船舶上层建筑整体吊装技术研究综述

船舶上层建筑整体吊装技术研究综述
卫涛 119010014
摘要：上层建筑是船舶甲板以上凸出的最大结构部分，上层建筑整体吊装技术发展大致可以分为逐层吊装、多层吊装和整体吊装三个阶段。

本文阐述了上层建筑整体吊装技术发展，总结了上层建筑整体吊装的各项关键技术，展望了上层建筑整体吊装技术的应用前景。

关键词：上层建筑；整体吊装；关键技术；发展趋势
一、上层建筑整体吊装技术发展
随着国际航运的竞争的日趋增强，对船舶大型化和造船速度提出了更高的要求。

制约快速造船一个很重要的原因是船舶舾装的程度，上层建筑作为船舶舾装工作量最大的一个模块，提高其整体吊装前的舾装程度，无疑会大大提高劳动生产效率、缩短船舶的建造周期、降低造船成本。

上层建筑不承受船体主要载荷的构件，因此结构强度及刚度设计相对较弱，整体吊装时容易变形，一旦吊放到船体后校正又非常困难，另外受设备吊装能力的限制，上层建筑吊装技术发展经历了逐层吊装、多层吊装和整体吊装[1]，[2]三个阶段。

逐层吊装阶段。

在主船体合拢、主机吊装结束后再按层次从下至上分别进行上层建筑各层结构的吊装：首先，按层次进行分段划分并建造；其次，进行铁舾、管系、电器等预舾装；进行逐层吊装上船合拢，在进行余下部分舾装工作。

由于铁舾、管路、电缆等都涉及衔接工序，因此大量的舱室内舾装工程只能在衔接完成后进行，还存在材料运送和高空作业的不便的问题，因此逐层吊装的作业方式占用了大量的船台周期和码头周期，导致施工效率很低。

多层吊装阶段。

随着吊装设备能力的提高和工艺的逐步改进，上层建筑逐渐由逐层吊装向多层吊装方向发展。

一般选择以2～4 层上层建筑分段作为一个总段，将整个上层建筑分成2～3 部分进行多层吊装。

多层吊装技术的运用，减少了吊装上船后的合拢接头，使原先部分涉及衔接部位而只能在船上进行的舾装工作都能转移到多层总段内进行，有效缩短了船坞及码头舾装周期。

整体吊装阶段。

上层建筑的整体吊装是近年来提出的，当船体在坞内建造的同时，将上层建筑在专用平台上进行装焊和预舾装，从而形成整体总段，即将原先在船上搭载的工作转移到平台上进行，并在总段内完成大部分预舾装工作及涂装工作，然后将上层建筑整体吊装到主船体上，再进行少量的底层装焊，电缆、管子的连接等工作。

二、上层建筑整体吊装关键技术
随着船舶大型化以及预舾装程度的提高使上层建筑整体分段的尺寸、重量越来越大，因此大型船舶上层建筑的整体吊装难度也同样突出，而如何解决上
层建筑整体吊装时的结构变形也就成了各个船企的热门研究课题。

下面针对船舶上层建筑整体吊装的关键技术展开论述。

（1）托盘管理及结构完整性
托盘设计是按照现代造船模式要求，进行中间产品的工程分解，按照不同的工艺阶段、不同的施工区域和安装位置确定一定作业量为基本单元的一种设计方法，托盘管理则是运用托盘设计所提供的工艺技术数据和生产管理信息，根据作业日程计划的要求，通过器材的纳期及集配管理，将外场安装需要的各类器材以托盘形式送到作业现场，确保按时施工，实现生产计划的有序可控。

结构完整性主要着重于上层建筑建造时具有较高的预舾装率[3]，要求运用并行造船工艺，在指定的平地上进行分段制造，在指定场地进行组装，形成上层建筑整体总段并进行完整性舾装。

托盘管理技术和预舾装率虽然不直接涉及上层建筑整体吊装，将严重影响上层建筑的建造进度，决定了上层建筑整体吊装的实际效用。

（2）设备起吊能力
船厂的设备起吊能力是决定上层建筑整体吊装实施可行性的最关键的因素，早期上层建筑整体吊装技术应用受限主要是因为起吊能力不够造成的。

设备起吊能力主要包括吊机额载（包括主吊、副吊）、吊牌自重与额载、钢丝绳的长度与额载等。

对于部分中小型船厂而言，为了实现大型上层建筑的整体吊装往往采用塔吊或者龙门吊联吊的型式出现，在这种情况下还需要慎重考虑吊机的间距设置、移动控制等各项问题，以防止重大吊装事故的发生。

