王天剛，熊元元

（舟山中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司，舟山 316131）

1 前言

船舶建造精度管理，是以船舶建造精度標(biāo)準(zhǔn)為基本準(zhǔn)則，通過科學(xué)的管理方法與先進(jìn)的工藝手段，對(duì)船舶建造進(jìn)行全過程的尺寸分析和控制，達(dá)到最大限度減少現(xiàn)場(chǎng)修割工作量、提高工作效率、降低建造成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

以色列Karish FPSO 項(xiàng)目，總長(zhǎng)227 m、型深27 m、型寬50 m、最大吃水19.5 m、儲(chǔ)油量90 萬桶，日外輸能力40 萬桶，定員75 人，甲板面積相當(dāng)于27 個(gè)國際籃球標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)地；采用多點(diǎn)系泊定位方式，入DNV-GL船級(jí)社，設(shè)計(jì)壽命超過35 年，可滿足不解脫進(jìn)塢維護(hù)，能夠長(zhǎng)期連續(xù)安全生產(chǎn)，服務(wù)于以色列的Karish和Tanin 油氣田；管理的對(duì)象為船舶在建造過程中產(chǎn)生的焊接收縮變形、扭曲變形、角變形和吊裝變形等，其內(nèi)容包括：建立完整的公司精度管理體系、精度管理制度；完善精度檢測(cè)手段與方法；提出精度控制目標(biāo)，確定精度計(jì)劃，制訂精度標(biāo)準(zhǔn)；制訂預(yù)防尺寸偏差的工藝技術(shù)措施和精度超差后的處理措施等。

2 研究目的與任務(wù)

2.1 研究目的

船舶在建造搭載過程中，各個(gè)環(huán)節(jié)都存在余量，導(dǎo)致部分分段及總段需要大量切割合攏口，不僅增加施工量而且切修率也增大[1]；通過對(duì)船體結(jié)構(gòu)設(shè)置合理的焊接收縮量，使生產(chǎn)過程中每個(gè)環(huán)節(jié)減少二次切修，盡可能使用原始坡口，提高施工效率，同時(shí)保證船體建造完工的主尺度滿足DNV-GL 規(guī)范要求；確保全船重要大型基座和船體反面結(jié)構(gòu)能夠準(zhǔn)確對(duì)位，上部模塊支墩能夠滿足設(shè)備安裝和運(yùn)行的精度要求。

2.2 研究任務(wù)

由于船舶結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，部分零件需進(jìn)行熱處理、冷加工和焊接，這會(huì)帶來一定的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀誤差，導(dǎo)致船舶精度控制的難度增加[2]。經(jīng)過對(duì)FPSO 相關(guān)圖紙資料的研究，結(jié)合前期對(duì)焊接收縮量數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)積累，對(duì)船體結(jié)構(gòu)焊接收縮量進(jìn)行合理加放，提高無余量合攏比例；研究全船甲板和外板上主要大型基座和反面結(jié)構(gòu)的對(duì)位方法，繪制整體基座結(jié)構(gòu)返線圖，在片體制作和分段制作階段提前勘畫檢驗(yàn)線，總組搭載時(shí)嚴(yán)格控制精度，實(shí)現(xiàn)后期基座安裝精準(zhǔn)對(duì)位，減少錯(cuò)位開刀；針對(duì)全船工作量最大和精度要求最高的上部模塊支墩，通過對(duì)余量設(shè)計(jì)、組立制作精度控制、總組/搭載精度控制、安裝條件要求、水下碼頭舾裝階段測(cè)量方法等方面進(jìn)行全面的研究，確保安裝精度。

3 技術(shù)方案

3.1 加放焊接收縮量

1）在整個(gè)施工過程中，因受客觀條件的限制，船體零件、部件、分段、總段和船體主尺度等不可避免地會(huì)產(chǎn)生偏差[3]；通過精控人員對(duì)拼板、組立、總組和搭載各個(gè)階段的焊前和焊后數(shù)據(jù)對(duì)比，和大量的精度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，設(shè)計(jì)了《FPSO 焊接收縮量和余量補(bǔ)償量布置圖》。分段補(bǔ)償量大小的確定，是船舶建造精度控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[4]。對(duì)焊接收縮量和余量布置進(jìn)行了全面的考慮，針對(duì)不同區(qū)域、結(jié)構(gòu)形式和生產(chǎn)環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的不同焊接收縮進(jìn)行了標(biāo)識(shí)，加放原則如下：

