王梁 张海甬 黄磊
上海市外高桥造船有限公司 200023
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摘要：自装配式脚手架投入使用以来，以其方便快捷的搭设方式受到了工程建设各界的关注。现已在临时看台，承重式支撑脚手架，人行天桥，附墙式施工脚手架，等四大类工程中得到了大量的应用，得到了人们的高度评价。为了对此类脚手架有更为全面的认识，以便今后更好的应用，本文通过理论与应用分析相结合的方法，对装配式脚手架的各方面性能进行深入的研究。
关键词：装配式脚手架；应用；船舶建造
引言
近年来随着科学技术水平和经济实力的不断提升，我国造船业也迅猛发展，今年中国工业和信息化部发布的数据显示，2017年中国在造船完工量、新接订单量、手持订单量大三指标国际市场份额均位居世界第一，这一成绩的取得，除了资金、技术和管理水平的大幅度提升外劳动力的成本优势起了很大程度上的支撑。但随着国内劳动力成本的大幅提升，各大船厂都在争先引进先进技术和工装，以提升造船效率，大幅减少人工成本，其中就包括了对脚手架方面的需求，而我国现有的脚手架种类虽然齐全，基本能满足各类船型的建造需要，但是各自在经济性、灵活性、安全性、便捷性上均有一定的不足。
国内船厂普遍采用建筑标准的脚手。国外造船及海工建造过程中通常采用英国标准、澳洲标准等，其形式以钢管、扣件形式为主，类似建筑脚手但在此基础上针对船舶及海工有相关技术补充。其优势是有国家标准作为脚手搭设的技术准则，有利于技术的稳定性。不足之处在标准虽有其通用性，但针对船舶建造过程中各类复杂工况的脚手搭设显得效率不足，成本居高不下。为此，韩国船厂首先开发出适用于船舶建造的新型装配式脚手架。我国最早引进装配式脚手架的船厂是外高桥造船有限公司。通过引进消化吸收，并经过十多年的应用并不断优化，目前船用装配式脚手架的技术体系初步形成。装配式脚手架的优越性以及其安全、便捷性、经济性等特点也得到了认可。
1.装配式脚手架的基本形式
1.1.装配式脚手架的基本形式
在船舶建造过程中装配式脚手架的基本搭设分为夹头式（如图1）和焊接式（如图2）两种。
夹头式主要应用于分段阶段建造及涂装过程，需先根据船体结构及现场施工需求确定夹头所夹的位置，然后按图将夹头直接紧固于船体结构上。各型号夹头可与支撑横杆、连接条、双层竖杆等工装件组装，并可根据形式的不同再进行细化分类，而夹头与支撑件组合设计在一起也衍生出了夹头式支撑横杆、栏杆立柱、梯形支撑、夹头支撑踏步等各种工装。
焊接式主要应用于总段及船坞阶段，需先根据船体结构及现场施工需求设计脚手马安装图，根据图纸将脚手马烧焊在船体结构上，然后将各类工装件与其组合成脚手作业平台。
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图1 夹头式
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图2 焊接式
自装配式脚手架引进入我公司以来，经过多年的使用研究分析，并根据各船型不同的建造需求以及各生产部门不同的使用需求已研发设计各类脚手马九种及脚手工装件八十余种。这些脚手马及脚手工装件都是系列化的标准件，便于管理分类，且可供设计人员及现场搭设人员根据工装件的库存及各种不同的船体结构灵活选用。
2.装配式脚手架的优势
2.1.装配式脚手架的优点
我司目前使用的组装类脚手架形式共有三种，分别为装配式脚手架、扣件式钢管脚手架及插装式脚手架。其中装配式脚手架经过十几年的应用后，已清晰的发现了其相较于另两种脚手架类型的优点：
1)装配式脚手架易组装，拼装变化多，搭设节点可随结构变化而进行调整，更适用于船体结构偶的复杂性。
2)装配式脚手架不需要从下往上层层搭起，可以节省大量的材料成本和人工成本，提高脚手架的搭设效率。
3)装配式脚手架可以实现分段及总段阶段的预搭，可以减少大量坞内搭设脚手架的时间，极大程度上缩短了造船周期。
4)装配式脚手架能最大程度的减少对作业空间的占用，不同于扣件式钢管脚手架需在分段总段周围预留大量的场地，给现场工人施工提供更宽敞舒适的劳动环境。
5)采用标准的工装件和标准的作业流程，能使脚手架的安全工作规范化，有利于现场5S的管理。
