基于仿真的船舶巨型总段驳运技术研究

刘祥博， 张红伟， 毛申飞， 单小芬， 李 吉， 朱明华

(江南造船(集团)有限责任公司， 上海 201913)

基于仿真的船舶巨型总段驳运技术研究

刘祥博， 张红伟， 毛申飞， 单小芬， 李 吉， 朱明华

(江南造船(集团)有限责任公司， 上海 201913)

仿真技术是以多种学科和理论为基础，以计算机与相应软件为工具，通过虚拟实验的方法来分析和解决问题的仿真应用。巨型总段驳运仿真通过在虚拟厂区环境下模拟总段驳运过程，验证驳运路线的可行性，发现驳运过程中的干涉情况，预判驳运过程中可能出现的问题，进而规划出优化的驳运路线供现场参考。通过某型船实际应用表明，巨型总段驳运仿真能提升驳运方案的可行性和安全性，有效减少驳运实验时间和降低驳运成本。

巨型总段 驳运 仿真

1 引言

本世纪初，全球船舶订造出现历史高峰，为了更快、更多地造船，韩国船厂开始应用巨型总段建造法。这种造船方法能进一步缩短船舶坞内建造周期(例如由3个月缩短至1.5个月)，显著提升造船产量。目前该方法已经在我国船厂得到了广泛应用。巨型总段建造法在大幅提升生产效率的同时，不仅对船厂的起吊和驳运能力提出了挑战，对驳运方案论证技术也提出了更高要求。采用巨型总段建造法，可使运进船坞进行大合拢的总段重量达到2 000～3 000 t，甚至更重。如此重量的钢结构物在进坞驳运过程中的安全性、驳运路线的可行性等都需要在实施驳运前严格论证，以避免重大事故造成巨额损失。传统的论证方法是进行压重实验，即在驳运设备上加载与总段等大等重的模型，进行驳运路线的实物模拟，此过程需要消耗一定的经济成本。

仿真技术为此提供了解决方案。仿真技术是以计算机及相应的软件为工具，通过虚拟实验的方法来分析和解决问题。它是对真实产品的动态模拟，是一种在计算机上进行模拟而不消耗物理资源的软件技术。巨型总段驳运仿真通过在虚拟厂区环境下模拟多种方案的总段驳运过程，检验各方案支撑、加强等工装件布置是否满足安全要求，运输装置的数量和布置是否满足载运要求，驳运路线上是否存在干涉等情况，预判驳运过程中可能出现的问题，进而规划出优化的驳运方案供现场参考使用。

2 巨型总段驳运仿真建模

2.1 总段驳运仿真流程

总段驳运仿真使用商品化仿真平台为工具，对驳运路线进行干涉检查。该仿真平台具备三维建模模块，可构建虚拟的厂区环境，并建立工装、加强及运输装置的三维模型，如图1所示为总段驳运仿真流程。同时该平台具有高级干涉检查和分析模块，能够进行截面分析、测量、距离分析，便于进行驳运路径的干涉检查。

图1 总段驳运仿真流程

2.2 关键元素建模

巨型总段驳运仿真完全采用三维立体模型，包括厂区资源模型、工装资源模型、运输装置模型、总段资源模型等四类模型。

(1) 厂区建模。

厂区建模目的是构建虚拟厂区环境，以检验驳运路径中的干涉情况。由于总段驳运是将在总组场区建造的巨型总段驳运至Q2室内船台进行总段合拢，驳运Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ总段途经模块广场及横移区；驳运Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ总段途经长兴路及道路。因此，厂区建模主要建立了总组场区、模块广场、横移区、长兴路及道路的三维模型。在确定建模对象的基础上，对现场尺寸进行仔细勘测，尤其是针对可能产生干涉的物件，其位置测量精度到厘米级别，以确保厂区模型真实反应现场的情况。厂区模型如图2所示，总组场区位于图中左上角区，Q2船台位于图中右下角区，图中总组场1号门、模块广场塔吊和动能源设备、长兴路和江南大道的照明设施均按现场尺寸实际建立模型。

图2 厂区模型

(2) 工装资源建模。

驳运工装是驳运过程中不可缺少的辅助设施。合理布置工装能有效防止船体侧倾、减小船体变形。而过多使用工装则会增加驳运装置的载荷，增加驳运难度。根据驳运工装设计图纸“运输托架图”，对横梁、搁橔及支柱等工装进行建模，并赋予材质以预估工装重量，再导入船体模型以检验工装布置的合理性。工装模型如图3所示，横梁沿船长方向布置，铺设于船体硬档肋位下，用以支撑船体重量；搁橔布置于横梁之上，每根横梁上布置左、中、右三个搁橔，搁橔端面贴合船体曲型外轮廓，用以稳定船体；支柱分布于横梁两侧，依据船体舷侧轮廓形状在相邻横梁上高低间隔布置，以支撑船体舷侧重量，防止驳运过程中船体侧倾。

