船体临时结构重量计算对吊装工艺工法的影响及控制

一、吊装工艺工法对临时结构重量的依赖关系

（一）吊装工艺分类及对结构自重的适应性

船体模块吊装常用吊装方法有单点吊装、多点同步吊装、液压提升、门式起重吊装等，不同的吊装工艺对结构自重的适应性不同。单点吊装对重心偏移比较敏感，需要临时结构有足够的刚度，多点同步吊装可以分散载荷，但是对整体重量计算的精确度要求更高。选择吊装工艺要根据模块的尺寸、质量以及施工设备条件，临时结构的重量计算精确度直接影响工艺的适用性以及施工安全。

（二）吊点布置与重量分布的耦合关系分析

吊点布置要符合结构重量分布，估算不准就会造成吊点受力不均，存在撕裂，失稳，整体倾覆等危险。通过精确的三维建模和有限元分析，可以保证吊装时各个受力点都在安全范围。临时结构是刚性支撑，自身重量不但影响吊点位置，还直接关联吊装力矩的精确度。

（三）吊装路径规划与临时结构重心控制要求

吊装路径要避障合理，重心控制也很重要，重心估算有误差。模块吊运时就会倾斜，旋转或者碰撞，吊装稳定性被破坏，垂直方向的偏差会引发偏载，横向偏移会造成结构侧倾或者支架滑移。想要吊装顺利，就要在设计阶段精确计算重心，制定合适的吊装路径和姿态控制方案。

（四）大模块吊装与临时结构重量对施工节奏的影响

伴随着造船造厂技术发展，大型模块吊装成为主流趋势。大模块自重大、体积大，对临时结构的重量估算、配套能力要求更高，临时结构过重延长了制造期、增加了吊装设备负荷及施工难度，过轻会造成吊装过程中变形损坏。由于临时结构是整个吊装工作的最后一道工序且一般吊装工作属于整个船体建造的总装工序关键路径中的一环。如果因重量计算不精确造成吊装工作延误，会导致整个船体建造的节奏与工期延误。控制临时结构的重量误差控制是保证施工进度的关键步骤之一。

二、临时结构重量误差对吊装施工的具体影响分析

（一）超重或偏重引发吊装过程不稳定风险

如果临时结构的重量超过了原来的数值，吊装设备的承受能力就会被大量地透支，使得钢丝绳，吊梁这些物件处于过载状态。产生出弹性振动，晃动以及猛烈的撞击，在动态吊装的时候，这种不稳定性还会使结构受到的力出现异常，从而引发模块失控。而且，特别是在海上或者风载状况复杂的环境里，吊装过程中的安全储备比较少，哪怕有一点点偏重，都会带来非常严重的后果。所以，在设计之初就对临时结构的重量作出足够的估计，并且在制造阶段执行细致化的管控，这是保证施工稳定的根基。

（二）临时结构重量失准导致应力集中和结构变形

吊装时，结构的应力分布随着重力和吊点受力而改变，如果临时结构重量估计错误，造成设计吊点受力不均，结构就会在非预定位置出现高应力区域。应力集中会造成微裂纹，塑性变形或者局部屈服，给永久结构留下隐患，影响船体服役寿命。而且失衡还会在起吊时让模块变形，影响对接精度和安装配合，把握临时结构的重心和重量，就能避免应力异常和变形。

（三）起重设备选型误差与现场施工安全隐患

施工现场选择起重设备要依靠对吊装总重量的准确把握。如果临时结构重量估量低，那么起重机型号，吊索配置以及吊具承载能力就可能不够，进而留下隐患，特别在大型船段吊装时，错误的设备配置一旦在吊装过程中暴露出问题。就会产生高昂的换装费用甚至严重的施工事故。通过形成涵盖设计，制造，校核各个阶段的重量闭环控制体系，可以明显改善设备选型的科学性与安全性，防止现场被迫应付，反复操作。

（四）临时结构重量控制对施工周期与成本的制约作用临时结构的重量，既牵扯到安全，又关系到材料消耗、制造难度和装配精度，如果临时结构过重。不但会加大焊接、加工和运输的成本，而且需要配备更高一级的吊装设备和平台，这就使项目的总投资增大。而且，如果重量估算不准，也可能会在后面出现问题，致使返工，重新设置吊点，耽误工期之类的连锁反应，在实际工程当中，利用精确建模技术。比如BIM，结构仿真来对临时结构的重量做全过程的动态追踪，便能在早期达成“ 设计一制造一施工” 三位一体的协同控制，削减总成本，缩减工期。

三、提升临时结构重量控制精度的策略与路径

（一）基于BIM 与数字孪生的结构建模与重量模拟

要想提升船体临时结构重量计算的精确度，就要采用以 BIM（建筑信息模型）和数字孪生为根基的结构建模和仿真技术。凭借高精度三维模型，BIM 可以把临时结构的材料属性，连接形式和空间关系全部集成起来，做到重量的可视化管理并精确计算，而且，借助数字孪生技术，把建模成果同现场施工数据及时关联起来，动态更新结构状况。材料损耗以及实际安装情形，从而做到重量模拟和吊装工艺的实时契合，缩减重量误差给施工带来的影响。

（二）临时结构设计阶段引入重量控制反馈机制

在临时结构设计之初就要建立起围绕重量控制为核心内容的多轮迭代反馈机制，加强设计方案同施工实际情况之间的互动联系，设计团队在方案搭建的时候就要预先设定好重量控制的标准范围。每次进行设计调整或者细节改良的时候都要同步执行重量评定工作，保证不会因为结构安全余量或者是节点加固而无意识地造成重量提升，而且要安排专门的重量审查环节。由不同专业的力量联合起来对临时结构的重量模型以及关键节点设计展开审查，预先防范重量失控的现象发生。

（三）施工前动态复核与全过程监测技术应用

进入吊装之前，开展针对临时结构的动态复核工作，借助称重系统，激光测量以及三维扫描技术对已经制造完成的构件执行实测，核查其重量是否符合理论数值。在吊装过程中，可采用应变计，加速度传感器等传感装置对吊点所承受的力，结构姿态以及重心偏移状况实施实时监测，随时察觉吊装过程中重量存在的偏差及其结构响应的异常情况。从而给吊装安全给予数据支撑，这种全时段监测体系有益于把重量误差的风险提前辨识出来并加以动态控制。

（四）优化工法匹配机制，实现重量控制与吊装工艺协同

临时结构重量的控制不能脱离吊装工艺而单独进行，需要建立一套以数据驱动为主的工法匹配机制。把重量评价结果同吊装路径规划，起重设备选择等内容形成闭环联动，在吊装工艺挑选之初，按照临时结构重量预估数值选出最合适的施工方法。制订对应的吊点布局及安全冗余准则，当重量发生改变的时候，便自动促使吊装工艺参数作出相应调整，从而保证施工安全与效率能够做到有机结合。通过优化工法匹配机制，就能达成结构重量控制与吊装施工间的动态协同与精准对接。

结论：

临时结构重量计算精度是船体模块吊装安全、高效、可控的基础因素。借助 BIM、数字孪生等智能建模与仿真技术，结合全过程监测及工法匹配优化机制，可降低重量误差引发的吊装风险和资源浪费，助力船舶建造由经验型向数据驱动型转型。

参考文献：

[1]王永新.船体结构设计及建造中的细节处理[J].船舶物资与市场,2020,(06):52-53.

[2] 张祥. 船体结构设计及建造中的细节处理[J]. 船舶物资与市场,2020,(05):3-4.

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