6)装配式脚手架的使用，能最大限度的减少涂装的破坏，有利于涂装的保护，减少补涂材料和人工成本。
7)装配式脚手架完全搭建于船体结构上，无需因分段总段的运输而反复搭拆，造成大量的材料成本和人工成本。
8)装配式脚手架搭建于船体结构上，每层脚手架相对独立存在，不同于扣件式钢管脚手架搭设过高后存在安全隐患，提高了现场的施工安全。
2.2.装配式脚手架的应用优势
脚手架在船舶建造过程中的应用节点主要分为分段阶段、总组阶段及船坞阶段。而装配式脚手架在该三个阶段都有着其余脚手类型所不具备的优势，甚至是不可替代性。
2.2.1.装配式脚手架在分段阶段的应用优势
目前公司在分段阶段制造过程中主要使用的脚手形式为装配式脚手架（如图3）。
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图3 曲型外板分段
装配式脚手架可使用工装件直接将脚手架挂靠于曲型外板分段非构架面，搭设简便，无需如扣件式钢管脚手架一般从地面开始落地搭设，既安全简便，又适用于各种施工场地，并且最后脱胎后可直接进行运输，大量节省反复搭拆脚手的工作。
2.2.2.装配式脚手架在总段阶段的应用优势
总段阶段的搭设形式比较丰富，扣件式、承插型盘扣式、装配式以及工装和高空液压车都是可以选择的形式。但其中很多的总段合拢缝在设计过程中依旧会优先选择装配式脚手架（如图4）。
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图4 货舱总组阶段
如图4所示总段合拢缝，装配式脚手架除了比扣件式钢管脚手架可以节省人力财力的优势之外更大的优势体现在能够进行预搭，这是常规脚手形式所不具备的优势，能大量节省总组时间。
2.2.3.装配式脚手架在船坞阶段的应用优势
船坞阶段虽以扣件式钢管脚手架以及插装式脚手架为主，但装配式脚手架依旧有着相当大的搭设比重以及不可替代的优越性（如图5）。
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图5 船坞阶段反顶脚手
目前所有船型船坞阶段反顶都是使用装配式脚手架，预先在分段阶段时烧制脚手耳环，船坞阶段就可直接使用挂钩及承重钢管搭设反顶脚手架，相比较于扣件式需从船底落地搭设脚手架节省了大量的人力和材料，也可以大幅度缩减船坞周期。
3.装配式脚手架降本增效的应用
随着全球经济危机，造船业的形势也进入了一个低迷期，虽然从造船数据的角度来说，中国造船业在全球都是处于领先地位，但目前全球造船产能过剩的情况也是尤为突出。散货船和油船的市场行情已明显回落，集装箱船、液化气船、豪华邮轮以及海洋工程装备等高附加值产品领域正逐渐主导整个新造船市场。
不难想象，船市需求结构已悄然变化，新船型、新难度、新要求将成为今后员工的工作常态；及时调整战略、降低成本、大幅度提高生产效率将会是公司未来发展的主旋律。
对于装配式脚手架而言，如何更好地应用到各种新船型，如何更好地达到船东的新要求这是首要工作也是最基本的工作，在完成新挑战的同时不能安于现状，及时优化，运用装配式脚手架易组装、变化多的特性，通过变换搭设形式以及变换组装节点样式来达到降本增效的目的。
以最新船型FPSO为例，在满足现场建造及船东要求的情况下深入优化，先后进行了五个关于装配式脚手架的优化课题：《FPSO脚手架作业平台间隙优化》、《FPSO分段总段边缘脚手架搭设形式优化》、《FPSO脚手马优化》、《活节螺栓设计与应用》、《脚手受力计算》，避免船东对安全担忧的停工三次，保守估计降低人工成本及材料损耗200万元以上。
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图6为船东要求的边缘搭设形式
以分段总段边缘的搭设要求来论述，FPSO船开工初期，船东船检就提出由于习惯使用欧标脚手，即扣件式钢管脚手架，对于分段总段边缘的搭设也要求搭设落地的扣件式钢管脚手架（如图6），该种搭设形式需固定在地面，不利于分段总段运输，每次移动场地都需重新搭设，且占用场地极为严重；其次，该种搭设方式非常浪费人工工时及材料，极大的提高了成本。
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图7 分段总段边缘搭设节点
