船舶大型工艺实施中脚手支撑体系的安全优化与工法改进

摘要：船舶大型工艺实施高度依赖临时脚手支撑体系，其安全性与工效直接影响建造周期与作业质量。本文针对传统脚手支撑体系在设计、安装、监测等环节的痛点，结合船舶建造的复杂场景，从数字化设计、结构创新、智能监测三个维度提出安全优化路径，同时围绕模块化装配、机械化施工、绿色可持续理念探索工法改进策略，旨在为船舶行业提供更高效、更安全的脚手支撑解决方案。

关键词：船舶建造；脚手支撑体系；安全优化；工法改进

船舶建造是典型的高空、高危、高复杂度作业领域，大型工艺的实施离不开临时脚手支撑体系的支撑。传统脚手支撑多依赖经验搭设，存在设计粗放、安装随意、监测缺失等问题，不仅易引发结构失稳、高空坠落等安全事故，还会因拆装效率低制约建造进度。随着船舶向大型化、智能化发展，传统体系已难以满足复杂工艺对支撑结构的安全性、适应性与经济性要求。因此，探索脚手支撑体系的安全优化与工法改进，是推动船舶建造模式升级、保障作业安全的关键课题。

1 船舶脚手支撑体系的现状分析与挑战

1.1 船舶脚手支撑体系的特点与分类

船舶脚手支撑体系得适配船体曲面、狭小空间和高空作业环境，有着“临时搭建、动态调整、载荷多变”的特点，作业面会随船体结构变化进行调整，要承受人员、设备、物料产生的静载荷，以及焊接冲击、吊装振动这类动载荷，并且需要随施工进度快速完成拆装，按照支撑方式，可将其分为落地式、附着式、移动式与悬挂式这四类，落地式是直接支撑在地面或者船体基座上，适合用在船体下部位置，附着式是通过连接件固定于船体钢结构处，适用于船体上部外板，移动式带有行走机构，适合大范围重复性的作业，悬挂式是通过绳索或者钢梁进行悬挂，适用于船体底部等特殊位置。

1.2 现有体系存在的主要安全风险

现有的脚手支撑体系安全风险贯穿整个生命周期，设计阶段依靠经验估算载荷易使结构强度不足，安装阶段现场随意进行切割焊接导致节点连接不牢固易引发局部失稳，使用阶段缺少实时监测难以察觉结构变形和材料疲劳等隐患，拆除阶段违规操作像整体推倒和高空抛扔易引发物体打击事故，另外船体曲面适配性差造成支撑间隙大，恶劣天气如风雨或工艺振动会加剧结构疲劳进一步放大安全风险。脚手支撑体系各阶段安全风险分析如表1。

表1 脚手支撑体系各阶段安全风险分析表

1.3 面临的主要挑战

船舶大型工艺给脚手支撑体系带来了三大挑战，一是复杂曲面适应性方面，要快速搭建出贴合船体曲面的支撑结构，防止间隙过大对稳定性造成影响，二是大载荷与动态响应方面，需承受大型构件吊装冲击载荷以及焊接作业振动载荷，传统体系很难满足这一要求，三是全周期安全管控方面，要实现从设计、安装直至拆除全过程的风险预警，现有人工巡检模式存在效率低且覆盖不全的问题。

2 脚手支撑体系的安全优化路径

2.1 基于BIM的数字化设计与仿真优化

基于BIM技术开展数字化设计能实现脚手支撑体系精细化管控，通过建立船体结构和支撑体系三维模型直观规划支撑位置，避免与船体构件以及设备管线产生空间冲突，结合工艺需求模拟静载荷与动载荷分布精准计算结构受力，利用有限元仿真分析结构强度、刚度与稳定性优化立杆间距等布置，提前发现潜在失稳风险，通过虚拟预拼装模拟搭设过程以减少现场返工情况，数字化设计把经验驱动转变为数据驱动显著提升支撑体系安全性与适配性[1]。

2.2 支撑结构的创新设计与材料升级

支撑结构创新要聚焦“轻量化、模块化、自适应”方面，采用高强度铝合金、碳纤维复合材料替换传统钢管，在保证强度前提下去减轻自重并降低运输与安装难度，设计标准化模块单元例如集成梯子和扶手的平台模块来减少现场加工量，开发可调节节点像角度微调连接件和高度伸缩立杆以适配船体曲面复杂弧度，材料升级和结构创新不仅提升支撑体系稳定性，还为快速拆装工作奠定基础。

2.3 智能监测技术的集成应用

智能监测技术能够实现支撑体系实时风险预警，在关键节点布置应力应变传感器来监测杆件受力状态，通过倾角传感器捕捉结构倾斜以及变形的趋势，利用风速仪和温湿度传感器感知环境变化对结构造成的影响，将监测数据上传到云端平台并通过算法分析实现过载变形等异常情况自动报警，智能监测弥补了人工巡检存在的不足让安全管控从被动应对转为主动预防[2]。

