1、船舶修造业轻型快装专用脚手架研发船舶修造业轻型快装专用脚手架研发可行性报告及经费概算2010 年 4 月一、项目可行性报告（一）立项的背景和意义随着造船行业的发展，现在世界年造船量已经达到 1.5 亿载重吨，而且中国在国际造船市场中的地位也越来越重，年造船量占世界总造船量 30%以上，名列全球前 3 名。因此，造船厂都急于缩短造船的时间，提高造船效率。其中，又要数船坞中的造船时间最有必要缩短，因为一般的造船厂就只有 2-4 个船坞，但同时要进行上10 艘船的建造，缩短船在船坞中的时间可以大大地提高造船的效率。现在国内造船时用到的脚手架都是建筑上用的脚手架，较为笨重，拆装很不方便，组装的时候由于
2、笨重和组合麻烦而使得组装过程慢，工人劳动强度大，使得造船的效率低下，拆装的时候由于笨重，拆分时脚手架经常直接掉在地上，很容易造成破坏和人员伤亡，用起来不太符合造船的环境，不太安全。为此，专门为造船业设计的轻便、快装、安全的脚手架的研究很有必要，可以提高造船的效率，保证造船过程中工人的安全性，促进浙江乃至全国的船舶修造业快速健康发展。（二）国内外研究现状和发展趋势1）研究现状和发展趋势国内船舶建造所使用的脚手架，一般都是沿用建筑上所用的，基本上就是由普通钢管通过套筒和螺栓组装而成，笨重且麻烦。结合近几年脚手架的发展，归纳出下表 1：表 1：国内脚手架种类、优缺点及适应性序号种类优点缺点适应性1扣
3、件式钢管脚手架（1）承载力较大。 （2）装拆方便，搭设灵活。（3）比较经济，加工简单，一次投资费用较低；（1）扣件(特别是它的螺杆)容易丢失；（2）节点处的杆件为偏心连接，靠抗滑力传递荷载和内力，因而降低了其承载能力；（3）扣件节点的连接质量受扣件本身质量和工人操作的影响显著。（1）构筑各种形式的脚手架、模板和其它支撑架；（2）组装井字架；（3）搭设坡道、工棚、看台及其它临时构筑物；（4）作其它种脚手架的辅助，加强杆件；2门式钢管脚手架（1）门式钢管脚手架几何尺寸标准化。（2）结构合理，受力性能好，充分利用利用钢材强度，承载能力高。（3）施工中装拆容易、架设效率高，省工省时、安全可靠、经济适用
4、。（1）构架尺寸无任何灵活性，构架尺寸的任何改变都要换用另一种型号的门架及其配件；（2）交叉支撑易在中铰点处折断；（3）定型脚手板较重；（4）价格较贵；（1）构造定型脚手架；（2）作粱、板构架的支撑架(承受竖向荷载)；（3）构造活动工作台；3碗扣式钢管脚手架多功能，拼拆快速省力，通用性强，承载力大，安全可靠，制造工艺简单，成本适中，可直接对现有扣件式脚手架进行加工改造不需要复杂的加工设备，无零散易丢失扣件，不需特殊养护、维修，便于现场材料管理，便于搬运和运输。（1）横杆为几种尺寸的定型杆，立杆上碗扣节点按 0.6m 间距设置，使构架尺寸受到限制；（2）U 形连接销易丢；（3）阶格较贵；（1）构
5、筑各种形式的脚手架、模板和其它支撑架；（2）组装井字架；（3）搭设坡道、工棚、看台及其它临时构筑物；（4）构造强力组合支撑柱；（5）构筑承受横向力作用的支撑架；4扣盘式脚手架（1）轻松快捷：搭建轻松快速，并具有很强的机动性，可满足大范围的作业要求；（2）灵活安全可靠：可根据不同的实际需要，搭建多种规格、多排移动的脚手架，各种完善安全配件，在作业中提供牢固、安全的支持；（3）储运方便：拆卸储存占地小，并可推动方便转移，部件能通过各种窄小通道。2）国外研究现状和发展趋势（1）法国安德固（ADG）脚手架法国 ENTREPOSE 公司的 ADG 系列脚手架，有两个系列 60 系列和48 系列，60 系
6、列规格 60.3x3.2，48 系列 48.3x2.7，此钢管尺寸为国际标准，均为 Q345 钢材质。此脚手架在国内奥运工程中应用在水立方 R3 区顶板卸荷。优点质量轻、易于安装拆卸、承载力高，缺点杆件尺寸固定，搭设尺寸收到限制。使用低碳合金结构强度高于传统脚手架普遍采用的普碳钢管，使架体重量降低约 1/3，安装工效提高，劳动强度降低。配件全部采用低碳合金结构钢冲压成型，在保证强度的同时，提高了韧性，增强了整架支撑能力和整体性。ADG 脚手架支撑系统的杆件焊成一体，横杆用 C 型自锁锲形扣件装置与立杆的 U 型卡钩搭接，当受到重力时，锲形铁就会自动旋转并与 U 型卡钩锁定，施工便捷、安全。（2
