摘要：本文闡述了船舶開展先行工法設計的條件與時機，以某船廠成功建造的挖泥船、集裝箱船等產品在船舶詳細設計與生產設計銜接過程中發現的問題，結合詳細設計數據和具體工法優化設計案例，通過對比得出船廠開展先行工法設計有利于船舶建造精度控制、簡化生產流程、提高產品完整性;并提供了船舶設計與建造工藝、工法設計有機結合的前瞻性方法參考;同時，對開展先行工法設計的局限性及解決辦法進行討論。
1、前言
船舶設計分為：基本設計、詳細設計、生產設計。船廠主要負責生產設計，工法設計屬于生產設計的范疇。
船舶工法設計是指以船體結構為主要對象、工藝為核心，在確保設計滿足規范要求、建造成本、施工質量、生產安全性的前提下，綜合考慮機、電、舾各專業的協調，達到先進的設計和高效的建造技術。
對于大多數船廠，船舶的詳細設計主要由設計公司負責，船廠主要負責生產設計，其中包含了工法設計。分段（總段）劃分、基準線方案、建造精度方案、分段建造流程、總段建造流程、船臺快速搭載等都屬于工法設計內容。工法設計是在詳細設計確定后開展的，我們稱為后行工法設計，這個階段工法設計的作用主要是施工流程規范化、標準化，讓每個流程有法可依。
如果原設計存在影響施工效率、增加成本的地方，需要對詳細設計進行優化或者改進，就需要工法設計提前在詳細設計時介入，詳細設計階段介入的工法設計稱為先行工法設計。開展先行工法設計需具備一定的條件與時機，在詳細設計的哪個階段介入最佳、效果體現在哪些方面，以下將結合實際案例進行闡述。
2、先行工法設計的條件與時機
2.1前提條件
對于委外的詳細設計合同簽訂方式，主要分為兩大類：
（1）合同由船東與設計公司簽訂。由于詳細設計合同是船東與設計公司簽訂的，船廠介入機會不多，對于船廠提出的設計優化建議，除了原設計與規范相矛盾的意見設計公司會采納，其它的優化建議被接受的可能性極小;
（2）合同的船廠與設計公司簽訂。詳細設計合同由船廠與設計公司簽訂，是開展先行工法設計的前提。但并不是船廠提出的優化建議，設計公司就會全部采納，詳細設計合同的主要內容是總體性能方面的要求，以滿足設計規范及船東需求為主，在細節方面不可能逐一寫進合同。船廠主要是在供圖時間、計劃批次上爭取更多的主動權，間接給先行工法設計創造前提條件，船廠應抓住這個有利條件提前介入。
2.2介入時機
設計公司在詳細設計正式送船級社審圖前，會提前將預審版的圖紙發給船廠和船東提意見，其中船體結構類的《典型橫剖面圖》會提前得更早。船廠在收到《詳細設計目錄》后必需安排好各類圖紙的預審人員，將預審圖紙轉發到各專業室收集意見匯總反饋給設計公司;工法設計人員同時進行預審，結合船廠的實際條件、施工便利性等方面提出意見。工法設計在詳細設計圖紙預審的時候同時介入，時機最佳。
3、案例分析
結構專業設計人員對于主要預審圖紙的信息完整性、內容一致性，工法設計人員重點考慮該船建造方面相關內容。工法設計人員需對船廠所有設施、設備條件、施工工藝、以往建造經驗有充分的了解，對于船廠生產條件達不到的及時反饋給制造部門制定相應措施。例如：特殊板材是否有對應的WPS、厚板的加工是否滿足要求等;預審的重點還在于發現是否存在影響建造質量、生產周期、需優化的結構節點。這些方面的優化除了熟悉船廠生產條件之外，還需要工法設計人員對質量、成本具備一定的敏感性。下面結合某船廠已交付產品的典型例子，從不同方面進行分析。
3.1精度控制
精度控制貫穿于船舶建造整個過程。該船廠的船舶下水方式為滑道拉移下水，滑道布置在船臺中心線兩邊6 200 mm處，為固定式不能調整。船舶下水時，所有下水重量集中在兩條滑道上，因此滑道對應船體結構受力集中，曾因該處船體無強縱桁或下水加強構件而導致部分外底板或內部結構變形，需要進行校正甚至局部換板，增加成本并影響了生產周期。
如圖1所示為某挖泥船的《典型橫剖面圖》外底結構。設計公司發來的預審圖中，距中6 200 mm附近為普通的外底縱骨，該船空船重量高達12 000多噸，結合以往經驗并采用有限元計算分析，此處為變形的高危區域，需要進一步優化;從圖中看到，距6200 mm最近的一檔縱向結構為5 850 mm普通外板縱骨，強結構為5 200 mm縱桁，同時5 200縱桁距3 900縱壁僅2檔，距7 800 mm縱桁為4檔，如能將距中5 200 mm縱桁移到距中5 850 mm處，將對下水的變形控制非常有利。據此，第一時間將此項優化建議通知設計公司，設計公司采用有限元方法對全船進行有限元計算，確認該優化方案，并在升級版的《典型橫剖面圖》中更新后送審（見圖2），該區域外板結構在船舶下水過程中得到了有效的控制。