（1）分段三維建模時(shí)，二氧化碳焊對(duì)接坡口不留間隙，角對(duì)接焊縫加放6 mm 補(bǔ)償量；大合攏縫處的結(jié)構(gòu)，在下料切割時(shí)為反坡口加放2 mm 切割補(bǔ)償量；壁板上有削斜離空結(jié)構(gòu)時(shí)，壁板上結(jié)構(gòu)的補(bǔ)償量要比壁板補(bǔ)償量減少5 mm；壁板上結(jié)構(gòu)不離空的，壁板和壁板結(jié)構(gòu)余量加放保持一致；每道FCB 拼板的板縫，加放1.5 mm 焊接收縮量；每道埋弧自動(dòng)焊拼板焊縫，加放1 mm 焊接收縮量；所有雙面埋弧自動(dòng)焊拼板焊縫，加放1 mm 焊接收縮量。

（2）全船所有的板材，如果需要反向開坡口的，額外加放1 mm的坡口損耗補(bǔ)償；為了現(xiàn)場(chǎng)施工的便利性，降低人工成本，雙層底區(qū)域的半肋位區(qū)域的肋板，設(shè)計(jì)-2 mm 的余量；考慮到長(zhǎng)5 m 以上的拼裝T 型材焊接會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，需要進(jìn)行火工矯正會(huì)產(chǎn)生收縮，所以全船所有5～10 m 長(zhǎng)的拼裝T 型材，加放4 mm 火工收縮量。

2）貨倉平直區(qū)域主甲板板厚22 mm，外板板厚22 mm，內(nèi)縱壁板厚26 mm，外底板板厚22 mm，內(nèi)底板板厚24 mm。貨倉平直區(qū)域分段的甲板、橫倉壁、內(nèi)底板和外底板的寬度方向，按照0.5 mm/1 000 mm 加放焊接收縮量；高度方向按照1.6 mm/3 200 mm 加放焊接收縮量；長(zhǎng)度方向按照3 mm/5 000 mm加放焊接收縮量；貨倉區(qū)域外板和縱壁高度方向，按照0.5 mm/1 000 mm加放焊接收縮量；長(zhǎng)度方向按照0.4 mm/1 000 mm 加放焊接收縮量；艉部區(qū)域長(zhǎng)度方向，按照2 mm/4 800 mm加放焊接收縮量；寬度方向按照0.5 mm/1 000 mm 加放焊接收縮量；高度方向按照0.5 mm/1 000 mm 加放焊接收縮量；艏部區(qū)域前后方向，按照2 mm/4 800 mm 加放焊接收縮量，高度方向按照0.5 mm/1 000 mm 加放焊接收縮量；寬度方向按照0.5 mm/1 000 mm 加放焊接收縮量。

3）貨倉區(qū)域所有分段，全部設(shè)計(jì)為無余量建造，在總組搭載合攏口。根據(jù)不同板厚、焊角及焊接形式，分別加放6 mm 角焊縫焊接收縮,最終全船288 個(gè)分段無余量設(shè)計(jì)比例達(dá)100%。

3.2 底座反面結(jié)構(gòu)對(duì)位精度控制

1）通過前期對(duì)巴西石油P69 項(xiàng)目建造精度控制的研究發(fā)現(xiàn)，大型設(shè)備底座精度控制是FPSO 項(xiàng)目的重點(diǎn)精度控制項(xiàng)。Karish FPSO 項(xiàng)目甲板，自FR41～FR71，共布置有13 組151 個(gè)上部模塊支墩，外板上布置有上立管平臺(tái)、下部立管平臺(tái)、滑車底座、RISER RECEPTACLE 等各種設(shè)備底座。設(shè)備底座因?yàn)橐惭b設(shè)備，整體精度要求遠(yuǎn)高于船體建造精度，如何保證設(shè)備底座安裝后的精度和安裝過程中同船體反面結(jié)構(gòu)對(duì)位是精度控制的難點(diǎn)。前期在巴西石油P69 項(xiàng)目建造過程中，大型設(shè)備底座安裝之前為了畫清楚反面結(jié)構(gòu)的位置線，確保大型設(shè)備底座和反面結(jié)構(gòu)對(duì)位，花費(fèi)了60 個(gè)人工采用從板縫量取反面結(jié)構(gòu)尺寸和UT 探傷等多種方法，確定大型設(shè)備底座反面結(jié)構(gòu)尺寸。

