模拟试箱技术在2500TEU集装箱船上的应用

胡长太，范清金

(中外运长航集团南京金陵船厂，江苏 南京 210015)

模拟试箱技术在2500TEU集装箱船上的应用

胡长太，范清金

(中外运长航集团南京金陵船厂，江苏 南京 210015)

由于采用现场试箱工艺进行集装箱货舱精度的检验对企业的成本、人员安全、生产周期产生不利影响，开发模拟试箱软件进行标准集装箱尺寸与箱位空间的匹配模拟。以2 500 TEU集装箱船为例主要介绍采用全站仪三维测量与分析方法，结合模拟搭载的思想，实现模拟试箱，并成功在5 000 TEU集装箱船、2 500 TEU集装箱船上应用。

集装箱船；精度管理；模拟试箱

0 引言

集装箱船是所有船型中对精度要求最高的船型，其建造最大的技术难点在于精度控制，尤其是货舱舱容精度的控制。2 500 TEU集装箱船货舱无连续甲板，由横舱壁将船体隔成5个大货舱。横舱壁上布置导向、固定集装箱的导头、导轨架；舱底根据箱位布置，有堆锥垫板、水平调节板、堆锥以及导向器等集装箱附件；货舱舱口围板上设置活动舱口盖。为保证装载集装箱后，集装箱在舱内和甲板上的牢固性、安全性，设计上对于货舱区的尺寸精度要求很高，内底水平精度为±5 mm，导轨纵向公差为-6～+2 mm，横向公差为-2～+3 mm。

集装箱船货舱结构的建造精度与质量是船舶建造过程中的一项关键技术，货舱的精度控制是保证船舶营运过程中舱内和舱外装箱的重要因素。通过现场试箱进行货舱精度的检验一直是船厂采用的传统做法，但对企业的成本、人员安全、周期等产生不利影响。因此，研究开发出模拟试箱技术用于集装箱船的货舱精度检验，可以大幅提升效率，改善作业环境。

本文介绍的模拟试箱方法是在全站仪三维测量与分析的基础上，结合模拟搭载的思想，自主开发的模拟试箱软件，用于对标准集装箱尺寸与箱位空间进行匹配模拟，实现模拟试箱。

1 建造过程精度控制

模拟试箱是对货舱精度的检验。为了保证模拟试箱有良好的结果，最大限度地减少返工，应重视建造过程的精度控制。

1.1导轨预制精度控制

(1)导轨制作工位应有专门的作业平台。在导轨制作前对平台水平及卡板直线度进行控制和检查，满足±1 mm精度要求后再进行施工。

(2)制作专用的拉钢丝的工装。对每根导轨进行检验，保证导轨完工后直线度精度满足±2 mm的标准。

1.2分段阶段导轨安装精度控制

(1)导轨在横舱壁安装时的定位原则。定位的关键是选择正确的基准，选择的基准要与合拢定位的基准相统一。以横向舱口围板的顶板为基准，画出高度方向的基准线，在距离合拢口最近的导轨位置，画出与高度基准线相互垂直的第1根导轨位置线，并且复查第1根导轨线到合拢的距离，将第1根导轨线作为基准放出其他导轨线。

(2)单面导轨安装结束后，分段进行翻身安装反面的导轨。翻身前要将导轨的基准线反拨到另一面，通过已经安装好的导轨，吊铅锤进行反拨。

(3)导轨在横舱壁上定位后，进行焊前的精度测量。导轨水平精度要求为±3 mm，导轨间距要求为±2 mm，确认合格后进行施焊。

1.3合拢阶段舱壁导轨定位精度控制

(1)横舱壁中合拢的精度控制，控制重点是整体宽度和靠合拢口导轨间距。用水平仪或全站仪测量导轨整体水平；拉钢丝控制舱口顶板直线度，直线度精度要求为4 mm。

(2)横舱壁大合拢定位的精度控制。定位要以舱口围板的顶板为基准控制高度，顶板左右水平度控制在±3 mm以内；控制横舱壁的中心线对中精度及横舱壁垂直度。横舱壁顶板水平的控制为连续水平控制，注意控制相邻横舱壁顶板水平度。合拢定位示意图如图1所示。

2 测量小车制作与模拟试箱软件开发

舱室形成后，需要对整舱的每个箱位进行测量。为保证测量工作准确、顺利进行，制作了测量小车。数据采集后，为了高效处理大量的数据，开发了模拟试箱软件。

2.1测量小车的设计与制作

货舱形成后，利用全站仪进行数据采集时需要测量每根导轨同等高度位置的三维数据，而做到这一点必须借助相应的测量工装。通过不断的探索与改进，综合考虑测量精度、可操作性、安全性等因素，制作完成了导轨测量专用小车，其外形图见图2。