在这种情况下，我们提出了优化的课题来与船东船检磋商，经过与船东沟通并且现场实际搭设体验，最终确定平行于结构T排侧搭设防护栏杆与安全过桥，垂直T排侧使用夹头及支撑横杆的形式搭设行走通道（如图7），该种搭设节点既满足船东对于分段总段边缘通行便捷以及安全的要求，也达到了使用装配式脚手架降本增效的目的，单这一项优化课题就为公司节省了200万以上。
4.装配脚手架的设计及工艺要求
4.1.装配脚手架的策划、设绘内容
在生产设计阶段前，会在临时工装件拆除工艺中加入各个不同区域的脚手马拆除说明送审船东以明确全船各部位脚手马是否保留，或需根据工艺按不同的拆除方式割除（如图8）。原则是尽量减少拆除工作量，把拆除施工不方便的脚手马设计为永久性保留。
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图8 临时工装件拆除工艺要求
确定全船各区域脚手马的拆除要求后根据船体结构、船东要求及各部门的生产需求展开整船的脚手架策划及搭设工艺的设绘，全船脚手策划工艺内包括船体外板、艏艉机舱、平行中体、纵横舱壁、以及典型分段总段所有的搭设方案、搭设形式、典型搭设节点都进行了策划，并对所需工装、材料、设备及各搭设节点中需注意的事项进行了说明。在全船策划完成后该策划将与各现场施工部门及管理部门进行公开评审以达到满足各部门需求。
完成整体策划及评审后，根据船舶建造过程中的不同阶段及不同需求，设绘各类图纸，包括：脚手马安装图、各区域分段脚手架搭设图、各区域总段脚手架搭设图、船坞阶段脚手架搭设图。
4.2.装配脚手架的设计、施工工艺要求
4.2.1.脚手马布置设计、施工要求
脚手马与板缝的距离应不小于300mm，脚手马应尽量设置在强力构件上，相邻脚手马的水平间距应不大于2400mm，相邻两层脚手架的垂向间距一般为1800mm至2000mm，脚手马上部100mm和下部300mm范围内不应有结构部件;脚手马应尽量设计于横焊缝向下1400mm左右的位置，以便于施工人员施工便利。脚手马应焊接在船体构件上，脚手马与船体结构采用双面连续焊，端部须包脚，焊脚高度通常为6mm；对于曲型外板所需使用端部切割修正的脚手马，应根据脚手马安装图所示提前进行材料预切割，尺寸偏差要小于正负2mm。
4.2.2.分段脚手架的设计、搭设要求
分段建造过程中有中组阶段、大组阶段、舾装件安装阶段、涂装阶段都需使用到脚手架，故分段阶段的装配式脚手架设计应兼顾到各阶段的使用需求以及检查检验、密性检查等需求。装配式脚手架的搭设步骤应先搭内、后搭外；先搭下、后搭上，在搭设脚手作业平台时每个脚手工装件的搭设顺序应符合《装配式脚手架搭拆工艺》要求，并且使用强度8.8级的螺栓螺母拧紧固定，脚手工装的承重件间距应不大于2400mm，脚手作业平台宽度方向应保证水平，长度方向的斜度不得大于长度的1/10，脚手架作业平台与船体结构间距不得大于200mm，，在每层脚手架的外侧及分段边缘应安装栏杆立柱及搭设防护栏杆，脚手架的两端应安装端部栏杆。
4.2.3.脚手架拆除要求
装配式脚手架的拆除步骤应先拆外、后拆内；先拆上、后拆下。装配式脚手架的工装件拆除顺序与搭设顺序相反，应符合《装配式脚手架搭拆工艺》的要求，必要时用高空液压车协助作业，拆除时脚手工装件应手传手接或用16mm以上的纤维绳吊下，严禁乱抛乱扔，拆除人员应悬挂救生绳，严禁上下同时作业，脚手架拆除前需做好油漆保护，防止脚手工装件意外坠落时破坏油漆与船体结构，横竖焊缝应先拆除横焊缝，并由两端开始向竖焊缝处拆除，最后拆除竖焊缝，脚手架在整体拆除完成后，才能拆除船体结构边缘的防护工装。
结语
随着船舶业的发展进步，低碳环保、绿色施工成为了船舶建造行业越来越看重的要素。装配脚手架的投入，不仅提高了工作效率，而且节省了施工工期，降低建造成本，符合当前绿色节能施工的总体趋向。本文结合装配式脚手架于公司应用以来的实际情况，采用对比分析、工期效益对比等分析，得出装配式脚手架在船舶建造过程中独特的优越性，以及它具有的安全性和适用性。
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工艺工法部
助理工程师
王梁、张海甬、黄磊