2）Karish FPSO 項(xiàng)目開工前，繪制了《FPSO 項(xiàng)目大型基座反面結(jié)構(gòu)返線坐標(biāo)表》，將大型基座反面結(jié)構(gòu)X 方向理論線，向艏偏移100 mm、Y 方向理論線向舷外偏移100 mm、Z 方向理論線向上偏移100 mm；在片體制作和分段制作過程中，提前勘劃好檢驗(yàn)線，敲好洋沖標(biāo)記并做好保護(hù)，后期安裝大型基座前，根據(jù)洋沖標(biāo)記使用墨斗劃出結(jié)構(gòu)線，保證大型基座和船體反面結(jié)構(gòu)對(duì)位滿足規(guī)范要求。

3.3 上部模塊支墩精度控制

工序前移，減少后行作業(yè)（船臺(tái)、船塢作業(yè)）的工作量[5]，為了保證上部模塊支墩和上部模塊的安裝精度，設(shè)計(jì)時(shí)將上口連接板加放50 mm 余量，用于補(bǔ)償模塊制作過程中的誤差，避免間隙超差；同時(shí)上口連接板在基座制作階段僅點(diǎn)焊，在搭載安裝完成整體精度測(cè)量，并滿足標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行焊接；搭載過程中如果上口精度有局部超差，可以調(diào)整上口連接板的位置。

上部模塊支墩分布圖，如圖1 所示。

圖1 上部模塊支墩分布圖

1）制作階段

上部模塊支墩制作時(shí)，為了方便現(xiàn)場(chǎng)施工，首先將底部基座和連接管分開制作，然后再組裝在一起；底部基座建造時(shí)，要求垂向腹板與基座面板垂直度≤±2 mm；垂直腹板與面板焊接端直線度≤2 mm；為減小焊接導(dǎo)致的角度變形，要求肘板與面板焊接時(shí)采取雙邊對(duì)稱的方式進(jìn)行焊接，并設(shè)雙側(cè)角度板進(jìn)行固定；在小組立階段，基座面板雙面劃結(jié)構(gòu)位置安裝線，并于面板上表面打上洋沖標(biāo)記，以作將來數(shù)據(jù)測(cè)量及安裝支柱參考依據(jù)；連接管在專用胎架上進(jìn)行拼裝，為了控制焊接變形和吊裝，在中間吊耳位置使用L100角鋼進(jìn)行加強(qiáng)，如圖2 所示。

圖2 上部模塊支墩示意圖

2）前期控制

前期控制指分段建造時(shí)的控制，包括：面板線上劃線精度控制、加強(qiáng)板LB7A/M 安裝精度控制、LB23定位安裝精度控制。

面板線上劃線時(shí),以檢驗(yàn)線為基準(zhǔn)，精度誤差±1 mm,極限±2 mm；甲板分段DXXC 和上舷側(cè)分段SXXBP/SXXBS 完工后，以檢驗(yàn)線為基準(zhǔn)點(diǎn)，將所有上部模塊支墩反面加強(qiáng)結(jié)構(gòu)安裝線反到甲板面上，并在分段邊緣敲出樣沖點(diǎn)，樣沖點(diǎn)長(zhǎng)度50～100 mm，使用全站儀把支墩中心線反到甲板面上，敲出樣沖點(diǎn)，每個(gè)分段內(nèi)部上部模塊支墩中心點(diǎn)到檢驗(yàn)線距離偏差精度要求±1 mm，極限±2 mm；完工的大組分段在自由狀態(tài)下，進(jìn)行3D 測(cè)量分析，并且進(jìn)行模擬搭載，調(diào)整分段合攏精度，盡可能的使修割率、合攏間隙和檢驗(yàn)線精度保持最佳狀態(tài)，將3D 報(bào)告遞交質(zhì)量管理部保存并同時(shí)發(fā)往下道總組工序。

