)間錯(cuò)開(kāi)，在涂裝時(shí)地臺(tái)架沒(méi)有施工，而后行階段施工破壞油漆，導(dǎo)致油漆破損返工，增加后行作業(yè)量，拖延后行階段時(shí)間，降低效率。國(guó)外先進(jìn)造船企業(yè)在后行階段基本沒(méi)有過(guò)多返工打磨油漆等污染性作業(yè)，大部分采用活絡(luò)式連接方法完成。對(duì)此，分析一種新開(kāi)發(fā)的船舶卡接型地臺(tái)架的應(yīng)用可行性。

1 地臺(tái)架現(xiàn)有施工方式不足

公司的機(jī)艙雙層底地臺(tái)架主要采用等邊角鋼(L75 mm×75 mm×8 mm)焊接而成。由于現(xiàn)場(chǎng)分段建造誤差大、總段成型晚，因此大部分地臺(tái)架均需要在后行階段現(xiàn)場(chǎng)拼焊完成，僅單元框架在內(nèi)場(chǎng)制作單元時(shí)完成。針對(duì)預(yù)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(shè)計(jì)圖紙復(fù)雜，與現(xiàn)場(chǎng)建造誤差形成錯(cuò)位，導(dǎo)致設(shè)計(jì)圖紙僅作為現(xiàn)場(chǎng)拼裝參考圖。

(2)地臺(tái)架配套部門僅集配材料，沒(méi)有形成舾裝組件，導(dǎo)致施工階段滯后。

(3)在預(yù)舾裝安裝管子等舾裝件時(shí)，不考慮地臺(tái)架的問(wèn)題，導(dǎo)致原設(shè)計(jì)預(yù)留的管支架和地臺(tái)架共用腿定位不準(zhǔn)確，為后行拼裝地臺(tái)架增加作業(yè)量。

(4)施工階段滯后，導(dǎo)致在設(shè)備進(jìn)艙后形成過(guò)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(yù)舾裝沒(méi)有完成地臺(tái)架架腳燒焊作業(yè)，總裝階段在機(jī)艙底部進(jìn)行的大范圍燒焊作業(yè)導(dǎo)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(bào)驗(yàn)焊接質(zhì)量。

(8)沒(méi)有規(guī)范的施工圖紙和工藝，導(dǎo)致地臺(tái)架現(xiàn)場(chǎng)隨意支撐，有些焊接至主機(jī)和主發(fā)等基座上，產(chǎn)生共振。

(9)地臺(tái)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(dǎo)致焊接作業(yè)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，影響機(jī)艙環(huán)境。

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

2 卡接型結(jié)構(gòu)地臺(tái)架設(shè)計(jì)

家裝常見(jiàn)的鋁扣天花板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工快捷，如圖1所示。受此啟發(fā)，設(shè)計(jì)類似的卡接型結(jié)構(gòu)地臺(tái)架。

圖1 鋁扣天花板示例

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

根據(jù)現(xiàn)有船舶地臺(tái)架要求和布置特點(diǎn)，結(jié)合常見(jiàn)材料角鋼、工字鋼和T型鋼等，參考鋁扣板架連接形式，開(kāi)發(fā)合適的連接卡扣附件，設(shè)計(jì)易于制作和施工的地臺(tái)架，使制作工藝標(biāo)準(zhǔn)化，將后行作業(yè)前移，將焊接作業(yè)變?yōu)楹?jiǎn)易安裝作業(yè)[2]，改善勞動(dòng)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(dòng)扳手，用于開(kāi)孔和擰緊小規(guī)格螺栓快捷方便。為提高現(xiàn)場(chǎng)拼接效率和后期可維護(hù)性，考慮將連接卡扣附件采用M8或M10的8.8級(jí)螺栓(最小破斷強(qiáng)度為784 MPa)連接。

2.2 材料選擇

常用的地臺(tái)架采用角鋼密集點(diǎn)陣布置，每塊花紋鋼板四角均設(shè)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(diǎn)更少的鋼材。通過(guò)對(duì)比材料密度和性能，選用等邊角鋼、10號(hào)工字鋼和T型鋼等作為卡接式地臺(tái)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(shì)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(shì)，可在設(shè)計(jì)支撐時(shí)相對(duì)于常用支撐設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，減少支撐腿數(shù)量，達(dá)到減重效果。根據(jù)地臺(tái)架在艙室內(nèi)起的作用，分別存在多種使用場(chǎng)景，結(jié)合不同場(chǎng)景分別開(kāi)發(fā)適用的連接卡扣附件。

2.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)

