船舶舾装单元模块建造研究

(渤海船舶职业学院 船舶工程系，辽宁 葫芦岛 125000)

我国造船工业已经经历了3个历史阶段，当前正处于第4个阶段：壳舾涂一体化，并正在形成未来的第5个阶段：设计制造一体化。

从船舶建造演变的过程可以看出，船舶舾装的发展过程大致可分为以下几个阶段：船台和码头舾装阶段、预舾装阶段、区域舾装阶段、壳舾涂一体化阶段、壳舾分离阶段。

壳舾分离是当代造船技术的发展方向，是按照模块化技术，对造船舾装技术进行改造发展而来的新的施工技术。船体和舾装分开施工，实现舾装单元化和功能模块化。

1 模块化造船

模块化造船概念从二战期间美国的大批量造船开始[1]，当时，美国拥有165万造船工人，建造了军用舰船1 768艘，这些大量标准船的建造促进了焊接技术和分段建造技术的发展。而这些建造技术又在20世纪50年代由日本造船业加以发展，20世纪60年代则结合成组技术产生了今天模块化建造技术的雏形。1971年，前苏联正式提出了模块化造船方法，于1977年用此方法建造了10万吨级的“鲍里斯·布托玛”矿油两用船。随后美国开始研究模块化造船方法并开始组织生产，到20世纪70年代末，美国的模块化造船思想更趋于成熟。20世纪80年代中期，我国造船业引入模块化造船，开始进入模块化造船技术的研究和探索阶段。

模块化造船就是在满足船舶总体性能、强度、结构和功能的前提下，将船舶划分成若干个模块，按照这些模块进行船舶设计，由专业厂家进行模块建造，然后由总装厂进行总装，最后形成所需船舶。

造船模块可以定义为具有标准尺寸的标准件，且主要部件具有可选性的最终产品的预制单元[2]。这种预制单元可以是结构功能单元或系统功能单元。它们都具有特定的界面、连接尺寸及连接形式，具有独立的功能和良好的通用性。由于模块中含有可选部件，因此可作局部修改，以满足船东的使用要求。

2 船舶舾装单元模块

根据以上模块定义，船体分段、船上区域和预舾装单元都可以成为造船模块。根据模块与船体的结构关系，其中舾装模块可分为自持式模块和依附式模块两大类。

自持式舾装模块原先是分段或船上的预舾装单元，它具有独立的基座或框架结构，可以在内场预制，完工后在外场安装到船上，是预舾装单元升级为造船模块。通常单元中的主要设备选自性能相近的三种型号作为船厂的标准件，这三种型号设备可以分别属于高、中、低三档产品，以供船东选用，船厂也可借以控制材料成本。从设计与建造的角度来看，自持式舾装模块是真正的模块，自持式舾装模块，实现了壳舾分离。这类模块如燃油净化单元、CO2灭火单元、主配电板单元等。

依附式舾装模块，因其设备布置范围较广或固定要求较高，实际建造中要以船体分段或船上区域的结构为依托，模块的预制性受船体建造进度制约，但其设备的可选性和单元的通用性与自持式舾装模块相同，因而可以称为图面造船模块。这类模块如船员舱单元、油水分离单元、疏排水单元等。

除上述两类以设备为主的模块外，船上还有许多分布的舾装件。分布舾装件模块是依附式模块的特例，单元模块中通常没有供船东选择的主要设备，仅仅是舾装件在船体结构上布置的一种通用程式。分布舾装件主要是管路、电缆及其附件，其中主机周围的管路单元也可以做成自持式舾装模块，以开展“盆舾装”，这无疑将大大提高管系安装的生产效率。分布舾装件模块中，典型的管路模块有管路单元，单元所含管件可以绑在一起运送，在双层底分段建造的适当阶段装入箱形中底桁中。同型船舶的管路具有很强的相似性，只要在典型模块可选部件的规格尺寸上做适当的调整就可以用于一条新船。