测量小车的设计要点如下：

(1)考虑到操作的便捷性及安全性，采用手摇式收放的方式。

(2)考虑测量角度造成的测量偏差，进行了不同角度的3个靶片设置。

(3)考虑小车在轨道上滑行过程中，既要能够与导轨贴合，又要能够顺利滑动，对小车背部磁铁与导轨间距和吸力进行平衡设计。

2.2模拟试箱软件的开发

模拟试箱就是通过将1个由4根导轨构成的箱位空间，按照不同的高度分成多个截面，通过对测量点的数据分析，计算出箱位实际空间尺寸。划分截面的数量越多，模拟试箱的结果也就越准确。

每一货舱需要测量的数据点有上百个之多，通过自主开发的模拟试箱软件可以快速进行箱位数据的计算与模拟，并生成报表，得到模拟试箱的结果数据。模拟试箱的软件界面如图3所示。

模拟试箱软件是基于Delphi可视化集成开发平台，采用面向对象VCL技术和基于部件的结构框架，快速获取各分段的三维信息，多文件的输入与输出，实现自动计算与返写。在数据处理上，采用差值计算的方式，保证了数据在同一高度。通过验证，该软件可以高效、准确地完成数据处理工作。

3 模拟试箱技术的应用

2 500 TEU集装箱船全船设5个货舱、10个舱口，可装载6.096 m(20 ft)、12.192 m(40 ft)集装箱。根据生产进度情况，按顺序进行了10个舱室的模拟试箱工作。模拟试箱的实施流程如图4所示。

3.1测量工具的准备

模拟试箱测量工作开始前，需要对测量设备及测量附件进行检查，以保证测量精度及安全性。测量工具包括：全站仪、PDA、测量小车等。

3.2测量表的制作

测量表相当于模拟试箱的策划方案，每个舱室都需要1个测量表，包含了舱室前后壁导轨上所需测量位置点的三维数据理论值，同时规定了箱位截面的数量、编号等信息。测量表也是数据分析的输入文件，需要保存为DXF格式，相应的数据文本格式要一致。

3.3模拟试箱软件配置

针对不同船型，需要定义导轨距中理论尺寸、截面距基高度、小车厚度等信息，这些配置是进行模拟试箱数据分析的前提。

3.4数据采集

导轨数据采集需要2人配合：1人操作全站仪测量数据，1人操控测量小车。选择内底板上的船体中心线为测量基准，将测量小车放置在导轨中间；小车贴附导轨上下滑动，通过钢丝绳上设置的标记，让小车准确到达截面位置，小车停稳后进行测量。

3.5模拟试箱数据分析

数据采集结束后，通过模拟试箱软件进行分析。首先将测量数据与测量表中的理论数据进行差值计算，计算出前后壁导轨测量点的误差值；然后将前后壁数据进行模拟分析，得到箱位数据报表。

数据报表中包含了各个截面的箱位误差数据，通过数据分析，判断导轨之间长度、宽度、对角线等数据是否在标准范围内。1个箱位的模拟数据报表见表1。

表1 模拟试箱箱位数据报表

3.6实施情况

此模拟试箱技术对2 500 TEU集装箱船的104个舱内箱位进行了模拟试箱分析，代替了船厂的预试箱工作，直接向船东进行试箱报检。通过跟踪比对，模拟试箱结果与现场试箱结果是相吻合的，试箱报检均一次通过。

4 结语

模拟试箱可以有效缩短船坞周期，减少吊车、人力等资源的使用，同时也可以降低作业安全隐患。模拟试箱技术是目前国内船厂都在积极探索的一项精度测量技术。本文介绍的模拟试箱技术是在全站仪三维测量的基础上，自主开发测量工装及软件，探索出的一种新方法、新技术，并在多个项目上成功应用，为船厂结合自身实际情况推进模拟试箱工作提供了参考。

[1] 余勇华.4 250 TEU集装箱船的船体特点和现代建造工艺[J].江苏船舶,2011，28(3)：37-38.

[2] 赵成治.大型集装箱船建造项目船体精度质量管理研究[D].大连：大连理工大学，2007.

U671.99

A

2017-03-09

胡长太(1976—),男，工程师，从事船舶质量管理。