深中通道钢壳沉管钢材物量管控研究

刘 亚，郭文忠，潘均发，何懋华

（中船黄埔文冲船舶有限公司，广州 511462）

1 钢壳沉管结构基本介绍

深圳至中山跨海通道钢壳沉管隧道共有32 个管节，在公司承接建造的14 个管节中，有8 个标准管节，6 个变宽管节：标准管节又分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类标准管节，其中我司承建Ⅰ类、Ⅱ类管节各4 个。Ⅰ类管节布置在深水区，相比Ⅱ类管节内外面板的板厚更厚，Ⅰ类、Ⅱ类整体外形尺寸基本一致， 标准管节长度都是165 m、宽度46 m、高度10.6 m，标准管节主要区别在于两端的角度不一样，中间结构相似性极高；各变宽管节差异较大，其横向结构呈发散型布置，纵向结构沿管节中心线均匀布置，管节长度约123 m，宽度在46 m ～55 m，高度与标准管节一致。

标准管节方方正正，变宽管节整体沿长度方向有一个弧度，因此在标准管节与变宽管节的钢材物量管控中也存在着一定差异。

2 钢材物量管控方法

2.1 设计图纸优化

该项目主体结构图纸由中交公路规划设计有限公司设计，中交水运规划设计院有限公司以及上海市隧道工程轨道交通设计院联合参与设计，上述设计公司主要经验是土建以及桥梁方面的设计，其结构设计思路与方式和造船存在一定差异，较多差异不仅不利于材料管控，也不利于现场安装及管理。因此在生产设计前，必须发现联合设计图纸中存在的问题，尽早反馈并给出建议，以保证后期施工过程的质量。在本项目设计中，关键优化项目包括以下具体内容：

（1）工艺孔封板节点优化

该项目单个管节大概有2 500 多个水密隔舱，每个水密隔舱有一个工艺人孔方便人员穿行以及施工，原设计图纸给出的工艺人孔封孔方式为搭接方式，如图1 所示。搭接方式不利于整个项目钢材管控，初步估算若按此方式封孔，则单个标准管节将增加钢材订货100 t 左右，14 个管节合计近1 400 t。同时，大量的搭接形式工艺孔封板也将造成散装件非常多，后期对散装件管理困难，容易丢失。

图1 工艺孔节点图

船厂设计人员针对以上问题，从降低成本和方便施工管理角度考虑，对该节点进行优化，采用埋入式代替搭接式：一方面，埋入式封板在建模时就可以带到母板上，封板也可以自动切割出坡口，大大方便了现场的施工以及材料管理；另一方面，封板零件直接是母材上的零件，不需要额外使用材料，极大的提高了钢材利用率，仅此节点优化，单个管节光材料费就可节省50 多万元。图2 为优化后的工艺孔封板。

图2 优化后工艺孔封板

从图2 可以清晰看到：封板周界坡口采用数控切割机自动切割，大大提高了坡口切割质量。

（2） T 型材拼装改为采购成品

该项目的所有管节共使用了3 类T 型材，规格分别为T150*90*10、T150*90*12 和T150*90*15 三种。其单个管节使用量大概在800 t 左右，使用量非常大，按照原始焊接设计节点，即使我厂T 型材拼装工位全负荷运转也难以满足如此大量的需求，效率不能满足要求，另外焊接质量也相对难以保证，整个过程实际不利于材料的管控，针对此问题，我们与GK01 标广船国际一同建议T 型材由拼装节点改为找型材厂家采购成品，最终经过多方沟通，业主以及设计单位同意采购成品T 型材方案，为保证采购的成品T 型材质量，还需型材厂家签订专门的技术协议以确保型材来货质量，从各个环节上确保型材质量可靠，顶用。

2.2 生产设计精细化

深中通道钢壳结构相似性较高，如果在生产设计中人力以及各方面统筹合理得当，效率将事半功倍，因此该项目的生产设计精细化对效率及质量有着至关重要的影响。

在分段划分方面，标准管节共设置了10 条环缝，将165 m 长管节切成11 个环段，中间9 个环段长15 m，首尾两端长14.25和15.75 m；每个环段分为8个小块体，左右对称，每个环段需制作4 套结构图纸，11 个分段合计制作44 套图纸；针对该项目的结构特点以及分段划分情况，在生产设计阶段主要做了以下管控：