3 船舶舾装单元模块建造现状

目前我国单元模块应用比较多的是舾装件(如机械设备、阀件、管路和仪表)，按不同的特征和要求(区域、功能)先在车间内进行配套安装、调试，组合成舾装单元或模块[3]。

其特点是以某一舾装件为主体，其它舾装件依附其上而形成一个组合体，或者以一定框架、基座或其它连接件将若干舾装件连成一个整体，是一个与船体结构脱离的基本舾装区域。

因为与船体结构无关，所以单元模块组装可以在车间内进行，作业条件较好。同时由于不受船体作业的干扰，工期容易得到保证。

船舶舾装单元模块中设备单元模块研究开发比较早，而近年来对直接影响造船水平和进度的管舾装模块的研究发展比较迅速。

3.1 设备单元模块

3.1.1 设备单元模块的形成和特点

采用设备单元模块，是把船上各区域的各种设备(如：净油机、机舱压载泵、消防泵、海水冷却泵等)，按技术要求进行总体布置，按需要把设备有效的分成若干组合，然后绘制成各种设备单元模块组装制作图，在车间内场进行建造施工。各设备单元模块要满足技术要求和维修空间，要满足制作施工的方便性及到船上安装的正确性和可靠性。

设备单元模块是一种先进的生产设计和工艺措施，目的在于可以改变完成生产过程的条件，可以利用车间里先进的工具组装设备单元模块，可以有效的保护设备，提高设备及系统安装质量。设备单元模块可以分散制作，这样可利用的施工场地多，加速了施工进度，单元模块可在船体建造之前或与船体建造平行进行，这样极大地缩短船台(坞)建造周期。采用设备单元预舾装，加强了生产技术准备和生产管理工作，优化了劳动组织，提高了工人专业化水平，也为壳、舾、涂一体化的完善创造了条件。

3.1.2 设备单元模块建造特点

目前一般按两个流程建造划分，机舱底部设备单元建造流程、机泵舱各平台上设备单元建造流程。

机舱底部设备单元的特点是，设备多，空间间隙密，设备组合精度要求高，设备相互连接多，为了保证建造质量，各设备单元与机舱底部管子单元组合建造，然后按要求分开吊运，这样保证产品质量加快建造生产周期。

机舱各平台上设备单元的特点是，设备组合精度要求高，管子组装组合要求高，高压管子多，要求保证制造质量。

3.2 管子单元模块

所谓管子单元模块，就是把船上各区域管子、管附件、地板框架等进行总体布置，按照不同的部位和用途分成若干个管子制作单元(如：油船主甲板上走桥管子单元、机舱底部花地板下主机两侧管子单元、发电机平台管子单元、油舱油柜加热管单元、各种减压阀集合器管子单元等)；然后绘制成相关管子单元组装制作图，在车间等地进行管子单元的建造。各管子单元除了要满足相关管路技术要求，同时还要满足管子单元制作和船上安装的工艺性。

3.2.1 管子单元模块主要特点

管子单元模块作为一种工艺方法，目的在于通过改变完成生产过程的条件，将以往大量在船内散装的管子，提前在地上或厂房里组装成一个个单元。这样可以利用的施工场地多，可以进行集中作业，加快了施工的进度。采用管子单元预舾装工艺方法，方便了生产技术准备和生产管理工作，优化了劳动组织，简化了工艺程序，提高了工人专业化技术水平。管子单元模块还可以与船体分段建造平行或提前进行，极大地缩短船台(坞)的建造周期，为总装造船的壳、舾、涂一体化创造了条件。

3.2.2 管子单元模块组装的分类

管子单元模块按机舱底部花地板下主机两侧管子单元、发电机平台管子单元、油船主甲板上走桥管子单元、油舱油柜加热管单元、各种减压阀集合器管子单元等类型划分成不同的工艺流程进行加工。

1)油船主甲板上走桥管子、平台甲板、油舱加热管等单元。该类型单元模块分布在机舱平台和甲板各个部位，安装位置分散，单元模块制作、吊运过程中加强等都有一定的特点，应由专业的施工人员建造。专业技术人员建造时应经常到施工现场，了解各类船舶特点，把单元模块安装过程中容易发生的问题提前消除掉，提高安装质量。油舱油柜加热管单元、各种减压阀集合器管子单元可按集中流水作业的形式进行加工组装。

2)机舱底部花地板下主机两侧管子单元。该单元特点是管子多、附件多、空间间隙密集、施工精度要求高，为了保证单元的建造质量，必须与机舱底部其它类型的单元一起进行整体建造，然后按要求分开吊运。

