淺談船舶管路布局設(shè)計(jì)優(yōu)化

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摘 要：管路布局是船舶設(shè)計(jì)中重要的組成部分，管路布局的質(zhì)量不僅影響到船廠的建造成本，更影響到后期船舶運(yùn)營的安全性和便利性；要求設(shè)計(jì)人員在管路布局過程中能縱觀全局，統(tǒng)籌把握，在滿足各類規(guī)范和各項(xiàng)基準(zhǔn)的前提下，優(yōu)化出最經(jīng)濟(jì)、最實(shí)用的管路布局。

關(guān)鍵詞：船舶設(shè)計(jì)；管路布局；優(yōu)化

船舶管路設(shè)計(jì)貫穿在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段和生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段，管路設(shè)計(jì)以及綜合布局質(zhì)量直接影響到船舶的建造周期和船廠的建造成本，因此，設(shè)計(jì)初期就需要做好充足的準(zhǔn)備工作并對(duì)管路布局進(jìn)行優(yōu)化，以確保后期船舶在正常航行中能夠安全可靠，確保各機(jī)械設(shè)備能夠有序運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)能夠方便的進(jìn)行維護(hù)，因此，進(jìn)行合理有效的船舶管路布局可以有效的降低船廠成本并提升船舶整體品質(zhì)。

船舶管路布局的一般流程為：前期準(zhǔn)備工作、管路系統(tǒng)圖繪制、管路計(jì)劃圖繪制、管路裝置圖繪制、管路施工圖編制。

一、船舶管路布局的準(zhǔn)備

（一）船舶建造圖紙。要進(jìn)行管路布局，首先就需要對(duì)船舶管路布局相關(guān)的圖紙進(jìn)行充分的了解，管路布局時(shí)需要參考的圖紙有很多，主要包括艙室布置圖、船體結(jié)構(gòu)圖、防火構(gòu)造圖等；除此之外還要對(duì)規(guī)格書以及商談備忘錄進(jìn)行詳細(xì)研討，將涉及到管路相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行批注，以便后續(xù)管路布局時(shí)能方便的查閱出處，只有在前期做好充分的準(zhǔn)備工作，才能通過圖紙信息對(duì)船舶實(shí)際情況做充分了解，進(jìn)而達(dá)到設(shè)計(jì)方案的形成并進(jìn)行有效的優(yōu)化。

（二）船舶管路施工規(guī)范。在管路布局設(shè)計(jì)中，優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案需要充分的考慮到后期建造階段管路施工的具體情況，并考慮到施工的技術(shù)、工藝、空間環(huán)境與人員情況，這樣才能在符合實(shí)際情況的基礎(chǔ)上開展最優(yōu)設(shè)計(jì)方案的制定。另外，對(duì)于相關(guān)行業(yè)規(guī)范要有細(xì)致的分析研讀，同時(shí)對(duì)于重點(diǎn)施工環(huán)節(jié)細(xì)則需要反復(fù)研究，進(jìn)而有效的提升實(shí)際施工效率，避免施工階段返工。

（三）船舶管路材料。為確保管路設(shè)計(jì)的規(guī)范性，需要提前對(duì)管路的材料進(jìn)行收集與整理，根據(jù)各管路系統(tǒng)的要求確認(rèn)是否需要注文，其中最為重要的是管材的厚度、規(guī)格以及類別等，要做好相關(guān)材料性能、材質(zhì)與規(guī)格的把控，進(jìn)而確保施工材料能夠符合各項(xiàng)規(guī)范和規(guī)格書要求。

（四）船舶管路建造工藝。管路布局屬于較為綜合的整體項(xiàng)目，建設(shè)中需要多樣性的技術(shù)做有效支持，除了管路材料的支持，還需要在技術(shù)方面做充分準(zhǔn)備，特別是對(duì)各船級(jí)社和海事規(guī)范的要求以及船廠自身的建造工藝進(jìn)行充分的了解，從而才能有效的保證相關(guān)建造工藝的完善性，進(jìn)而制造出卓越的產(chǎn)品。

二、船舶管路布局的要點(diǎn)

由于目前船舶管路布局設(shè)計(jì)主要是在限定的三維空間中，管線從指定起點(diǎn)開始尋找出一條不與其他布置物體發(fā)生干涉的現(xiàn)象，且滿足各種約束條件的到指定終點(diǎn)的無碰路徑。其目標(biāo)主要是追求管長最短，彎頭數(shù)最少即經(jīng)濟(jì)性因素，然而忽視維修性的考慮，會(huì)導(dǎo)致船舶管系在發(fā)生故障后維修困難耗，后期維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用過高，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致船舶停航檢修，對(duì)船舶安全運(yùn)營造成重大的影響。所以，在管路設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該考慮到維修性的因素，把它作為設(shè)計(jì)中的一個(gè)目標(biāo)。

船舶管路系統(tǒng)按用途分為兩大類：為推進(jìn)裝置服務(wù)的管系稱為動(dòng)力管系，以保證推進(jìn)裝置正常工作；為全船服務(wù)的管系稱為船舶管系，以保證船舶的生命力、安全航行以及船員和旅客的正常生活和工作。

