船舶建造中变形的控制设计

陈 峰

（中船澄西船舶修造有限公司，江苏 江阴 214433）

0 引言

要想保证船舶建造的安全性，需考虑各个阶段的建造特点，为我国船舶事业发展注入新活力。目前，我国船舶建造存在变形情况，对各部分性能及船体结构强度产生不良影响，容易造成船体老化，缩短使用寿命，因此需及时分析变形问题产生的特点，不断改善建造工艺。船舶建造过程中，引发变形问题的因素有多种，需要加强对船舶设计工艺流程的变形控制，实现船舶运行预测，保证各道工序质量，有效减少船舶变形现象的发生。

1 船舶建造技术现状

1.1 紧跟时代发展特征

国家重视船舶行业的发展，造船技术也日益成熟，朝着绿色造船方向发展，不断适应战略发展需求。绿色造船技术为环境保护做出了贡献，实现资源的可循环利用，符合国家环保理念，响应时代号召，逐渐获得业界认可，使船舶建造行业地位不断上升。船舶建造技术自动化水平日益提升，通过信息技术及大数据资源的扶持，使船舶建造数据更加精确，提升了船舶建造质量。从控制技术到网络设施布局均进行调整优化，实现自动编程，对船舶运行状况进行实时监测，设置报警系统，在遇到问题时及时发出警报，改变运行路线，实现导航数据记录，转变导航方向，合理调度运行模式。船舶建造构建了自动化发电系统，是新时期研究的突破，加强与自动控制技术的结合应用，创造了广阔的应用前景空间，丰富船舶建造工程技术形式。船舶与陆地之间联系不断加强，应用自动化识别技术，实现信息操控，掌握船舶航行状态，为船舶运行提供了便利。从每一个制造环节实现智能化管理，使智能化理念渗透到工艺流程当中，以智能化取代体力劳动，减少人力资源的浪费；增加脑力劳动人才，提升船舶建造效率，不断朝数字化方向发展，从船舶模型建造体现数字化理念，提升船舶模型建造的科学性，优化创建过程，丰富设计师理念与思维路径。对船舶建造各个施工部分进行管理数字化监控，通过高新技术设备，及时诊断建造问题，改变建造方式，实现信息集成化管理。数字化对船舶建造技术成协调集成性，从全方位建造全流程中，做到了协调和集成，改变船舶设计方式与制造模式，对船舶建造管理模式起着重要作用。不断重视船舶配置，加强对船舶建造部件的选用与筛选，从中阻立到大阻立、整体到局部，进行调整与制造，保证船舶配置环节的高效完成。国内船舶建造方式转变为配置制造方式，不少建筑行业转变为流水线制造方式，大大缩短了制造时间，提升了配置效率，优化建造技术。

1.2 船舶建造质量有待提升

由于绿色造船技术发展尚不成熟，船舶建造仍存在一些不容忽视的技术问题，需要更高层次的技术提升，发展船舶建造行业。与国外的船舶建造企业相比，我国船舶建造企业建造技术尚不成熟，技术水平有待提高，建造强度不够大，同时，缺乏相关技术人员，业务水平较低，对优秀技术人员引进不足，企业对技术人员培训力度有限，船舶建造工程产生的问题难以及时解决，没有优良的解决方案。受国际贸易形势的变化，船舶行业供需容易出现不平衡的局面，在供大于需的情况下，导致资金周转不足，企业被迫倒闭，造成严重经济损失。建造环节的一体化发展不充分，无法实现资源的整合优化，建造环节与管理环节结合不到位，应该与管理环节进行优化整合。设计部门缺乏船舶运行需求上的渗透，相关参数把控不足，设计方案系统性较差，缺乏缜密的设计思路，对国家设计要求的规章制度落实不到位，没有对在设计方案中会出现的问题进行预测，缺乏前瞻思维。船舶建造成本控制不足，预算控制不合理，导致工程进展频频受阻，船舶成品存在安全隐患，影响后续使用效果。因此，要重视船舶建造施工顺序，规范工艺程序，加强员工的建造意识，对现场施工进行合理安排，保证实际操作符合建造图纸。不少船舶建造企业缺乏建造过程质量控制，没有制定详细的建造计划，对施工进度把控不足，难以保证建造过程的合理性。船东自身经营意识过强，以盈利为目的，忽视船舶建造的质量，轻视对船舶建造质量过程的管理，难以把控建造方向，甚至为了减少成本投入，使用廉价材料，材料标准低下，难以满足船舶运行的硬件条件，不断降低船舶建造标准，偷工减料，为船舶航行埋下了诸多安全隐患，产生航行风险，威胁人身安全，带来经济损失。不少船舶建造企业忽视了船舶建造检验工作，从人力资源到质检工作方面均缺乏合理性，验船师数量不足，与船舶建造数量不断上升的现象相违和，产生超负荷工作的情况，为质检工作增加了难度。船舶建造质检工作同时需要对设计图纸进行质检，以确保后续施工的合理性与科学性，设计图纸的质检需要专业能力水平较强的专业人员，企业忽视对专家的引进，为工程开展带来阻碍。船舶检验工作业务量不断提升，对质检师需求越来越大，我国人才市场缺乏验船师资源，难以充实企业船舶建造现状，制约了船舶建造行业的发展。