檢驗(yàn)線示意圖，如圖3所示；主甲板安裝線檢驗(yàn)線，如圖4 所示。

圖3 檢驗(yàn)線示意圖

圖4 主甲板安裝線檢驗(yàn)線

3）總組階段

分段定位時(shí)，每條（橫向合攏）縱縫加放焊接收縮補(bǔ)償量5 mm，每條（縱向合攏）橫縫加放焊接收縮補(bǔ)償量3 mm,調(diào)整好上部模塊支墩中心位置之間的尺寸精度；分段合攏口余量在分段建造完工后，使用全站儀進(jìn)行測(cè)量，由3D 軟件得出分析數(shù)據(jù)，總組時(shí)進(jìn)行模擬搭載分析，提前切割余量；總組階段焊前，檢驗(yàn)位于同一模塊內(nèi)上部模塊支墩中心尺寸精度，同時(shí)考慮該總組段內(nèi)與其他相臨分段間上部模塊支墩的精度尺寸，每組上部模塊支墩的長(zhǎng)、寬、對(duì)角線極限誤差要控制在±3 mm 以內(nèi)，如圖6 所示。

圖6 精度標(biāo)準(zhǔn)

4）搭載階段

（1）根據(jù)主船體分段基準(zhǔn)線布置圖上的坐標(biāo)和《FPSO 項(xiàng)目大型基座反面結(jié)構(gòu)返線坐標(biāo)表》上大型基座反面結(jié)構(gòu)坐標(biāo)，提前繪制《FPSO 項(xiàng)目塢內(nèi)搭載畫線圖》。該圖X 方向坐標(biāo)以船體FR0 為基準(zhǔn)，充分考慮塢內(nèi)尺寸，確定FR0 距塢墻的距離為5 000 mm；同時(shí)需要在塢中心位置設(shè)置20根 1 350 mm長(zhǎng)的角鋼標(biāo)桿，下口焊接在塢底預(yù)埋鐵上；角鋼標(biāo)桿上面堪畫出距塢底1 300 mm水平線，整體水平誤差需達(dá)到±1 mm以內(nèi)，以塢底檢驗(yàn)線為基準(zhǔn)定位各個(gè)搭載分段，控制從下到上分段基準(zhǔn)線精度；對(duì)比塢底檢驗(yàn)線，分段基準(zhǔn)線精度誤差要求±2 mm 內(nèi)。

（2）對(duì)于甲板分段，定位時(shí)注意控制各個(gè)上部模塊支墩中心點(diǎn)間距精度，為防止積累誤差，同時(shí)需要檢驗(yàn)位于同一模塊的上部模塊支墩之間的間距精度，要求控制在±3 mm 以內(nèi)；甲板分段搭載定位時(shí)，務(wù)必保證各個(gè)上部模塊支墩之間的焊前精度尺寸在+3 mm～+5 mm 之間，注意檢驗(yàn)各個(gè)上部模塊支墩中心點(diǎn)位置的主甲板水平度，誤差控制在±5 mm 以內(nèi)。

5）上部模塊支墩安裝條件

（1）劃線前，貨艙區(qū)主甲板包括封底焊縫在內(nèi)的焊縫應(yīng)當(dāng)焊完，需要火工矯正的亦應(yīng)完成[6]；單個(gè)上部模塊支墩上表面平整度（水平度）±1 mm，位于同一模塊的各個(gè)上部模塊支墩上表面中心水平度為±3 mm，調(diào)整好位于同一模塊的各個(gè)上部模塊支墩中心位置間距精度。

（2）上部模塊支墩定位時(shí)，防止與下面結(jié)構(gòu)加強(qiáng)對(duì)位精度超差，要求±5 mm for standard、±10 mm for limit。

（3）上部模塊支墩安裝焊接完成后，位于同一模塊的上部模塊支墩上表面中心點(diǎn)水平度，要求檢驗(yàn)位于同一模塊的各個(gè)上部模塊支墩中心位置間距精度；受制于船塢資源的影響，F(xiàn)PSO 項(xiàng)目上部模塊支墩在船塢吊裝結(jié)束，大部分在船塢階段主船體分段搭載完工后定位安裝。在此階段，下口根據(jù)大型基座反面結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)線檢查定位精度；上口首先通過線錘或者全站儀測(cè)量，控制每組4 個(gè)角位置的精度，然后用拉φ0.5 mm 琴鋼絲的方法檢驗(yàn)上口肘板的精度尺寸。

