超大型浮船坞的设计与建造

【摘　要】本文以大连中远船务工程有限公司为韩国三星重工建造的13万吨举力浮船坞为例，在总结我司以往承建的浮船坞设计与建造经验基础上，阐述了超大型浮船坞设计优化以及建造中新工艺的应用。从而为我公司独立设计超大型浮船坞积累经验，并巩固我司在同行业中建造该类产品的主导地位。

【关键词】超大型浮船坞；设计；建造

0.引言

近年来，随着世界航运业的发展，船舶主尺度越来越向着超大型化、多功能化和高附加值的方向发展。为了适应市场的需求和变化，大连中远船务在短短5年内先后为国内外设计并建造了1.2万吨、2万吨、3万吨、7万吨、12万吨、13万吨举力浮船坞。

2008年我公司承接的13万吨举力浮船坞是我公司继12万吨举力浮船坞建成后，为韩国三星重工再建的第四艘浮船坞。该坞总长449.2米，外坞墙最大型宽84米，内坞墙宽70米，坞墙高23.5米，空船重量4.5万吨，大小管材约1000吨，电缆累计约23.5万米。

13万吨举力浮船坞是目前世界上最大一艘整体式超大型钢质浮船坞（50万吨级浮船坞）。本坞可用于ULCC级超巨型原油轮和其它大型海上工程建筑物的修理及制造，也可用于大型船舶的对接、改建和停靠。

1.先进的设计理念

1.1超大型浮船坞船体结构优化设计研究

通过超大型浮船坞船体结构优化设计研究，参考现有设计规范，分析研究对象的典型设计评估工况，运用大型通用结构有限元软件系统作为研究的主要手段，建立坞体的整体粗网格有限元模型，分别对目标对象的总纵强度和扭转强度进行计算与评估，在研究过程中掌握和运用了载荷施加及网格划分等关键技术，通过计算结果与规范设计值进行比对研究和筛选，对原设计方案的局部结构进行了设计修改与优化。

有限单元方法（Finite Element Method）是对超大型浮船坞进行船体结构优化的主要方法，所采用的分析程序是PATRAN/NASTRAN（美国MSC公司开发的大型通用结构分析程序）。采用板壳单元、梁单元来模拟船体结构。

1.2现代化的三维设计手段

通过对超大型浮船坞深化船体生产设计研究，遵循在现代化造船模式要求的前提下，采用高效的三维设计手段，同时借鉴了韩国先进的设计模式，对浮船坞设计进行了全面深化，推动浮船坞的船体生产设计水平跃上一个新台阶。

深化生产设计就是指适应现代化造船模式的要求，开展“编码化、托盘化、标准化、电算化”的四化设计，确立按区域设计、以中间产品为导向按阶段出图设计、壳舾涂一体化设计和设计、工艺、管理一体化设计的设计原则，明确质量目标和责任，追求完美的设计质量。

2.创新的建造方法

2.1整体建造方针

由于13万吨浮船坞主尺度特别大，我司的船台与船坞都无法满足整船建造合拢要求，因此船务技术部根据我司实际情况制定了“ ‘隔水套’海上浮态合拢建造方法”。

将13万吨举力浮船坞共划分9个浮箱总段（1500吨～4500吨）、34个坞墙总段（230吨～360吨 ）。

浮箱1～5总段在1#船台建造，总组结束后利用气囊转运至半潜驳下水。

浮箱6～9总段在3区码头建造，直接利用大型海吊下水。

浮箱按顺序利用“隔水套”进行海上浮态合拢。

34个坞墙总段利用海吊进行海上吊装合拢。

2.2总段合拢口精度控制

(1)分段制作阶段采用胎架法和激光经纬仪对分段总体进行精度控制。

图3-1 浮箱分段精度控制点

(2)采用数理统计法对合拢口进行精度测量及控制。

2.3气襄下水受力分析

滚动摩擦力(拖力）

Fm=2fN/d

f =0.056b/R

b为气囊的接触面积的半宽m；

R为气囊的半径m。

图3-3浮箱总段利用气囊下水过程

2.4水上调平对接及定位调整

(1)首先要对整个浮箱总段进行封堵，使总段下水后及对接时处于安全状态，主要利用原有大型结构进行封堵，保证整个浮箱四周成完全封闭状态。

(2)根据总段划分原则、结构型式、重量重心位置、吃水深度来设定临时调平舱位置。一个大型总段通常设立3～4个调平舱，参照重心成对称布置。

(3)检查两浮箱总段中心线的纵向直线度及纵向结构对位情况，用手拉葫芦及平三套调整，使之满足精度要求。

(4)检查两浮箱合拢口强结构的垂向对位情况，相差大于50mm时通过压载水调整，50mm以内可用油顶调整。

(5)合拢口定位线及垂向结构间隙检查。检查左右舷定位线间距，使之差值控制在精度要求以内；检查垂向结构间隙，上下间隙应基本一致。

2.5浮箱总段“隔水套”水上总段合拢技术

水套是专门为浮箱总段合拢设计的临时水密装置。水套由工作通道、压载舱、空舱、集水井、排水井、控制舱及舷塔等所组成。利用水套工装进行水线下合拢口的装配、电焊和涂装作业。

2.6坞墙吊装方法制定

坞墙总段通常采用卧式建造法，根据我司现有可利用吊车的基本情况，经过有限元分析计算，通常采用坞墙总段起吊后直接空中翻身，然后上船安装的吊运方法。

根据坞墙总段的主尺度、重量、内部结构形式及建造方式等基本情况，考虑吊运翻身的特点，为尽量减小吊运翻身过程中总段的变形，吊点位置设置在纵、横连续强构件的汇交点上，并于左右围壁或前后端壁的延伸部分，尽可能对称于总段的重心。

2.7坞墙水上合拢

2.7.1安装坞墙宽度限位板

浮箱甲板及浮箱外坞墙上为控制坞墙宽度安装限位板，具体安装位置在坞墙两端及中部强框架处，其目的是引导坞墙就位和固定坞墙根部橫移。

2.7.2安装找正拉带

在内坞墙一侧安装找正拉带，具体安装位置在坞墙两端及中部强框架处，其目的是用来控制分段垂直度，找正和固定拉紧分段使用。

2.7.3安装拉固花篮螺丝

坞墙吊装在浮箱甲板上，摘钩前在坞墙根部水平方向安装花篮螺丝，调整坞墙前后位置。找正到位后，再安装坞墙与浮箱甲板间的花篮螺丝，上下拉紧固定坞墙，以防坞墙分段失稳倾斜。

3.结束语

13万吨举力浮船坞拖运交付韩国三星重工使用，再一次刷新了目前世界上完工建造的最大浮船坞纪录。通过对超大型浮船坞的设计优化和建造创新，大大降低了建造成本、缩短了建造周期，提高了产品质量。为我司今后开展同类产品的设计、建造工作做好了技术储备。