（一）常規(guī)管路設(shè)計(jì)。常規(guī)管路設(shè)計(jì)中要保證科學(xué)性和合理性，需要將不同性質(zhì)不同用途的管路進(jìn)行有效隔離，避免泄露后造成相互影響，對(duì)于具有危險(xiǎn)性的管路需要與儲(chǔ)存室、居住區(qū)與控制室保持一定安全隔離，防止對(duì)正常的工作和生活造成干擾；對(duì)于淡水與燃油管路做有效分開，避免污染，同時(shí)也需要做好加固與加密處理，可以設(shè)置管道套管或者油密隧道，避免泄露；對(duì)于具有爆炸性或可燃性的管路要遠(yuǎn)離電路、熱源等，并做好必要的防火處理。此外，管路布局需要保證較好的操作性，以保證日常管理與維護(hù)工作的便捷性，在空間上布置在適當(dāng)位置，同時(shí)閥門應(yīng)該布置在容易觸及的位置，尤其是一些逆止閥門，其安裝方向也是有要求的；對(duì)于依靠重力進(jìn)行排水的管路，如居住區(qū)劃黑灰水系統(tǒng)，管路要有一定的傾斜角度，并且要充分考慮到船舶正常航行時(shí)的航態(tài)，以確保管路內(nèi)部的污水能順利排放；對(duì)于布置在暴露區(qū)劃的管路，要考慮冬季氣溫對(duì)其的影響，設(shè)置放殘管路或包覆防熱材，以避免管路結(jié)冰造成管路損壞。

（二）特殊性管路設(shè)計(jì)。對(duì)于特殊性的管路要做好特殊設(shè)計(jì)方法與處理手段，風(fēng)管線路上需要考慮船體結(jié)構(gòu)特性。船體外形、甲板位置與高度等。通風(fēng)頭設(shè)置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與高度需要根據(jù)具體的布置位置以及對(duì)應(yīng)的規(guī)范進(jìn)行計(jì)算；每個(gè)通風(fēng)管道需要計(jì)算好對(duì)應(yīng)風(fēng)量分配，并設(shè)置風(fēng)閘進(jìn)行風(fēng)量平衡調(diào)整，通風(fēng)管道結(jié)構(gòu)需要保持較好的散熱性；通風(fēng)口與空氣過濾器需要對(duì)準(zhǔn)，從而保證空氣質(zhì)量；鍋爐與液壓器應(yīng)該設(shè)計(jì)在燃燒口上面，如此才可避免熱源不與空氣產(chǎn)生直接性接觸；通風(fēng)口應(yīng)該設(shè)計(jì)在人流相對(duì)集中處，風(fēng)管考慮內(nèi)部可追加導(dǎo)流板，從而保證良好的通風(fēng)效果；供風(fēng)口與抽風(fēng)口應(yīng)該運(yùn)用對(duì)角線的設(shè)計(jì)方式，這樣可以保證空氣充分對(duì)流；噴油頭間、機(jī)修間、分油機(jī)室與電焊間的抽風(fēng)口都應(yīng)該設(shè)計(jì)在艙室上方位置；風(fēng)管布置時(shí)需要考慮到其他有關(guān)設(shè)備的檢修空間，要防止布置時(shí)相互交錯(cuò)，尤其是部分風(fēng)管可能會(huì)涉及到防火材與保溫材的包裹，應(yīng)當(dāng)預(yù)留足夠的施工空間，此外，風(fēng)管與天花板間保持適當(dāng)?shù)木嚯x，以便于天花板封板。

三、船舶管路布局的方法

（一）逃逸法。其操作主要是在起始位置有兩條互相垂直相交線，兩條線稱為逃逸線，依照預(yù)先規(guī)則在逃逸線上選取逃逸點(diǎn)，通過設(shè)置來選取起始點(diǎn)，而后不斷重復(fù)操作，一直尋找到目標(biāo)點(diǎn)。

（二）網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法。在管路布局優(yōu)化的設(shè)計(jì)處理上，需要通過網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法進(jìn)行，首先會(huì)出現(xiàn)有向圖，通過其中的邊集、頂點(diǎn)集來確定目標(biāo)點(diǎn)最優(yōu)路徑情況，在該方法中需要涉及較多的中間節(jié)點(diǎn)、連接與交叉等，工作量較為龐雜，同時(shí)每一條管路設(shè)計(jì)均具有獨(dú)立性，需要單獨(dú)性處理，不能與其他管路達(dá)到有效協(xié)調(diào)配合，從而導(dǎo)致設(shè)計(jì)中存在一定障礙。

（三）模糊集方法。管路布局優(yōu)化設(shè)計(jì)中存在較多的約束性因素與環(huán)境，部分約束時(shí)具有一定規(guī)則性，可以通過函數(shù)表達(dá)式來有效呈現(xiàn)，而部分是屬于模糊性條件，難以有效通過函數(shù)表達(dá)。運(yùn)用模糊集理論可以有效的將設(shè)計(jì)中所具有的操作頻率、溫度、空間概念等較為模糊的約束性條件有效的表達(dá)，進(jìn)而得到更好的布局優(yōu)化效果。同時(shí)該方式可以有效的考慮到不均中所可能需要的管道敷設(shè)間的協(xié)調(diào)作用，靈活度更高。而通過系統(tǒng)的有效開發(fā)應(yīng)用，也有效的提升管路優(yōu)化不均的實(shí)際效果。

四、結(jié)語

船舶管路綜合布局優(yōu)化是一項(xiàng)復(fù)雜而繁瑣的工作，涉趣的面比較廣，要考慮的細(xì)節(jié)也比較泛，團(tuán)隊(duì)協(xié)作時(shí)要保持情報(bào)共享、步調(diào)一致，對(duì)于不同的管種要考慮好空間的分布情況，盡量避免錯(cuò)綜復(fù)雜，這樣會(huì)增加安裝的難度，不利于船廠的成本控制以及后期維護(hù)的難度。

總而言之，良好的管路布局對(duì)提高船舶管系設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短船舶總體設(shè)計(jì)周期，提高船舶設(shè)計(jì)建造效益等意義重大。

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