拉鋼絲檢查水平數(shù)據(jù)時(shí)，按照下列鋼絲撓度公式計(jì)算撓度：

式中：y——鋼絲線上一點(diǎn)撓度，m；

l——某測(cè)量點(diǎn)的距離，m；

q——鋼絲線單位長(zhǎng)度重量，q/m，0.5 mm 鋼絲線取1.59 g/m；

L——鋼絲線固定點(diǎn)間的距離，m；

G——重錘的質(zhì)量，kg。

對(duì)于部分精度超差的，可以通過對(duì)部分上口肘板的調(diào)整，合理利用下口結(jié)構(gòu)對(duì)位規(guī)范要求的范圍，進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，保證間距控制在±4 mm 以內(nèi)；定位過程中，出現(xiàn)上部模塊支墩下口板材和甲板反面結(jié)構(gòu)有偏差時(shí)，需要對(duì)甲板反面結(jié)構(gòu)進(jìn)行修正，當(dāng)上部模塊支墩下口板材和甲板反面結(jié)構(gòu)錯(cuò)位＜0.3 t（t 為板厚）時(shí)，可以采用加大焊腳的方法進(jìn)行錯(cuò)位修正；錯(cuò)位＞0.3 t時(shí)，需要在甲板反面加裝結(jié)構(gòu)，以保證上部模塊支墩下口結(jié)構(gòu)落在結(jié)構(gòu)上；由于上部模塊支墩下口結(jié)構(gòu)厚度普遍在30 mm 左右，焊接形式為全溶焊，焊接收縮量很大，對(duì)上口肘板的精度會(huì)產(chǎn)生較大的影響，所以在裝配數(shù)據(jù)調(diào)整好后，要在前后和左右方向使用槽鋼安裝臨時(shí)加強(qiáng)；為了防止安裝加強(qiáng)破壞預(yù)噴涂好的油漆，可以采用抱箍進(jìn)行固定；焊接時(shí)要嚴(yán)格按照焊接工藝施工，采用小電流，雙數(shù)焊工對(duì)稱施焊。

（4）部分需要在碼頭進(jìn)行定位、調(diào)整、焊接的上部模塊支墩,下水前在每組上部模塊支墩四角甲板上焊接4 根臨時(shí)標(biāo)桿，在標(biāo)桿上堪畫出距基線28 000 mm的水平標(biāo)記線并聯(lián)系船東船檢確認(rèn)；船舶下水后，在碼頭安裝上部模塊支墩時(shí)，首先使用全站儀測(cè)量3 個(gè)標(biāo)桿上的水平標(biāo)記和基準(zhǔn)線標(biāo)記，在測(cè)量軟件內(nèi)將三個(gè)測(cè)量點(diǎn)的Z 值移動(dòng)到28 000，再查看上部模塊支墩的坐標(biāo)，根據(jù)坐標(biāo)偏差進(jìn)行調(diào)整，直到滿足工藝要求。

4 結(jié)束語

經(jīng)過對(duì)Karish FPSO 項(xiàng)目精度管理的優(yōu)化，全船分段無余量制作比例達(dá)到100%，無余量總組搭載比例達(dá)到100%，相比之前的FPSO-N515 項(xiàng)目提高了12%，節(jié)約鋼板3.5 t，減小了全船的切修量，總組段尺寸也符合標(biāo)準(zhǔn)，全船主船體分段在不進(jìn)行大量修割的情況下，主尺度滿足公差要求；精度管理系列優(yōu)化，直接提高了分段搭載速度，縮短分段總組時(shí)間及船塢搭載周期；全船的各種模塊基座和反面結(jié)構(gòu)對(duì)位精度提高，減少了結(jié)構(gòu)開刀返工的比例，根據(jù)前后兩艘FPSO對(duì)比，優(yōu)化后的Karish FPSO 項(xiàng)目制造成本明顯降低，僅基座結(jié)構(gòu)對(duì)位返線就節(jié)約了60 個(gè)人工。

精度管理水平的提高，使分段搭載速度大幅提高，結(jié)構(gòu)錯(cuò)位減少，縮短了船臺(tái)周期，主船體完工后的Karish FPSO項(xiàng)目在新加坡船廠進(jìn)行各種模塊安裝時(shí)，精度對(duì)位良好，未出現(xiàn)任何返工，為船廠的利潤(rùn)增長(zhǎng)起到至關(guān)重要的作用。通過經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累，科學(xué)造船的理念、精度管理優(yōu)化研究將更加全面深入的進(jìn)行下去，進(jìn)一步降低現(xiàn)場(chǎng)切修，提高原始坡口保存率，實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)，為公司的降本增效提供技術(shù)保障。