综合地质调查船上建层高精度控制

刘小尧

摘    要：综合地质调查船的上层建筑呈阶梯型布置，美观大方有层次感。该船对船舶重量控制严格，上建舱室围壁板选用6mm厚度薄板，需提前做好建造精度和层高控制的准备工作。另外，上建层高是决定上建尺度的重要因素，而上建尺度对重心高度影响甚大，若重心偏高则稳性下降，对船舶航行性能及安全性不利。上建的高度和位置也决定了驾驶盲区的大小，影响船舶驾驶的安全性。因此，控制上建层高对船舶的建造和运营具有重要意义。

关键词：层高;补偿量;精度;上建

中图分类号：U671.4                                文献标识码：A

Abstract： The superstructure of the integrated geological research ship is arranged as a ladder style， beautiful and layered. However， the ship requires light weight， flexible sailing speed and strict weight control， and 6mm thickness sheet is selected for the wall design of the superstructure， so preparation for construction accuracy and height control should be done in advance. In addition， the height of the superstructure is an important factor determining the size of the superstructure， and the size of the superstructure has a great influence on the height of the center of gravity. The height and position of the superstructure also determine the size of the navigation blind area， which affects the safety of the ship navigation. Therefore， it is of great significance for the ship construction and operation to control the height of superstructure.

Key words： Height; Compensation; Precision; Superstructure

1     前言

本综合地质调查船全称为地质地球物理综合调查船，包括：海洋水文调查、地球物理调查、装备地质调查和信息化管理等4类。该船具有系统复杂、特种设备多、勘探功能全、总吨位小、操纵灵活、外形现代简洁等优点，为长首楼钢质船型。

该船为全电力推进，具有全回转舵桨和槽道式首侧推各2套，DP2動力定位;航行于无限航区，入级CCS，船员58人;当海况不大于2级、潮流平缓、船体光洁时，最大航速15 kn、巡航速度～12 kn。

该船的上层建筑呈阶梯型布置，美观大方有层次感，如图1所示。该船要求质量轻、操纵灵活、航速快，对船舶重量控制严格，上建设计时对舱室围壁板选用了薄板，薄板在切割、焊接、装配、翻身、移运、搭载等建造过程中容易变形，需提前做好建造精度和层高控制的准备工作;上建层高影响重心高度，重心升高则稳性下降，对船舶航行性能及安全性不利;上建层高还影响驾驶盲区的大小，进而影响船舶驾驶的安全性。

2     层高精度控制的技术准备

2.1   上建层高概况

上建层高=人的平均高度及一定的余量+甲板升高（加强结构+敷料）+上层甲板的结构高度+内装高度。技术规格书要求舱室净高不小于2.03 m一般船舶上建的平均层高大约是2.4 m、地质调查船的层高为2.5～2.7 m（见表1）：

2.2  总组方案和补偿量确定

综合考虑厂区的场地布置和吊机设备等因素，该船的上层建筑划分为11个分段，并设3个总组段：80B（首楼）、90A（上建下）、90B（上建上），如图2所示。小分段制造、大分段总组，有利于区域设计和模块化设计，既可以减轻分段转运过程中的变形，也可以减小组立的次数，减小累计误差，有效控制上建层高和上建成型尺寸。

通过对分段精度的准确测量，利用精度分析软件模拟搭载过程，对合拢分段上船台前的修割修正等工艺调整进行预先分析和处理，提高分段无余量搭载率;最大化地扩大无余量建造程度，对于船舶的精度控制、预舾装、造船成本和造船周期都会有极大改善。

经过大量的数据积累和详细的分析，补偿量设置方案为：首楼结构强度较强，分段下口只预留10 mm补偿量;其他上建分段结构强度较弱，分段下口预留15 mm补偿量;总组段下口预留30 mm的余量。

2.3  上建3D建模

在AM上建立上建的3D模型（见图3），便于设计人员对模型进行三维浏览、背景渲染、干涉检查、尺寸测量、距离标注等操作.将3D模型与船舶精度测量分析相结合，可以直观地发现并解决问题，提高上建层高的精度，从而保证整个上建尺寸的精度。