（1）人员管控

人员管控宗旨,就是人员固定、区域固定、任务固定、策划统一、节拍统一。其中，人员固定能最大限度的缩减生产设计人员。若按照建模区域划分，各设计人员负责固定的区域，每个人建模分段数量有22个，再结合使用SPD 大段拆分功能，就能够快速的完成自己区域的分段建模，并且做到节点统一，模型正确性高。模型正确性高，后面钢材套料预订货就比较好控制；又因为各分段套料与建模人员固定，每个人负责固定区域使用的钢板规格就比较统一，整体上对材料管控十分有利，无形中缩减了大量人工成本。按照初步估算，采用人员固定、区域固定、任务固定的方式制作标准管节生产设计，比传统生产设计模式可减少一定人力以及人工成本。

（2）订货流程管控

该项目的订货流程相对传统的项目，增加了预套料的数据校对以及主管二次校对工作，即设计人员在完成钢材预套料后，提交给相应主管校对，如果预套料利用率不达标就会反馈设计人员重新修改套料数据，确保最终预套料钢材利用率达标；在完成以上工作后，整个管节订货清单再次提交给项目主管二次校对，确保钢材订货准确性。图3 为该项目的订货流程。

图3 项目订货流程

（3）钢板留边余量管控

钢板留边，即表示零件距离钢板的边缘。一般在套料时钢板宽度留边为10～20 mm，长度留边为20～100 mm。该项目对钢板留边把控严格，基本控制在10 mm以内，实际在套料过程中零件距离板边可能不到10 mm。目前单个标准管节订货数量约10 000 t，钢板数量为1 700 张左右，初步估算严控板边留边后利用率大概可提高0.2%。

（4）零件分类套料

公司使用的套料软件有ACTCUT 自动套料软件和SPD 自带的建造系统手工套料，目前大部分项目使用的是ACTCUT 自动套料软件，其套料效率和利用率均比较高，但该项目完全使用建造系统手工套料，之所以使用手工套料，是由于该项目相似性比较高，零件是分类套料，就是要求同类的零件套料到指定位置，确保一个萝卜一个坑。如果使用自动套料，套料板上零件比较混乱，不利于提升钢材利用率及后期图纸处理；该项目零件分类套料基本原则：同一类零件选取最合理板规套料，确保利用率最高，后面所有相同零件均按照这个板规套料；某一种零件最终套料不够一张钢板时考虑混套或者订货两个管节的量；相同长度的扁钢以及其它小零件套料在同一个板号，避免出现不同类零件的混套；补板套料尽量找空隙套料，实在套不下的再统一套料，统筹安排。

2.3 板缝优化

沉管结构存在大量趾端放大的隔板结构，这类结构合理排版缝度也能提升钢材利用率，图4 为板缝优化前后对比图。

图4 横隔板板缝优化前后对比

3 应用情况

截止目前，深中通道项目已完成了12 个管节的生产设计任务，包括E2/E4/E6/E8/E10/E12 共计6 个标准管节以及E32/E31/E30/E29/E28/E27共计6个变宽管节。通过深入研究管节特点，制定相应钢材物量管控办法并全面实施，全方位统筹以及生产设计精细化，最终实现各管节钢材利用率大幅超过公司的目标钢材利用率，钢材成本节约近1 600 万元。

总体来说，该项目钢材物量创新的管控方式，应用效果非常明显，可推广到后续所有的钢壳沉管管节。

4 结束语

在船舶市场行情持续低迷之际，深中通道钢壳沉管项目的建造有效的保证了生产工作的连续性，避免了人员大幅流失造成的隐形损失；同时，钢材物量合理管控和成本降低，为公司打赢翻身仗做出了应有的贡献。作为设计人员，需时刻清醒认识到管控好钢材成本就是增加公司盈利能力，保证钢材一次利用率提高就是工作价值的直接体现。