3 脚手支撑体系的工法改进策略

3.1 模块化装配工法

模块化装配工法的核心要点是“工厂预制、现场拼装”，具体做法是把支撑体系分解成标准化模块，像立杆模块、横杆模块和平台模块等，在车间内完成预制工作以及质量检验，在现场利用卡扣、销钉等快速连接件来组装模块，以此减少螺栓紧固和焊接方面的作业，针对船体曲面设计出可拼接的弧形模块，通过调整模块角度来实现与船体的贴合。模块化装配能够大幅缩短现场搭设的时间，还能提升支撑体系的标准化程度和可靠性[3]。

3.2 机械化与自动化施工

机械化施工能够减少高空作业风险以及对人工的依赖，利用液压升降平台替代传统脚手架可实现作业面垂直升降与水平移动，避免高空搭设存在的安全隐患，采用小型起重设备辅助模块吊装能降低人工搬运的强度，探索智能搭设机器人的应用可通过视觉识别与路径规划自动完成模块组装，机械化与自动化施工不但提升了工作效率，还推动脚手支撑作业向“少人化、无人化”方向转型[4]。

3.3 绿色可持续工法

绿色可持续工法重点聚焦“材料循环、节能降耗”工作，大力推广可重复利用的铝合金、塑料等材料，以此减少一次性钢管造成的浪费情况，精心优化模块设计从而提高材料的周转使用效率，积极采用低能耗的电动工具来进行设备安装，进而降低施工过程中的能源消耗，在拆除作业时对材料进行分类回收处理，有效减少建筑垃圾的产生。这种绿色工法既能够符合船舶行业的环保相关要求，又可以降低长期施工过程中的各项成本[5]。

3 脚手支撑体系的工法改进策略

3.1 模块化装配工法

模块化装配工法把“标准化设计、工厂化预制、现场化拼装”当作核心内容，将脚手架分解成若干独立的功能模块像立杆单元、横杆单元、平台单元等，在车间完成模块的加工以及质量检验工作，以此确保尺寸精度和结构强度达到要求。现场施工的时候，工人仅需借助卡扣、销钉等快速连接件来把模块进行组装，不需要进行复杂的切割和焊接作业。针对船体曲面的特殊需求情况，设计出可调节角度的弧形模块[6]。

3.2 机械化与自动化施工

机械化施工靠引入专业设备来替代人工操作，采用液压升降平台当作移动作业平台，让工人能在封闭舱室内安全开展作业，避免出现高空坠落风险，利用小型履带式起重机辅助进行模块吊装，减少人工搬运时的体力消耗，探索智能搭设机器人的实际应用，通过激光扫描获取船体曲面数据，自动规划模块搭设路径完成精准组装，自动化施工不但提升了整体工作效率，还降低了人为操作失误出现的概率，推动脚手支撑作业朝着“安全、高效”方向转型。

3.3 绿色可持续工法

绿色可持续工法着重突出“资源节约、环境友好”理念，优先去选用可重复利用的铝合金、工程塑料等材料，以此减少木材、一次性钢管这类材料的使用，对模块设计进行优化从而提高材料的周转使用次数，采用低噪音、低能耗的电动工具来进行安装工作，进而降低施工给周边环境所造成的影响，在拆除的时候对材料开展分类回收、修复以及再利用等操作，以此减少建筑垃圾的产生脚手支撑体系传统工法与改进工法对比见表2。

表2：脚手支撑体系传统工法与改进工法对比表

结论

船舶大型工艺实施中，脚手支撑体系的安全优化与工法改进是提升建造质量、保障作业安全的关键。通过基于BIM的数字化设计，可实现支撑体系的精细化规划与仿真验证；通过结构创新与材料升级，可提升体系的适应性与稳定性；通过智能监测技术，可实现全过程风险预警。工法改进方面，模块化装配、机械化施工与绿色工法的结合，能显著提升作业效率、降低安全风险。未来，随着数字化、智能化技术的深入应用，脚手支撑体系将向“无人化、自适应、全周期管控”方向发展，为船舶大型工艺的高效实施提供更有力的支撑。

参考文献

[1]袁世振,徐鹏飞,王钧,等. 大型船舶建造中的主机滑油系统投油工艺优化[J].造船技术,2025,53(04):55-57+82.

[2]贾荣强. 大型船舶主机机座换新工艺分析与实践[J].船舶标准化与质量,2024,(04):24-29+18.

[3]齐俊麟,鄢玲祉,闫晓青,等. 船舶成组通过大型船闸匹配运行方式与工艺研究[J].水运工程,2024,(07):84-88.

[4]赵健. 基于分段工艺的中大型船舶建造质量控制研究[J].产品可靠性报告,2023,(12):104-106.

[5]周亚. 大型船舶修理工艺的主要特点[J].船舶物资与市场,2021,(02):31-32.

[6]孙淑侠. 大型船舶桅装置的可拆化工艺设计及应用[J].中国水运(下半月),2019,19(22):5-6.