深水铺管起重船建造方法及建造精度技术研究

商明星

(江苏熔盛造船有限公司，江苏 南通 226532)

深水铺管起重船建造方法及建造精度技术研究

商明星

(江苏熔盛造船有限公司，江苏 南通 226532)

鉴于深水铺管起重船“海洋石油201”船是中国首艘3 000 m深水铺管起重船，设计和建造难度大，在分析深水铺管起重船结构特点的基础上，着重对总体建造、焊接、精度控制技术进行研究。首先，应根据结构特点划分分段/总段，提高预舾装率；其次，托管架的焊接工艺是本船焊接的核心工艺，其安装精度的好坏直接影响铺管的功能；最后，通过制定合理的布置方案，加强过程控制，总组工具和工装优化，引入全站仪和三维模拟软件，实现精度管理。

铺管船；起重船；精度管理；分段划分；托管架；焊接工艺

0 引言

深水铺管起重船“海洋石油201”是世界上第一艘同时具备3 000 m级深水铺管能力、4 000 t级重型起重能力和DP3级动力定位，并具备自航能力的船型工程作业船，能在除北极外的无限航区作业，集成多项世界顶级装备技术，其总体技术水平和综合作业能力在国际同类工程船舶中处于领先地位，代表了国际海洋工程装备制造的最高水平。本文主要对该船的部分建造技术难点以及精度控制方案做简要介绍,为后续类似船舶的建造提供参考。

1 深水铺管起重船结构特点

(1)本船为布置地位型船，甲板面积大，线型复杂，结构复杂，功能区域众多。同时入中国船级社(CCS)和美国船级社(ABS)。由于为首制船，船东和船检对其检验标准远远超过对一般船舶的要求。本船总布置图如图1所示。

图1 深水铺管起重船总布置图(侧视图)

(2)本船定员380人，上层建筑庞大，层数多，舱室复杂。由于其体积庞大，常规的上层建筑整体吊装方案已经不能够适用于本船，必须制定切实可行的起吊方案来缩短船舶建造周期。

(3)本船配备6台主发电机、7台推进器，此外还有众多的铺管设备，因此对结构要做许多的加强，且对于船舶建造的精度以及设备纳期计划的控制也提出极大的挑战。

(4)本船具备4 000 t级重型起重能力。主起重机筒体结构重803 t，筒体直径24.2 m，高13.4 m，材料为EH36-Z35高强度钢，板厚45 mm。其建造精度要求为直径公差±4 mm，周长公差±16 mm，上端平面度±2 mm，以保证与起重机的底座环对接安装精度。

2 深水铺管起重船总体建造技术

分段是船舶建造的基本单元，其建造速度以及预舾装率对于船舶的建造进度有决定性的影响。以船体为基础，以舾装为中心，制定合理的分段/总段划分方案。船体建造必须充分满足舾装和涂装生产的需要，为“壳、舾、涂”一体化的实现有利的条件。

分段划分图是深水铺管起重船建造的指导性文件，分段划分的合理性直接影响到船舶的建造周期。本船是双底双舷侧纵骨架式结构形式，尾部有重型起重机筒体，中部有双机舱，首部有能够容纳380人居住的大型上层建筑，因此在平台分段/总段划分时，应充分考虑其结构特点，遵循相关原则，最大可能地提高预舾装率。同时，根据建造场地及设施条件，最大可能发挥各个设备和场地的功效，充分利用平面分段流水线和900 t龙门吊等资源，减少分段/总段数量，为搭载提速打下基础。在建造过程中，根据工程项目关键设备的到货情况，及时调整甲板和上建的总段划分方案。从建造过程看，围绕提高预舾装率为目标展开分段/总段的划分工作符合深水铺管起重船的结构和设备/系统布置特点。为了延续习惯，深水铺管起重船分段命名仍然采用传统的命名方式，即数字1开头表示艉尾部分段，2开头表示双层底，5开头表示甲板，6开头表示舷侧，8开头表示艏部，9开头表示上层建筑。

3 深水铺管起重船焊接技术

铺管用托管架是本船的关键设备之一，其安装精度的好坏对于本船的铺管功能有着极其重要的影响。托管架的最大板厚为140 mm，铰座与船体结构之间为对接焊，铰座与艉封板为深熔焊，以及铰座与复板为填角焊。其坡口复杂，对表面粗糙度也有要求，要进行机加工处理，铰座之间的距离要求控制在±2 mm 之内。为此，船厂通过一系列的焊接试验，最后确定采用双焊式分段退焊法同时焊接，每段焊缝长度为500 mm，边焊接，边测量，及时发现焊接过程中出现的各种问题，查找隐患。在各个部门的通力协作之下，最终一次性焊接成功，为托管架的顺利安装打下基础。