上述優化方案，是設計公司與船廠互相結合的典型例子。不同船廠具備不同的生產條件，如果在詳細設計階段及時發現存在的精度、質量隱患，及早做出優化，后續生產將能減少更多的修改。
3.2流程簡化
詳細設計主要側重于滿足規范要求，對于船廠建造流程細節不會過多考慮。下面這個例子同樣是挖泥船的優化設計，截圖表達的是挖泥船的邊艙通道結構：圖3為預審圖，從標記圖框看到甲板橫梁結構形式為T型材加左右兩端部的T型肘板，外板肋骨也是T型材加下端的T型肘板。此類組合結構集中在貨艙區域，全船左右舷共300處，僅小組立階段，就會帶來大量的T型板材預制工作：預審之后，向設計公司提出了將端部的T型肘板與T型桁材一體設計的優化方案（見圖4），該方案很快得到設計公司的認可。
該方案通過化零為整的方法對結構進行優化。以一個肋位為例，對優化前后工作量進行對比：一個肋位通過優化后，僅增加了10件扁鐵面板的加工，但零件數量減少了32件，小組立、中組立各減少了16件，數量的減少直接縮短相關的生產流程時間;此外，還有零件理料、自由邊打磨、工作流向等，全船有30個肋位，裝焊的工作量大大減少，同時也減輕了結構重量。
上述相似的例子還有不少，如：板厚區劃分，詳細設計時某個區域會分出幾種不同的厚度，增加了訂貨規格，也增加了拼板工作量，并且拼板縫增多了精度控制難度也提高。這樣情況也可以進行優化，化零為整將零碎的板塊整合，重量雖略有變化，但簡化了工序，相應的制造成本也就下降了。
3.3產品完整性
船舶建造過程中，分段、總段的完整性程度是衡量船廠生產集成化程度的一個標準。如前所述，工法設計主要以船體結構為主，但生產設計為綜合性設計，與其它專業也息息相關。圖5為1 750TEU集裝箱船No.1艙823分段首向合攏口水平桁，原端部節點設計與上述第二種節點相似，對于能節省裝配流程。但此處FR201壁輪機專業垂向設計了4路管子，管子在分段階段預裝，桁材端部穿插在管路支架當中，當823分段與首向分段805進行總組時，水平桁與管子存在干涉。首制船現場拆裝了四路管子后再進行總組，浪費了管子預裝工作，也影響了總組效率。發現問題后進行了專業協調，水平桁單舷僅有兩處而管子有4路，靠舷側布置是最優的方案，從雙層底延伸二甲板管子在分段預裝效率遠高于在總組時安裝。因此，綜合考慮后決定優化結構設計，拆分端部結構，將端部改為肘板型式在總組階段安裝，既解決了干涉問題，同時確保了總段建造完整性。
從上述方案發現：結構設計完成時管子還沒有布置;在進行管子設計階段，由于協調不及時或專業限制不清楚總組流程，專業評審時也未能暴露問題，所以到了施工階段才發現這個問題，因此工法設計還需進一步深入到各專業，綜合協調，提前預判，減少給現場施工帶來困難。
以上幾種方法為典型的工法設計，常見的還有：工裝腳手架設計、大件設備進艙預開孔、臨時工藝孔提前設計等，在分段組立方面可以通過增加板縫減少施工難度，或者優化結構斷開與連續方式等。由此可見，設計優化有利于船廠生產的各個方面，但優化也存在一定的局限性。
4、設計工法的局限性
船廠設計優化不容易得到設計公司認可，設計公司主要會在以下幾個方面提出要求：
（1）時間：在收到預審圖后，船廠的預審時間不多，這時反饋給設計公司的優化如涉及總體強度計算或整體圖紙改動，設計公司會告訴船廠需要多少時間，這個時間往往是船廠不能等待的，而船廠往往只能放棄;
（2）費用：改動肯定涉及設計費用，而無償優化設計不可能在合同中備注，對于設計公司提出的增加費用，也是船廠考慮的因素，需對比增加的費用和優化之后可減少的成本，權衡利弊迅速做出判斷;
（3）拒絕：沒有原因直接拒絕，特別是國外設計公司。
對于以上存在的局限性，船廠在判斷增加時間對生產設計不會帶來較大影響的情況下，可協同船東與設計公司一起溝通，本著提高產品質量、及時完工的共同目標尋求解決方案，爭取方案通過的方法更多在于船廠與設計公司的友好合作基礎。
5、結論
工法設計在詳細設計階段先行介入，有利于船舶整體建造精度控制、施工作業流程簡化、提高分段、總段預舾裝率及完整性等，這一切都將直接或間接給生產提速增效、降低建造成本，讓船廠在競爭日益激烈的船舶市場上爭取更多的主動權。
來源： 廣東造船陳鋅 黃華鋒
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