图3 工装资源模型

(3) 运输装置建模。

考虑到本次驳运对象为GX产品，对稳性要求较高，且总段的尺寸及重量都远远超出一辆平板车的载荷，需要多车联动运输，本次运输装置选用模块运输装置。模块运输装置长15 m，宽3 m，高1.2 m，承重长度12 m，可原地360°回转。依据船体尺寸重量及运输装置自身承载性能，本次驳运采用6台模块运输装置联动运输(如图4所示)，车头区为非承重区，故此区域避免承载横梁。

图4 模块运输装置

(4) 总段模型导入。

巨型总段模型使用生产设计阶段所建模型。模型从Tribon导出，经数据接口转化为仿真平台可识别的格式，再导入仿真平台用于驳运仿真。

3 巨型总段驳运仿真与分析

3.1 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ巨型总段驳运路线

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ巨型总段由总组场出发，途经总组场的1号门、模块广场、横移区，进入船台。路线示意图如图5所示，该路线途经生产作业的区域，路线上存在较多生产设施设备，驳运仿真对两处可能产生干涉的点进行重点分析。其一为总组场1号门，该栅栏门宽25 m，总段宽约17 m，总段直线通过时不会存在干涉。但出门后，模块运输装置需要经过一个左拐进入模块广场，转弯角度约为30°。总段长约70 m，转弯时需要足够的回转空间。经模拟仿真，总段在该门宽度方向±45°范围内旋转无干涉。由此可见，总组场1号门宽度足够总段通过。其二为模块广场，模块广场有四个固定塔吊，广场边缘及中央均布置有动能源设备，经仿真模拟，总段驳运与固定塔吊不产生干涉，但现场需拆除5处动能源设备，如图6中标记显示。仿真过程中，同时发现模块广场与横移区之间的路面宽度不足，两辆模块运输装置难以并行通过，需在模块广场东南角外侧地面铺设钢板以增加路宽，如图6中标记显示。驳运路线确定后，在仿真平台上将模块广场网格化，可确定驳运路线上关键点的具体坐标值，现场可据此坐标值在实际场地上标示出驳运路线，供现场参考使用。

图5 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ总段驳运路线

图6 模块广场

3.2 Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ巨型总段驳运路线

Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ巨型总段由总组场出发，途经总组场1号门、直线通过长兴路，后右拐上道路，再右拐进入船台。路线示意图如图7所示，在该驳运路线中，模块运输装置主要在厂区主干道上运行，路线中不存在生产设施设备，但道路两旁沿路设置路灯等照明设施，运输装置转弯时船体结构可能与之发生碰撞。驳运仿真重点针对两处大转弯处进行碰撞检测。一处是长兴路与道路交汇处，经旋转总段检测碰撞，总段与该路口路灯不存在干涉。但该交汇处路面下铺设有电缆、管道等关键设施，为了避免破坏相关设施并保证路面的平整性，需要在该路段铺设厚钢板。通过仿真平台的测量工具得到模块运输装置通过该交汇处的路线半径值如图8(a)所示。第二处为道路与船台入口交汇处，经仿真模拟，存在总段与船台支柱及路灯均无碰撞的路径，路径的半径值如8(b)所示。

图7 Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ总段驳运路线

图8 驳运路线拐角半径值

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4 结论

本文基于仿真技术，在仿真环境下构建了巨型总段驳运的仿真模型，进行了仿真模拟分析，并将总段驳运仿真应用于某型的实船生产过程中，为后续开展仿真技术应用于生产实际的研究奠定了基础。仿真模拟代替了实际驳运前的驳运实验过程，可提前暴露出驳运过程存在的安全隐患，减少实际驳运过程的突发事件和时间，同时也节约了驳运实验的人力、工时、设备租用成本。巨型总段驳运仿真仅仅是仿真技术应用于船舶行业的一个应用实例，船舶制造应以仿真技术为契机，加大数字化技术的研究应用，增强自身核心技术能力方面的建设，以期进一步提升企业的生产力水平和核心竞争能力。

[1] 江南造船(集团)有限责任公司.《三维装配工艺设计平台关键技术研究及其应用》计划任务书[S].2012.

[2] 江南造船(集团)有限责任公司.《船舶建造过程仿真系统》技术方案书[S].2010.

Simulation-based Giant Block Transportation Technology for Shipbuilding

LIU Xiang-bo, ZHANG Hong-wei, MAO Shen-fei, SHAN Xiao-fen, LI Ji, ZHU Ming-hua

(Jiangnan Shipyard (Group) Co., Ltd.， Shanghai 201913， China)

Simulation technology is based on a variety of disciplines and theory, by means of computer with the corresponding software, to analyze and solve problems by using the method of virtual experiment of simulation application. The giant block transportation simulation, through simulating the giant block transportation process in a virtual factory environment, and validating the feasibility of the transportation route, thus plans optimization transportation routes for on-site reference. The practical application of one type ship shows that the giant block transportation simulation can improve the feasibility and safety of transportation scheme, effectively reduce transportation experiment time and reduce the cost of transportation.

Giant block Transportation Simulation

国防科工局基础科研项目(A0720133009)。

刘祥博(1976-)，男，工程师。

U662

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