7、）瑞典 Haki 船用设备有限公司新型脚手架系统瑞典 Haki 船用设备有限公司推出了一款新型脚手架系统，具有重量轻、安全可靠、效率高和装备精良等特点。适合于船舶工业和船舶建造，现已广泛用于欧洲和阿拉伯的众多著名船厂。由于其使用的有效性和灵活性，可为各船厂节省大量的开支。该系统的所有横梁和护栏都配备弹簧锁扣固定销，而且都采用高强度钢制作，因此比同样强度的脚手架系统重量要轻 20%。而升降梯围阱的构件由于创新的设计和选用合适的材料，其重量也节省了 30%。这种脚手架系统极其灵活机动，可在任何地方、任何方向悬挂和连接。其设计理念可大大提高安装人员的装配速度，并可缩短通常要求的岸壁支撑。（三）项目主
8、要研究开发内容、技术关键及主要创新点1）主要研究开发内容 课题针对上述问题，基于造船业专用脚手架轻型、快装、安全的需求，利用受力、结构分析和有限元优化分析的方法，简化现有的用于建筑的脚手架，使其更加轻便，拆装更加容易，从而研制出新一代的轻便、快装、安全的造船专用脚手架。主要研究开发研究如下：（1）船舶修造业专用脚手架轻型化研究（2）船舶修造业专用脚手架单元模块研究（3）船舶修造业专用脚手架快速安装技术研究（4）轻型快装船舶专用脚手架推广示范应用2）技术关键及创新点（1）船舶修造业专用脚手架轻型化实现：通过有限元对传统船用脚手架进行结构优化分析，对比选用高强度结构材料，减少材料用量，这是本课题研
9、究的第一个关键技术点和创新点。（2）船舶修造业专用脚手架单元模块实现：在轻型化研究基础上，设计船舶修造业专用脚手架单元模块，该模块最大的特点就是重量轻，结构稳定可靠，利用数值计算，有限元分析及实验测试手段完成对结构优化，并且按船体修造需要实现合理优化布局。（3）船舶修造业专用脚手架快速安装技术实现：在轻型化与单元模块研究基础上，设计单元模块连接专用接口，可实现人工快速拼装模块，提高模块联接强度，增加模块联接稳定性。（四）项目预期目标1）预期达到的目标课题可为现在国内的造船行业提供一种船舶专用的脚手架，使得现在的国内造船行业可以不用在造船时使用不合适的建筑用的脚手架，提供具有轻型、快装、安全的新
10、一代船舶专用脚手架。课题完成后预期达到如下 3 项目标：（1）结合造船环境的综合考虑以及结构的优化设计，使得船舶专用的脚手架能比原来采用的用于建筑的脚手架在重量上轻 30%以上,同时又要保证脚手架的强度不受到影响。（2）传统的建筑用的脚手架的组装大多都是用套筒和螺栓连接的，而且一般都是以地面为基础组装成架子的，组装和拆分很麻烦，很耗时间，要用到的脚手架数量也非常多。新型的船舶专用脚手架要从船舶的结构着眼，考虑脚手架连接的新设计，使得脚手架之间的连接能通过快速的机构，如弹簧锁扣式的固定销，并且考虑脚手架的底部支撑设计，提高脚手架的灵活性，使得脚手架能够以船身为基础建立，从而可以省去很多脚手架。使
11、得脚手架的装拆效率提高 100%以上，所用的脚手架的数量减少 30%以上。（3）取得具有原始创新的多项成果，其中专利 1 项以上，在国内外重要学术刊物或会议上发表论文 2 篇。2）主要技术指标（1）研制 6 套船舶修造业专用脚手架单元结构模块，配备模块专用快速连接接口；（2）单元模块重量不超过 20Kg。对钢结构重新设计，连接模块部分简化，使脚手架易于安装、搬运和储存。脚手架重量比传统钢结构脚手架轻 30%以上。（3）6 套单元模块连接时间：传统如 6 套规模的脚手架连接时间至少为 2 小时，而新研制的脚手架 6 套连接时间为 60 分钟。（4）部件标准化，无散件，不需要安装工具，拼装快捷简便
