一種集裝箱船艙內墊板平面度計算方法

游擴鋒，達有寶，韋景景，趙 宇，龔道明

（中船黃埔文沖船舶有限公司，廣州510715）

經(jīng)過(guò)大量的集裝箱船艙內墊板安裝數據對比發(fā)現，現有的艙內墊板計算程序在墊板安裝后會(huì )出現不同情況的平面度超差情況，板厚計算的誤差累積導致了艙內墊板安裝公差偏大。針對以上問(wèn)題，編制了一種基于三點(diǎn)共面公理的板厚及平面度計算程序。該計算程序，只要將測量工位點(diǎn)輸入電子表格，就能將單個(gè)箱位的計算過(guò)程、處理后的平面度、水平面原始測量差顯示出來(lái)，大大提高了計算速度及結果檢驗方面的運用。

基于三點(diǎn)共面公理，在已知三點(diǎn)坐標基礎上計算另一個(gè)點(diǎn)使之達到共面；
因船舶建造均嚴格按照水平面界定船舶水線(xiàn)、邊柜層高等用以控制精度要求和通用標準管理，并且較大的斜平面安裝超差會(huì )隨著(zhù)集裝箱裝箱層高累積傾斜，將受力傳導給導架/綁扎系統，部分超差嚴重者甚至會(huì )影響實(shí)際堆箱效用，故在平面度基礎上調節板厚計算中，建議依舊用實(shí)測水平基準點(diǎn)直接計算工位點(diǎn)相應的板厚。

集裝箱船艙內墊板調試安裝和分箱塊/堆放錐安裝，一般在整個(gè)貨艙成型后或集裝箱導軌安裝完成后進(jìn)行精度定位和開(kāi)線(xiàn)測量；
工位采點(diǎn)使用經(jīng)緯儀進(jìn)行單點(diǎn)測量或其他等效替代方案，其平面數據截取后將獲得較多原始測量數據，這些原始測量數據都是基于同一水平面或依據邊柜層高分層測量水平面；
在安裝過(guò)程中，鑒于貨艙成型后的分段沉降、焊接形變、塢墩布置管理變動(dòng)等不可預測性，建議數據采集在貨艙成型及導架完工后完成，綜合測量數據基本定型后測量選??；
由于整個(gè)貨艙同一水平面調平十分困難，計算時(shí)只需按同一共用箱位的測量數據來(lái)計算相應的板厚、平面度來(lái)達到使用目的。

經(jīng)緯儀數據測量示意圖，如圖1 所示。

圖1 經(jīng)緯儀數據測量示意圖

3.1 同一甲板面的墊板平面度板厚計算

（1）測量獲取原始墊板安裝位平面度數據，如圖2 所示。

圖2 箱腳安裝位測量單點(diǎn)測量水平基數

（2）以上四點(diǎn)最小值為662，將每個(gè)原始平面度減去該最小值得到四點(diǎn)基于同一水平面的差值，如圖3 所示。

圖3 箱腳安裝位水平差值

（3）依據原始平面度核加基礎板厚（例如8 mm基礎調節板厚）得到數據如圖4 所示。

圖4 箱腳安裝位調節板厚

（4）若無(wú)層高計算，則可按以上計算結果直接裝配施工。需要注意的是，如果同一箱位20 ft、30 ft、40 ft、45 ft 在同一平臺共面情況下，需共同減去同一最小值用以計算。

式中：△H—實(shí)際層高差；

h′—實(shí)測層高；

h″—集裝箱理論層高/圖紙邊柜要求層高；

α—上層安裝工位的平面度基礎板厚；

β—下層安裝工位的平面度基礎板厚。

因船型設計不同，其層高理論設計含帶艙內綁扎或直接堆放等不同情況，通常20 尺或30 尺集裝箱艙內堆放會(huì )有ISO GAP,由于間距過(guò)小無(wú)法綁扎，因此疊箱通常采用扭鎖連接或橋鎖和連接板加固。這種裝箱形式調平需考慮增加扭鎖厚度/升高座高度，新設計船型已基本不再設計艙內綁扎扭鎖和升高座，改由船體自身壓載邊柜層高填補，故對層高差的計算僅做無(wú)扭鎖堆箱及無(wú)升高座堆箱情況計算。