（3）吊点配置
吊点配置一般要考虑以下两方面因素：需要满足钢丝绳夹角要求，一般来说钢丝绳与竖直方向夹角较小，否则将加大钢丝绳的承载负担；根据重量重心进行吊点配置，在用单台吊机进行吊装时，靠近艏部吊点和靠近艉部吊点一般设置在重心的两侧对称位置，有利于钢丝绳吊装时两端的受力平衡及调整。

总重量应包括分段结构重量，电气舾装、冷空通舾装、内舾装、外舾装、管系舾装等重量，焊剂重量以及涂料重量等。

上层建筑整体受力连续性最好的位置为舱壁位置，通过连续的舱壁传递，可借助围壁结构本身强度控制大部分的吊装变形，因此在进行上层建筑整体吊装时往往将吊点设置在甲板的前后端壁及侧壁位置。

（4）响应分析
上层建筑在进行整体吊装过程中，承受的载荷为结构的自重载荷。

在载荷的作用下，结构内部会产生应力及位移，应力超过了许用值或者产生了较为严重的变形都将引起结构的破坏，因此在吊装过程中必须保证结构具有足够的刚度和强度。

响应分析内容如下：参考有限元直接计算指南[4]（如中国船级社的《船体结构强度直接计算指南》）来对上层建筑结构进行有限元建模；对结构施加载
荷，包括质量载荷及位移约束，在考虑质量载荷时往往需要考虑吊装初始、结束时的加速度而加大重力加速度值，另外一般还需要将舾装重量以载荷或者是质量折算的形式施加到结构模型上；应用有限元软件（如PATRAN、ANSYS 软件等）完成计算，按照计算结果调整吊码设计并针对位移和应力较大区域制定相应的加强方案。

三、整体吊装技术发展趋势
上层建筑整体吊装技术应用的必要性。

进入二十一世纪以来，船舶企业的经营与管理也已经从过去单一的目标式发展开始向系统化、科学化管理转变，因此如何应用更科学更先进的技术完成上层建筑的整体吊装，在很大程度上成为企业未来生存和发展的关键技术之一。

另外，近几年受金融危机影响，船市低迷，为了抢占市场和降低运输成本，船舶的大型和超大型化趋势持续加强，上层建筑整体重量普遍超大[5]，能否配备大型起重设备以实现上层建筑的整体吊装，进一步缩短船坞周期及船舶建造周期，成了制约大部分小船企的因素之一。

上层建筑整体吊装技术应用的有效性。

在具备大型起重设备的前提下，通过深化和完整上层建筑的托盘管理，达到集、配、送一体化，提高上层建筑总段预装的完整性（可以使预舾装率[6]达到90%以上），完成上层建筑整体吊装后，再进行少量接头工作及修补工作就可进行码头调试、空船测重试验，从而大大提高劳动生产率和内装质量，缩短造船周期，降低成本，改善作业环境，最终实现壳、舾、涂一体化造船的发展战略总目标。

随着船舶的日趋大型化，船舶市场竞争的日趋激烈，上层建筑总段完整性舾装工艺配合上层建筑整体吊装技术的方法必将是今后上层建筑整体吊装技术的根本发展方向。

参考文献
[1]袁红莉，蔡振雄，陈章兰.53000DWT 散货船上层建筑整体吊装工艺设计[J].
船舶工程，2009，31（2）：1-3.
[2]黄兴群.上层建筑完整性整体吊装工艺研究[D].上海：上海交通大学，硕士
论文，2008.
[3]周春霞.基于现代造船模式的船舶舾装模块化设计应用研究[D].上海：上海
交通大学，硕士论文，2008.
[4]中国船级社.船体结构强度直接计算指南[M].北京：人民交通出版社，2001.
[5]张延昌，王自立，罗广恩.船舶上层建筑整体吊装强度有限元分析.船舶工
程，2006
[6]杨永谦,黄贻平等.29000t货船上层建筑整体吊装内舾装的安全性分析[J].
华南理工大学学报,1997（7）。