12、。传统连接需要工人至少 4 人，本课题新研制的脚手架只需要 2 人即可完成。（5）部件连接强度高，整体结构安全稳固。新研制的脚手架接头的破坏拉脱力达到 3000Kg 以上，远大于传统脚手架的 2100Kg 的许用拉脱力，并且其最大承重高达 600Kg 以上，高于传统脚手架400kg。（6）传统脚手架斜连接时需另加连接接口，同一节点连接承力杆数一船小于 4 根，新研制的脚手架可根据现场需要可适应 360 度方向连接，并且其底部支撑模块灵活性高，能根据船壳的具体形状作为支撑点拼装脚手架。3）主要经济指标1 艘万吨级散货船其船体全部安装好脚手架后，需要 15 人做 20天的活，需要的钢管用量为 5
13、吨左右，锁节近 1 万只，采用新研制的脚手架后只需要 12 人做 10 天的活，并且需要的钢管用量为 2 吨左右，并且连接接口与钢管一体，不用单独单配锁节。如果一船厂年产 30 艘只万吨船则其可节约成本 130 万。因此本课题研究成果具有重要的市场价值。课题预计可为造船行业在脚手架应用的相关工程上提高 50%以上的效率，节省 20%以上的劳动力，节省近 40%的建造成本。4）社会效益由于新研制的脚手架采用结构优化，优选结构材料的单元模块，并且单元模块之间的高强度连接特性，保证了脚手架总体安装的稳定性，可靠性，因此其减轻了造船行业在脚手架拼装上的劳动强度，提高了在脚手架拆装的整个过程中的安全性，
14、保障了工人的生命安全。5）技术应用与产业化前景鉴于目前国内造船行业普遍还是使用建筑用的脚手架，效率低下，安全性不高，少数企业虽然在船用脚手架方面研究过，但在市场上还没有大规模的应用。本课题研制的船舶修造专用脚手架具有高强度，高稳定性，安装轻便可靠，用材省，可节省 20%的劳动力，提高 50%的施工完成效率，降低 40%的建造成本，锁节与连接杆一体，不会在拆装过程下掉，减少了安全事故，因此，本课题开发的新型船用脚手架目前具有广泛的市场应用前景。6）获取自主知识产权取得具有原始创新的多项成果，其中专利 4 项，2 项发明专利，在国内外重要学术刊物或会议上发表论文 2 篇。（五）项目实施方案、技术路
15、线、组织方式与课题分解1）实施方案（1）船舶修造业专用脚手架轻型化研究a）受力情况有限元计算分析通过对现有船舶修造业专用脚手架进行结构有限元分析分析，找出可以进行结构优化的主要因素，分析脚手架改型的必要的条件。b）失稳形式研究根据实际情况建立几种不同结构的模型用以对比分析，综合考虑受力以及节点的情况，分析边界条件，利用有限元分析软件进行计算及分析，找出失稳的形式与原因，并解决问题。c）结构有限元优化根据建立的脚手架模型和算出来应力的结果，对照安全系数，不断地修改优化结构。 （2）船舶修造业专用脚手架单元模块研究a）适合船舶修造业专用脚手架轻型高强度材料的造型脚手架一般选用的材料有竹、木、钢、铝
16、合金以及其他合成材料。船用脚手架以钢最为常见。本课题将选用一种经热处理达到高强度要求的轻型脚手架材料，为此课题组将对各备选材料进行相关的力学试验，并且通过对应用轻型高强度材料的脚手架进行结构优化，对比其与应用其它如钢材的结构力学与性能情况，力求其结果相近或更好。b）船舶修造业专用脚手架单元模块结构优化措施研究选取几种最为常用的脚手架结构形式，通过有限元软件建立目标函数，力求通过本课题的研究，获取一种材料优化，几何形状优化的，并具有相同承载力能力与结构可靠性、稳定性能力。c）模块总体搭接形式优化通过有限元分析的优化，适当地调整脚手架钢管的尺寸和材料，使得加大搭接的纵距和横距，以达到最优的配置。一
17、方面为脚手架结构稳定性所必需的高承载力，结构稳定性，另一方面考虑到脚手架安装拆卸的快速轻便性。（3）船舶修造业专用脚手架快速安装技术研究a）单元搭接结构连接形式研究脚手架以单元为基础，本课题将基于搭积木的原理，实现快装要求，需对最基本的脚手架单元进行结构形式的研究。要求该单元与其它单元装配可靠性安全性，还要考虑总体承载力与稳定性，减少对船体的二次破坏。b）快速安装方法实现研究对比现有安装拆卸方式，尽量避免螺栓操作带来的不便与效率低下。多利用船壳本身的特点，直接以船壳为基础，通过设计合适的夹具使得脚手架能够固定在任何地方，增大灵活性。结合船坞特点，辅助设计专用可折叠或伸展臂。c）总体结构稳定性、