目前各類船上支撐腿與地臺(tái)架框架間和框架間采用的過(guò)渡方式基本均為角鋼與角鋼的拼接焊，拼接焊完成無(wú)法修改，若船舶所有人或船舶檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)在報(bào)檢時(shí)要求地臺(tái)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(tái)架再重新拼焊，效率低下，而且焊接導(dǎo)致粉塵和毒氣等危險(xiǎn)因素增加，因此返工的不利過(guò)多，需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

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(wù)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(tái)架和花紋鋼板基本布滿，如圖2所示。

圖2 地臺(tái)架布置示例

現(xiàn)在設(shè)計(jì)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(shè)置支撐腿，因此地臺(tái)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(shè)計(jì)方面沿用原來(lái)的支撐腿材料，合理規(guī)劃支撐腿位置，采用點(diǎn)陣布置法，減少地臺(tái)架支撐腿數(shù)量(借用管子支架保留)。根據(jù)實(shí)船底層空間，生產(chǎn)設(shè)計(jì)前期初步按照2 m×2 m點(diǎn)陣距離設(shè)計(jì)1個(gè)支撐腿，并為管子等專業(yè)提供參考布置，后期管碼可復(fù)合之處再進(jìn)行合理增減。按照1.0 m×1.0 m花紋鋼板設(shè)計(jì)24 m2地臺(tái)架計(jì)算，常規(guī)設(shè)計(jì)需要支撐腿35根，通過(guò)優(yōu)化可減少23根，每根按1.0 m計(jì)算，可減少質(zhì)量208 kg。由此可知：通過(guò)合理設(shè)計(jì)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(tái)架框架主梁的連接

考慮將過(guò)渡方式設(shè)計(jì)為卡接，通過(guò)螺栓快速裝拆?？蚣懿捎脧?qiáng)度大的工字鋼，針對(duì)角鋼與工字鋼過(guò)渡相應(yīng)開(kāi)發(fā)卡接板和調(diào)節(jié)撐板。支撐腿與地臺(tái)架框架主梁的連接如圖3所示。卡接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制作，根據(jù)需要提前在角鋼上鉆安裝孔。在安裝時(shí)，預(yù)舾裝作業(yè)區(qū)根據(jù)設(shè)計(jì)給出的定位坐標(biāo)，拉線定位支撐腿，在后行作業(yè)時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度切割工字鋼，利用開(kāi)發(fā)的卡板和螺栓將地臺(tái)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(tái)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(kāi)發(fā)的連接橋和限位扣連接，連接橋、限位扣與工字鋼設(shè)置螺栓孔，通過(guò)螺栓將連接橋或限位扣與工字鋼定位鎖緊?？蚣荛g主輔梁的連接如圖4所示。通過(guò)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(shè)花紋鋼板。

圖4 框架間主輔梁的連接示例

2.3.4 相關(guān)附件

連接所用相關(guān)附件如圖5所示，可根據(jù)不同的連接場(chǎng)景進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，使其適應(yīng)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(shè)計(jì)，在完成地臺(tái)架拼接后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)排布量取尺寸和反饋下單制作，現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)影響因素大，導(dǎo)致制作時(shí)機(jī)晚、互換性差，同系列船型每船均需要單獨(dú)出圖，為現(xiàn)場(chǎng)和設(shè)計(jì)帶來(lái)重復(fù)作業(yè)。

卡扣型船舶地臺(tái)架的調(diào)解能力可使框架尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，使花紋鋼板的制作與安裝標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化的花紋鋼板具備提前生產(chǎn)制作的條件，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)圖紙領(lǐng)用卡扣安裝，局部不規(guī)則之處可采用砂輪機(jī)進(jìn)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(gè)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(jìn)行開(kāi)發(fā)。

圖6 花紋鋼板卡接示例

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)開(kāi)發(fā)連接橋和卡扣附件進(jìn)行限位，用螺栓連接固定，實(shí)現(xiàn)船舶地臺(tái)架與花紋鋼板的卡扣式連接。該型式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于施工，所有零件可標(biāo)準(zhǔn)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(fù)作業(yè)，易于船舶地臺(tái)架下面的管路等拆修作業(yè)。該型式需要對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景的連接卡扣附件進(jìn)行不斷的完善和標(biāo)準(zhǔn)化，后續(xù)以某船某區(qū)域的花紋鋼板為依托進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)行大范圍的推廣實(shí)施。另外，10號(hào)工字鋼的質(zhì)量比角鋼略重，期待市場(chǎng)出現(xiàn)更輕的型材，以便研發(fā)更便捷的船舶地臺(tái)架結(jié)構(gòu)。