1.3 船舶建造变形影响因素

船舶建造的变形问题严重影响船舶建造工程的质量，为各道工序之间的衔接限定条件。从目前船舶建造工程造价来说，船舶所需建筑材料的选择是影响船舶变形的主要因素之一，以船体表面的钢板及钢板加工操作程序的费用为基础，作为工程造价的主要依据。根据船舶建造大小、种类具有不同的需求量，相对于小型船舶，大型船舶需要消耗更多的材料费用及加工费用，从不同的成本价格来获取不同的装载量，基数较大的大型船舶建造要低于小型船舶建造的工程造价。选择低质量的钢板，极易在使用周期短时间内造成表面弯曲，产生船体变形，影响船体航行，难以承受运行阻力，给船体掌控带来更大挑战。随着船舶货物承载量越来越大，对船舶本身性能要求越来越高，船舶的形状会对货物承载重量产生影响，方形系数较大的船舶对货物承载量较大，能更好地适应航行运输，适用于航速较低的船舶。但对于航速有较高需求的运输，则不适合方形系数较大的船舶，其船头与船尾大多采用平板状，而且存在凸起边缘，干扰船舶运行的稳定性，不能有效减少水流对船体的冲击力。高航速运行情况的船舶一般采用细长型的船体形状，以减少风力及水力的冲击力，以尖形作为船首，以圆形作为船尾，使其直接潜入水中，减少船首与水面的接触面积，保持水流的稳定性，以维持船舶的高速运行[1]。

2 船舶建造中变形的控制设计策略

2.1 做好焊接及薄板变形控制问题

为保证船舶建造质量，降低船舶变形几率，需要加强薄板及焊接变形控制，分析不同施工阶段的薄板及焊接变形原因，结合实际建造经验，保证工艺措施及工艺参数的有效性。提升建造精度，对建造的各个阶段进行分析，合理选择工艺参数，达到船舶强度的要求，满足经济需求。

例如，相关企业可以从船舶建造的各个阶段对薄板变形问题加以控制，避免由于板材受力及焊接技术引起的船舶变形问题。在堆放吊装阶段合理规划薄板堆放层数，避免层数过多、堆压过高，堆放不规范而导致塑性变形，运输过程也需要注意放置位置，减少运输时长，以维持薄板形状。进行加工时，确保切割面的垂直度，检查板材水平度，提升零件放置尺寸的精准度，避免板边的上翘及下压，降低各阶段的变形率。进行薄板拼板时，选取场地较为平整的区域进行施工，及时进行地面平抛，以保证焊接质量。对薄板焊接顺序处理妥当，控制焊接电流、电压，尽量减小焊接变形的可能性，针对基准板对接缝焊接制定相关规定，明确各个交点对接，以保证后续对接的精度，提升焊接的科学性。根据图纸标注进行分析，改进不合理对接点，按照图纸规定进行焊接处理，对于变形量较大的板，借助外力辅助的火工方法，提升焊接效果。若焊接过程存在收缩变形现象，为减少焊接变形，需要分析焊接应力及焊接结构，积极采取相关措施。采用船体分段建造方法，减少船台工作总量，保持焊接的对称性，减少焊缝数量及缝截面积尺寸，从而减少收缩变形。预留收缩余量，考虑加放收缩余量，弥补船体收缩变形，及时做好变形补偿控制设计。采用刚性固定法，在焊缝冷却时去掉刚性固定，提升焊接工艺，结合反变形法提升作用效果，预先计算反变形值，预防反变形量，加放收缩余量，控制反变形范畴。为降低焊接变形的发生几率，可以采取火工矫正方法，指派经验丰富的技术人员，降低变形范围，但不能频繁使用，容易造成船体的成分变化，破坏组织结构，使其理化性能受到损害，腐蚀物体表层。