3.3 管系单元模块

管系单元模块主要是以管子和设备组成的单元模块。管系单元模块和设备单元模块的区别在于不强调单元模块的功能，可以是多个系统和多种设备组合在一起的组合体。管系单元模块还包括管束单元模块和加热盘管单元模块。管束单元模块主要是由管子和管子附件组成。加热盘管单元模块全部是由管子组成。

管系单元模块的设计，主要是针对管子、设备布置比较密集的区域。将该区域的设备、管子以及管子附件集中布置，形成单元模块，以便于地面舾装，然后整体吊装，从而减少分段、船上的舾装量。

管系单元模块的划分没有严格的要求，除了甲板面可以采用框架固定管子形成的单元模块外，凡是不需要依附船体结构，能在地面进行组装并可以整体吊装的都可以形成单元模块。因此在设计中尽量考虑管系的固定形式，以形成单元模块。对一些布置形式、单元内所含系统没有多大变化的，要尽量形成标准单元模块。

对于不同的船型，舾装工作量较大的区域，都应尽量采用单元模块组装。如机舱底层、发电机平台、油船主甲板面的管系、油舱加热管系、散货船舱口围板周围的管系等。

在确定单元模块组装的区域时，单元模块划分应尽量将设备、舾装件、管子纳入单元模块内。因此设备布置在满足通道、维修空间的要求后尽量往船中靠，实在无法布置时才考虑布置在舷侧。

总之，管系布置要综合考虑，尽一切可能形成单元模块。对于管子、设备，凡是能采用框架形式固定安装的，都设计成单元模块。对于布置在甲板下的管子，可采用排码和多层管码的形式固定管子，以形成管束单元模块。

4 船舶舾装单元模块的发展

船舶舾装单元模块今后应向着功能性、区域性和综合性方向发展。

4.1 功能性单元模块

功能性单元模块是以具有一定专用的独立性很强的设备为主体，连接管路、附件、电器、铁舾件等组成一体，而且具有独立功能，独立运转实验、交验的单元模块体。该种单元模块技术性能强、操作方便、质量可靠，如燃油、滑油、净油机单元模块，燃油供给单元模块，冷热水压力缸单元模块，各种单体油水箱柜单元模块等。

4.2 区域性单元模块

区域性单元模块是一种较大型化、完整性强的整体单元模块；是一种提高生产效率、见效快、效益好的预舾装形式。如发电机区域组成一个整体单元模块，机舱内底区域组成一个整体单元模块，烟囱区域连同结构一起组成一个整体单元模块等。

4.3 综合性单元模块

如雷达桅、灯桅、惰气排放柱单元模块，物料架单元模块，交通装置单元模块，通风装置单元模块，系统装置单元模块等。

5 结论

目前，国外造船在模块化应用方面已发展到模块化设计和制造阶段，功能性模块已实现标准化。现在国内对一些典型功能性单元的模块化进行了尝试，也取得了成功，但是还处于探索阶段。推进模块化造船技术，应从以下几方面入手。

1)从标准尺寸和标准构造入手。标准化是简化设计、便于制造的有效措施。根据原材料和配套设备的的标准化状况，可以确定船体构件和舾装单元模块的标准尺寸和标准构造，以减少尺寸种类和构造类型，从而加快设计进程，方便施工建造。

2)从标准件和可选部件入手。造船是属于订货型的装配工业部门，订货型设计必须满足客户的合同要求，而要完成装配性生产就必须依赖外部配套工业提供各种标准器材和定型设备。标准件的可选性是“定制”设计的一种特色，可以用模块内设备的可调换性来满足船东的特定要求。

3)应从预制性、可组装性入手。造船竞争力的标志之一是建造周期，平行作业、预制预装是加快造船进度的有力措施。船体模块就是船体的分段或小分段，是船体结构的预制件；舾装模块通常是预舾装单元，也可以是船上的一个区域，它们与船体的组装就是船体总装或分段舾装和船上舾装。

[1] 何学发，李维博．模块化造船技术及其发展综述[J]．上海：造船技术，1998(1)：10-18．

[2] 陈 彬．造船成组技术[M]．哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2007．

[3] 刘雪梅．船舶舾装生产管理[M]．北京：人民交通出版社，2012．