上建3D建模，可以在舱容有限的情况下，通过总布置优化，平衡总布置合理性与总体性能优化的要求，还可以为各专业影响舱室净高的风管、天花、敷料等设计提供模型背景和干涉检查，有利于上建的船机舾电一体化设计，提高铁舾装预装率，提高设计质量。

3     层高精度控制的措施和监控

结合上建分段的结构特点，梳理各阶段上建层高精度控制的内容、目标和作业要求;根据薄板的结构特点和施工工艺，研究分段装配、焊接阶段的尺寸控制方法;通过对分段精度的准确测量，利用精度分析软件模拟总组和搭载过程，对修割修正等工艺进行预先分析和处理，提高分段无余量搭载率。

在中小型船舶上难以实施分段无余量建造，其原因在于：（1）中小型船舶的板厚相对较薄，装配和焊接过程产生的热量变形也更明显、更复杂;（2）中小型船舶的线型变化较大，分段内部结构相对复杂;（3）分段划分数量较少，建造偏差难以从相邻分段之间借位弥补。

针对该船的小巧型特点，结合船厂的场地、设备、工艺等实际情况，重点考虑上建薄板的焊接收缩变形，并施加相应的补偿量;重视建造过程中分段的翻身、移运、搭载等阶段的结构变形情况，在综合考虑偏差累积后，再确定近似的整体补偿量;同时，将各阶段的层高精度控制要点进行标准化作业和实时监控反馈。

3.1    上建分段的精度控制措施

（1）上建分段采用刚性胎架且加密支撑间距，强制约束焊接变形;

（2）曲面片体胎架定位位置偏差不超过3 mm，必要时增加卡模支撑工装且四角刚性固定;

（3）门窗开孔防变形措施：孔内搭桥、环孔搭桥、化整为繁，一个大孔分作4～8个小孔数控开孔;

（4）分段合拢口设200 mm缓焊区，供预总组或船台搭载阶段结构调整错位使用;

（5）检测分段合拢口的半宽值;

（6）在甲板面上预先标记100MARK线，供搭载上层分段时使用;

（7）分段完工后敲上横向、纵向、垂向的基准马克线。

分段装配尺寸公差，见表2。

3.2  上建总组的精度控制措施

（1）上层建筑划分为11个分段，并设3个总组段：80B（首楼）、90A（上建下）、90B（上建上）;

（2）80B（首楼）总组段，分段反造、总组反造;

（3）90A（上建下）、90B（上建上）总组段，分段反造、总组正造;

（4）上建总组专用场地，遵循“小分段，大总组”的原则，减小建造累积误差;

（5）总结归纳图纸、工艺和质量问题，反馈给技术部进行后续船优化处理;

（6）对比精度补偿量和实际变形量，反馈技术部作为经验积累。

3.3   上建搭载的精度控制措施

（1）科学合理的防变形工装，避免吊运变形;

（2）提交检验船台的中心线、肋位检验线和高度检验线;

（3）搭载前专人检验余量切割划线，避免误割;

（4）垂直的合拢口采用垂直气电焊，减少焊接变形;

（5）及时消除搭载定位偏差，避免偏差累积造成总间隙超差或结构错位。

4     总结

综合地质调查船以自主设计、自主建造为基本理念，从海洋地质调查、地球物理调查、海洋水文调查三大综合功能需求出发，提出总体设计先进性、安全性、适用性指导思想，采用区域化设计、模块化设计、减振降噪设计、国内外模型试验验证等设计方法;通过科学合理的层高控制的技术准备，包括分段划分、总组方案、补偿量设置、3D建模辅助设计等，提前规划和避开建造过程中有可能出现的精度问题，为上建层高控制提供技术支持;通过详细具体的层高控制措施和监控，在分段、总组、搭载过程中时刻检测精度控制的要点难点，并将收集到的检测数据反馈给技术部门进行分析总结和改进，为后续船的建造积累经验;最后总结相关的层高控制经验，编制作业指导书纳入船厂的建造标准，其中《一种船舶开孔的防变形方法》获国家发明专利。

参考文献

[1]应长春.船舶工艺技术[M].上海：上海交通大學出版社，2013：172-177.

[2]黄平涛.船舶设计实用手册（结构分册）[M].北京：国防工业出版社， 1997：126.