2.2 加强船舶建造质检工作

提升船舶建造效率，保证建造质量，降低船舶建造变形风险，做好船舶焊接质量的检查和控制，对船舶建造进行精度控制。做好检验处理工作，及时进行船舶建造后的跟踪检查，对质量问题及缺陷进行及时改进，保障船舶建造的整体质量。

例如，相关企业可以对工程现场进行严格管控，根据阶段性工作进展，及时做出检验，对不合格的项目及时调整，停止目前进行的项目，制定调整法案，提升工程的合理性，全方位进行整改，对工程符合设计规范的施工队伍进行奖励，激发建设队伍的活跃性，以保证船舶建造的整体质量。控制造船厂的船舶建造措施，扩大检验范围，严格规定检验项目，重视局部建造问题对整体船舶建造的质量影响。使船体整体的结构质量检验符合相关规范及标准，保证焊接强度与质量，检查质量的致密性，对零部件的焊接方式进行严格审查，以提升船舶建造质量。对船舶建造施工结束后的系列检验进行跟进，对船舶进行综合质量评估，对船舶缺陷进行分析，做好相关处理工作，必要时进行工程遣返，及时整改质量问题，对整改完工进行二次检查，不断完善船舶建造工作，做好相关试验工作，提升船舶建造工艺水平[2]。

2.3 提升船舶建造技术管理方法

随着船舶建造市场的不断扩大，船舶现场建造的技术管理在船舶建造工程中具有重要意义。对船舶建造实行全面管理，施行精细化管理方法，引进智能化管理方法，提升管理水平，保证船舶建造技术的运用。

例如，相关企业可以对建造标书进行管理，在设计船舶建造项目时，加强工作人员与设计师的沟通，共同制定船舶建设设计方案，实现工作流程及工作进程的良好对接，以丰富的建造经验提升船舶设计的科学性。加强船舶建造设备的管理，对相关设备使用规定、使用方法进行规范，定期进行设备维修保养，防止出现设备问题，影响施工质量，带来安全隐患。采用智能化管理方法，引进信息技术，通过大数据资源与电子控制系统，掌握建造进度及建造情况，对实施效果进行合理管控。通过智能化手段，减少人力资源的投放，进行全方位监督筛查，跟踪工作进程，完成质量验收。对项目融资进行控制，及时追踪建设成本核算，掌握实施效果，约束成本支出，减少不必要建造浪费，对各项资源从数字化视角出发，提升自身的企业竞争力。提升船舶建造现场的安全性能，进行安全管理，在保证建造技术实施效果的同时，确保施工人员的安全。落实安全质量管理工作，保证质量目标的实现，是提升船舶建造技术的重要因素。提升参建者的安全意识，挖掘安全隐患，时刻遵循计划规定与相关合同约定，树立安全第一的理念，加强企业工作预防体系的建立，使每个人参与到安全建设项目当中。

2.4 完善队伍建设

建设高素质技术型人才队伍，为船舶建造提供技术支持，不断减少变形问题发生几率，缓解船舶变形状况，提升船舶建造质量。加强管理队伍的培养，从全方位进行统筹规划，提升建造效果，节约建设成本与建造时间，避免建造过程产生严重的质量问题。

例如，相关企业可以加强技术人员培训，加大资金投入力度，提升相关工作人员的专业能力，更好地适应激烈的市场竞争环境，设定实际工作情境，丰富实践经验，以便解决实际工作产生的建造问题。强化工作人员的船舶建造变形意识，使其掌握基本的防变形措施，优化船舶建造体系，针对开发招标文件进行详细规划，提升市场份额，抓住市场机遇，提升企业形象与口碑[3]。

船舶建造行业的不断发展，需要加强对船舶建造的技术规范，根据自身结构特点及先进的建造技术，缓解船舶建造的变形问题，加强设计环节的科学性。相关企业需要强化自身问题意识与安全意识，重视船舶建造质量，进行部门整改，实施智能化管理办法，推动造船技术的实施。