因底層已經(jīng)將上述層高調平，故僅作艙內最底層集裝箱堆放調平來(lái)進(jìn)行計算。

作為案例，下面以20 ft、40 ft 通用箱位計算如下：

（1）以理論邊柜層高2 592 mm 作為集裝箱理論層高，上下層邊柜實(shí)際測量高度為2 600 mm，分別帶入計算上下層邊柜集裝箱四腳墊板板厚；

（2）在基礎平面度板厚測量計算完成后，將得到基礎實(shí)際板厚數據，如圖5 所示。

圖5 箱腳安裝位計算后的調節墊板板厚

（3）為了更好的理解現場(chǎng)墊板與層高間的關(guān)系，用模型展示，如圖6所示

圖6 層高測量點(diǎn)墊板現場(chǎng)關(guān)系立體圖示

3.2 含邊柜層高的墊板平面度板厚計算

若有邊柜層高計算，經(jīng)過(guò)大量的數據對比后，總結出以下公式：將比上層平臺低20 mm；

（5）因最小基礎調節板現場(chǎng)實(shí)際板厚規定不能薄于8 MM，故上層平面調節板厚數據不可調節，只能共同增厚下層平面調節板板厚予以調平，由此層高換算后的最終安裝板厚數據，如圖7 所示。

圖7 安裝位增加層高差后的最終調節板厚度

在實(shí)際安裝過(guò)程中，艙內結構扭曲形變、支撐結構/腹板安裝誤差累積，板厚的選取及測量誤差疊加無(wú)可避免，安裝后需要重新進(jìn)行復測驗證并輸入計算表格用以驗證其正確性。

由于水平面測量調節在公差測量應用中較為繁瑣，故我們依據三點(diǎn)共面公理開(kāi)發(fā)了以下測量表格，用以驗證安裝后的墊板平面度。該計算程序在非水平安裝檢測判定方面，應用前景較為廣闊。

4.1 同一平臺上的板厚計算表

見(jiàn)表1。

表1 同一平臺上的板厚計算（單位：mm）

4.2 非同一平臺上的板厚計算表

見(jiàn)表2。

表2 非同一平臺上的板厚計算（單位：mm）

4.3 功能示意圖

見(jiàn)圖8、圖9。

圖8 使用功能示意圖（一）

圖9 使用功能示意圖（二）

在基于大量的實(shí)際數據匯總對比計算后，發(fā)現該計算程序在單個(gè)箱位平面度計算方面高效便捷，板厚計算失誤率低，數據監控方便，計算表格能直觀(guān)顯示所有測量點(diǎn)及其對應的判定邏輯，直觀(guān)看到四點(diǎn)平面判定的誤差值及8 點(diǎn)共面水平差值，直觀(guān)顯示最終工件厚度。

現有的高精度掃描儀在測量方面費用昂貴，在船舶工程領(lǐng)域應用還相對不成熟?？紤]到工程施工周期及現場(chǎng)工況的復雜性，在相當長(cháng)的一段時(shí)間內，單點(diǎn)測量將仍是主要的數據采樣手段。

在安裝前測量準備階段發(fā)現，在實(shí)地測量原始水平數據的過(guò)程中，存在原始測量數據和整個(gè)貨艙吊裝成型情況相關(guān)聯(lián)變動(dòng)情況，受制于分段吊裝成型狀況、墩位墊木承重形變及極端天氣導致的鋼板熱漲形變、分段本身誤差及定位誤差等，均使得原始測量數據在測量前后有一定的偏差，加上現有的單點(diǎn)測量數據均由人工采集錄入，很大程度上會(huì )降低數據的采樣可信度，故需將數據測量錄入的階段嚴格界定，應選擇在底部段翻身調平后的地面預總組階段或搭載后的貨倉成型階段進(jìn)行，即在實(shí)際綜合形變誤差可控情況下進(jìn)行數據測量選取，且必須多次測量復查，避免由測量失誤引起的大量返工和安裝損失。

在安裝后，調節板的安裝精度因人為操作失誤無(wú)法避免，如安裝焊接形變、板厚選擇不匹配、墊板自身水平度調節誤差偏差、測量讀數誤差等，安裝后需要重新進(jìn)行復測驗證并輸入測量檢驗數據，用該計算表格驗證其實(shí)際安裝后的墊板平面數據的準確性。

集裝箱船的貨艙通常以貨柜墊板作為貨物主要承載部件，其精度受貨艙成型、導架、壓載艙邊柜層高等多項因素影響，安裝管理需要精通貨艙成型和裝箱效用的三維立體空間關(guān)系。該安裝調試計算方法簡(jiǎn)便，可靠性高，安裝后誤差返工率明顯降低，取得的效益較好，系統化建造檢驗方面也較為適用，整體上較以往墊板安裝配平方法簡(jiǎn)單易學(xué)、操作靈活，對高精度要求的艙內墊板及在舾裝件預裝方面的精度數據分析檢驗方面也具有使用價(jià)值。