18、可靠性评价根据实际来加载载荷，看最终脚手架的安全系数是否足够，从造船的一般情况出发，看新型的脚手架的强度和拼装结构是否能达到要求。 （4）轻型快装船舶专用脚手架市场推广示范应用加强与船舶企业的交流与合作，通过企业局部合作应用，对新研制专用脚手架进行现场验证，各项指标完成后，进行研究成果市场推广示范应用。 2）技术路线3）组织方式与课题分解（1）项目组织方式本项目研究实行项目主持人负责制，并由浙江省科技厅、项目主持人和项目主持单位统一管理与协调。本项目采取地方企业合作攻关的方式。建立项目技术领导小组，根据合作单位的各自擅长和条件基础开展工作。项目实行项目组长负责制度。加强管理、监督、检查和实施。
19、合理确定技术开发分工，组建技术攻关研究工作协调小组，对关键技术与设施进行研发，确保项目按时成功完成。(2)课题分解项目的承担单位主要负责项目总体规划和总体设计，制定实施计划，制定技术方案，组织项目相关技术难点重点技术攻关，负责新研制的船舶专用脚手架轻型化研究，单元模块高强度轻便快捷连接结构设计，脚手架总装结构优化布局，负责企业标准和产品说明书的制定，提供项目技术实施条件，进行项目验收鉴定，并与协作方一起进行项目推广示范应用。项目协作单位 1 主要负责新研制的船舶专用脚手架的结构力学分析，并进行结构优化工作，提出可行的单元模块形式，并设计出相应机械结构，完成相应的试验工作包括第三方检测报告。项目
20、协作单位 2 主要负责新研制的船舶专用脚手架现场试验与技术指导，制定相关工艺参数，制定相关技术与操作规范，并配合项目承担单位进行企业标准制定与市场推广示范应用等。 （六）计划进度安排时间研究内容2011.1-2011.6资料收集与消化，对船用脚手架作理论分析，对现有脚手架建立有限元分析模型，进行结构稳定性与可靠性评价；2011.72011.12对比国外船舶专用脚手架结构形式，对现有国内脚手架进行结构优化，并试制船舶专用脚手架进行相关力学试验，确定实验方案，进行实验测试；2012.12012.6建立船舶修造业专用脚手架快装接口有限元计算模型，进行承载力计算，结构可靠性计算，对比现在脚手架接口安装
21、形式，优化选用安装工艺，并对 6 套专用脚手架单元结构进行组合，用新设计的接口连接方式，进行实验测试。2012.72012.12全面完成项目合同计划要求，撰写鉴定验收报告，通过科技厅组织的鉴定或验收，并进行项目推广示范应用。（七）现有工作基础和工作条件1）课题组长简介：*，1978 年生，博士，*海洋系船舶与海洋工程研究所讲师，ASME 国际与 DSCC 分会会员，*省海洋学会海洋能源专业委员会会员。2007 年毕业于*获工学博士学位，攻博期间主要从事多工艺冲击回转钻进技术研究，曾获*教育技术成果一等奖，2007-2009年在*机械工程博士后流动站工作，从事深海技术装备研究。2002年至今先后
22、参加了国家 863 海洋领域项目 8 项，其中作为 863 重大项目子课题负责人 2 项，其它省部级项目 6 项。申请发明专利 8 项，第一发明人 1 项。发表论文 18 篇，其中作为第一作者发表 SCI、EI检索论文 2 篇。2009 年 10 月参加 ASME 国际会议并访问美国Minnesota University 深海热液实验室及液压中心。2）工作基础与工作条件申请单位是一家由*市人民政府与*大学联合设立的研究开发机构。经浙江省机构编制委员会批准，2010 年 2 月申请注册为自收自支的独立法人，隶属*市。主要为海洋资源调查、海洋渔业、海洋技术装备、造船业、临港产业和新兴产业的发展提
23、供技术支撑，以及涉海产业关键性共性技术开发及成果推广转化应用服务。*大学和*共同支撑申请单位的发展。依托*大学海洋及船舶学科优势、*市海岛优势，成为海洋科技与海洋经济发展的创新载体。申请单位拥有一批船舶与海洋工程专业高级人才，科研实力强。合作单位，企业占地面积 30 余万平方米，岸线 3000 余米。拥有 8 万吨级船台、2 万吨级气囊船台和 2.5 万吨级干船坞各 1 座，拥有 7 万吨级舾装码头、4 万吨级舾装码头和 5000 吨级固定码头各1 座，具有建造 8 万吨级以下各类船舶和坞修、改造 2.5 万吨级以下各类船舶的能力。总资产近 7 亿元。该船厂能为船用专用脚手架提供良好的示范场所