4 深水铺管起重船的精度控制

深水铺管起重船线型复杂，并且尾部采用双吊舱式推进器，对于船厂建造技术来说是极大的挑战。为了推进精度造船工艺的贯彻和实施，缩短分段在坞内搭载的周期，特编制船舶精度控制工艺。相关技术管理人员应熟悉本工艺的各项要求，在深水铺管起重船建造的全过程中必须严格实施精度控制管理规定，执行工艺纪律，认真测试和记录各种数据，严格控制焊接收缩变形，使分段无余量制造深入开展，减小搭载周期。

4.1制定合理的精度布置方案

通过对于前期各类船舶的总结，深入现场进行实地调研，取得第一手资料。对于各种厚度、材质的板焊接收缩量进行分析统计，并且总结船坞搭载经验，确定各个区域总组及船坞阶段的余量，绘制全船精度布置图，为精度控制提供理论依据。

4.2加强过程控制

该船精度的控制以及测量由精度管理部主要负责，事业部精度测量专业人员负责配合，质量主管按照设计图纸及工艺文件的要求参与和负责对各测量精度数据进行复核。如发现有超出精度要求以外的误差问题，质量主管有权停止现场的继续作业，必须将误差情况书面通报设计研究院，经设计研究院确定修正方案，并以书面形式下达整改要求后方可恢复作业。对于下料、加工、分段制作、船坞合拢等阶段都制定详细的精度标准和控制方案，确保精度满足要求。

4.3总组工具和工装优化

常规使用的分段总组和合拢的工装工具是水泥坞墩上面垫木板的组合，实际上因木板材质不可能相同，并且由于使用次数的差异，分段吊装后因坞墩在不同区域的下沉就会导致分段的水平发生偏差，必须用手动油泵进行调整，尤其是总组分段有时涉及4只分段，即每吊装一次则重力增加水平度一直是一种动态的变化过程，直到全部分段吊装结束才是静态过程，这样消耗大量劳动力还不能很好确保总组水平±4 mm的要求。水平度是总组精度控制的基础，必须严格控制。为了保证精度，由水泥坞墩变为螺旋式刚性平台，其高度方便调节，强度大，调节方便，并且精度高，使得其精度在可以控制的范围之内。

4.4全站仪的引入

传统的精度测量方法是使用激光经纬仪，得到的所有的尺寸均是在一维空间上测量，结合后也只有二维空间尺寸，若常规测量方法得出三维尺寸其过程十分繁琐，也不准确，误差很大，不能够适应现代化造船的要求。这样对于总组数据的控制就不全面，也不能够满足深水铺管起重船的精度控制要求。在引进了先进的全站仪后就可以优化所有的总组精度测量过程，通过预先输入船体型值表，得到理论数据，然后在实际测量过程过之中可以直接测量合拢口的坐标值，然后将两者进行对比，测量结果一目了然，及时发现问题。

4.5三维模拟软件的引入

有了实际的三维测量数据，同时还要进行科学合理的精度分析，判断各种累计误差会不会影响最后的结果。结合当前实际测量之中出现的各种问题，以全站仪和精度软件为依托，优化数据测量和分析方法，优化作业流程，建立1套以数字化精度控制为导向的精度数据收集、整理、分析的科学管理体系来提高船舶总组、搭载的精度控制水平。为此，引进了DACS(Dimensional & Accuracy Control System)尺寸与精度控制系统，用于船舶制造过程现场尺寸检查、几何量检查、三维精度控制、分段搭载模拟、预计分段吊装位置、形成精度检查表等的专用系统。它以系统软件为核心，集成现代高精度全站仪及各种附件于一体，能够快速、精确、自动的对各种焊接件、船体分段、总段，船体合拢进行精度检查及控制，及时对于可能出现的问题进行预警。系统操作简单、界面友好、功能丰富，操作人员经简单培训即可快速掌握，并投入实际工作，极大提高了精度管理水平。

5 结语

“海洋石油201”船于2012年5月15日从青岛起航奔赴中国首个深海气田“荔湾31”，与早前已开钻的海洋石油981深水钻井平台会合，进行1 500 m深水铺管作业。 在此之前，“海洋石油201”和“海洋石油981”都经历了长时间的调试，“海洋石油201”的状态非常好，船上各设备运作正常，完全达到最初的设计要求。

[1]陈听梁，沈世瑶.船舶焊接手册[M].北京：国防工业出版社，1995.

[2]边道田. 深水铺管船托管架铰座和A架基座的制造与安装精度控制[J].造船技术,2011(3)：34-36.

[3]许融明. 造船精度管理[J]. 船舶工程,2010,32(z1):1-4.

“工业和信息化部 高技术船舶科研项目 3 000 m水深大型起重铺管船自主研发项目”资助

2013-10-16

商明星(1986-)，男，助理工程师，主要从事船体设计方面的工作。

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