24、以及必要的测试手段。以上条件均可为本项目提供强有力的技术支持和科研保障。二、经费概算省级科技计划项目经费概算表项目名称：船舶修造业轻型快装专用脚手架研发 金额单位： 万元 序号概算科目名称合计省财政拨款经费地方部门配套经费自筹经费（1）（2）（3）（4）（5）1一、经费支出（合计）4020101021、设备费8.000.000.008.003（1）购置设备费3.000.000.003.004（2）试制设备费5.000.000.005.005（3）设备租赁费0.000.000.000.0062、材料费5.005.000.000.0073、测试化验加工费3.003.000.000.0084、燃料动
25、力费1.500.001.500.0095、差旅费2.002.000.000.00106、会议费 2.002.000.000.00117、合作、协作研究与交流费5.500.005.500.00128、出版/文献/信息传播/知识产权事务费2.002.000.000.00139、人员劳务费6.006.000.000.001410、专家咨询费2.000.000.002.001511、管理费1.600.001.600.001612、其他开支1.400.000.001.401二、经费来源（合计）21、申请省财政经费20.0020.0032、地方、部门配套拨款10.0010.0043、自筹经费10.0010
26、.005（1）单位自有货币资金10.0010.006（2）其他资金0.00省财政科技经费拨付进度申请第 1 年第 2 年第 3 年金 额24.0016.00比例（）6040注：支出概算按照经费开支范围确定的支出科目和不同经费来源编列，同一支出科目一般不同时在财政拨款经费和自筹经费中概算。经费概算说明项目预算总经费 40 万元， 其中项目承担单位自筹资金 10 万元,申请省科技厅扶持项目研究补贴拨款 20 万元，申请地方部门配套 10万元。（1）设备费 8 万元万能试验机 1 台约 3 万元，脚手架专用试验 1 台约 5 万元，总共 8 万元。该项经费由项目承担单位自筹解决。（2）材料费 5 万
27、元主要用于购买钢管，钢块，焊条，铝管，紧固件等原材料。该项经费由省科技厅资助解决。（3）测试化验加工费 3 万元主要用于委托相关单位对产品进行检验、测试。该项经费由省科技厅资助解决。（4）燃料动力费 1.5 万元主要用于项目研制期间的，水、电、燃油的相关费用。该项经费由地方部门配套解决。（5) 差旅费 2 万元该项经费主要用于专家来往、外出考察学习、业务调研等。该项经费由省科技厅资助解决。（6）会议费 2 万元该项经费支出主要用于项目组成员对项目进行总结、讨论会议，与协作单位的协调会议，项目评审验收会议等。项目协调、讨论会 5 次，每次 0.3 万元，合计 1.5 万元；项目验收会 1 次，0
28、.5 万元。该项经费由省科技厅资助解决。（7）合作、协作研究与交流费 5.5 万元主要用于和相关单位技术合作、技术引进费用。该项经费由地方部门配套解决。（8）出版/文献/信息传播/知识产权事务费 2 万元主要用于论文发表，专利申请费用。该项经费由省科技厅资助解决。（9）人员劳务费 6 万元该项目主要用于在校研究生及临时工的劳动工资：在校研究生按 20 人月，1500 元/人月计，小计 3 万元，临时工按 20 人月，1500 元/人月计，合计 3 万元，总计 6 万元。该项经费由省科技厅资助解决。（10）专家咨询费 2 万元该项目研究拟聘请高等院校的专家和教授对项目进行协作和指导，以把握项目研究的方向、提高项目研究的质量和进度。该项经费由项目承担单位自筹解决。（11）管理费：1.6 万元该项目的管理费用按省财政拨款的 8%概算，约需 1.6 万元。该项经费由地方部门配套解决。（12）其它开支：1.4 万元该项经费用于一些不可预见的开支。该项经费由项目承担单位自筹解决。
