探究船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)理念構(gòu)建

◎ 余　娟　福建東南造船有限公司技術(shù)中心

探究船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)理念構(gòu)建

◎ 余娟福建東南造船有限公司技術(shù)中心

在造船行業(yè)中，船體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)都是十分重要的部分，同時(shí)也是我國近年來加大自主研發(fā)力度的重要項(xiàng)目之一，為了更好地服務(wù)于市場(chǎng)，因此船體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要堅(jiān)持以現(xiàn)場(chǎng)作為中心的理念，從而達(dá)到提高設(shè)計(jì)水平、降低船體建造成本的雙重目的，文章主要對(duì)船體結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)以及設(shè)計(jì)理念提出了建議。

船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)理念構(gòu)建

船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)屬于一項(xiàng)系統(tǒng)而又復(fù)雜的工程，它主要可以劃分為三個(gè)不同的階段，第一個(gè)階段是初步設(shè)計(jì)，第二個(gè)階段是詳細(xì)設(shè)計(jì)，而第三個(gè)階段則是生產(chǎn)設(shè)計(jì)，每一個(gè)階段都具有各自的特點(diǎn)以及要求，同時(shí)它們之間又是相互聯(lián)系的，因此，在船體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，需要對(duì)設(shè)計(jì)理念加以理解以及運(yùn)用，才能更好地設(shè)計(jì)出更好、更科學(xué)的船體結(jié)構(gòu)。

1.分析船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理念

對(duì)船體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行分析，可以將其結(jié)構(gòu)中的內(nèi)容進(jìn)行展開分析，首先是從船體建造的工作總量來看，船體結(jié)構(gòu)就占據(jù)著總工程量的二分之一，在一般情況下，它是多工種參與的綜合性工作，因此，在船體的設(shè)計(jì)中，與其他專業(yè)之間的關(guān)系也十分密切，在建造之前要做好充分準(zhǔn)備，一方面是把船體結(jié)構(gòu)中各種施工具體的條件進(jìn)行確認(rèn)，然后再結(jié)合工廠的實(shí)際情況而制定出合適的建造方案以及施工要點(diǎn)，同時(shí)繪制出船體建造圖紙；另一方面是與管理人員進(jìn)行協(xié)商協(xié)調(diào)，針對(duì)管理造船的具體過程加以管理，其中的內(nèi)容主要分為四個(gè)不同點(diǎn)，即圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、輔助設(shè)計(jì)、準(zhǔn)備工作階段、以及管理施工工作，下面一一分析。

圖1　

1.1圖紙?jiān)O(shè)計(jì)

在當(dāng)前的船體結(jié)構(gòu)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中，主要采用的施工圖是通過滬東SPD系統(tǒng)處理，主要有三大模塊，分別是套料圖、結(jié)構(gòu)圖以及加工圖。

（1）套料圖。在套料圖中，需要和結(jié)構(gòu)圖中的組立流向、零件編號(hào)、加工流向、尺寸標(biāo)注以及坡口信息相對(duì)應(yīng)，這能夠?yàn)榇w的結(jié)構(gòu)施工提供科學(xué)指導(dǎo)。

（2）結(jié)構(gòu)圖。主要涵蓋了平面圖、橫截面圖、展開圖、節(jié)點(diǎn)詳解圖以及局部剖面的圖，對(duì)它們每個(gè)部分都進(jìn)行良好的組織以及連接之后，再結(jié)合其他專業(yè)知識(shí)而提出加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的具體方案，同時(shí)還需要注意船體結(jié)構(gòu)中的各個(gè)切角、流水孔、止漏孔、透氣孔以及通焊孔的反映，一定要保持它們之間是一一對(duì)應(yīng)的，切勿錯(cuò)開；而對(duì)于船體焊接的規(guī)格、方法、厚度以及邊緣坡口的形式都要切實(shí)地標(biāo)注清楚，尤其需要注意永久性的吊環(huán)，在施工的準(zhǔn)備中也需要清晰的標(biāo)注出來。

（3）加工圖。在船體設(shè)計(jì)中的加工圖包括了型材以及板材的加工圖。

1.2輔助設(shè)計(jì)

在輔助設(shè)計(jì)中，需要體現(xiàn)出船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)重要的特點(diǎn)，這主要是由于造船工藝的復(fù)雜性，離不開許多具有輔助性的專業(yè)進(jìn)行協(xié)助，如果在合理的輔助設(shè)計(jì)中，將會(huì)為船體工作的施工節(jié)約時(shí)間、材料，同時(shí)還可以提升效率。

（1）腳手架的安裝。對(duì)于船體建造中，需要使用到腳手架的地方較多，而腳手架安裝工作又是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，因此，需要在生產(chǎn)設(shè)計(jì)中，結(jié)合船體的實(shí)際情況以及設(shè)計(jì)中的優(yōu)點(diǎn)，而進(jìn)行腳手架的安裝工作，使得腳手架能夠在作業(yè)中置于船體結(jié)構(gòu)的最佳位置。

（2）強(qiáng)化永久性吊環(huán)設(shè)計(jì)。在船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，永久性吊環(huán)設(shè)計(jì)的主要原則是處于仰視和狹窄的位置，例如在甲板下表面和雙層底中，裝上吊環(huán)之后，不易拆卸，除此之外，從美觀的角度考慮，吊環(huán)位置應(yīng)該安裝在不太顯眼的位置或者是一個(gè)帶有密閉性質(zhì)的位置上，例如在絕緣層或者是結(jié)構(gòu)比較密集的地方，從實(shí)用性角度考慮，要把船體的吊環(huán)結(jié)構(gòu)盡量成一個(gè)光滑的表面，這對(duì)保留十分有用，另外，在船體的綜合結(jié)構(gòu)方面，應(yīng)該盡量避免和其他系統(tǒng)之間發(fā)生碰撞，而船體結(jié)合方面則需要充分考慮到貨物卸載的問題，由此在船體的吊環(huán)設(shè)計(jì)中需要實(shí)施分段處理，或者采用一個(gè)局部性的加強(qiáng)材料，這樣便于施工之后的拆除，如果需要避免二次重復(fù)作業(yè)的發(fā)生，則可以考慮加強(qiáng)永久性的作用。

1.3準(zhǔn)備工作階段

在這個(gè)階段中，需要實(shí)施一個(gè)分段準(zhǔn)備，將整個(gè)船體結(jié)構(gòu)劃分為幾大部分進(jìn)行準(zhǔn)備，然后結(jié)合各段實(shí)際情況而進(jìn)行施工管理，例如從工廠出發(fā)，主要有起重能力、加工條件、運(yùn)輸條件以及預(yù)裝要求等各個(gè)階段，除此之外，還需要進(jìn)一步對(duì)吊環(huán)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而使得全部船體結(jié)構(gòu)能夠在分段中找到一個(gè)良好的接頭或者是接縫位置，而在分段建造中，需要進(jìn)一步地確定各個(gè)工作要領(lǐng)，主要包括了部件組立、胎架設(shè)置、總組以及分段的要求，此外在船臺(tái)的建造中，需要確定的是分段以及船臺(tái)各自的吊裝順序，在設(shè)計(jì)要領(lǐng)方面還需要進(jìn)一步對(duì)船體的總段設(shè)計(jì)實(shí)施吊裝，使得船體能夠更好地銜接。

1.4管理施工工作

在管理方面主要包括了圖表管理，其中所涉及的項(xiàng)目主要有工藝項(xiàng)目、報(bào)表項(xiàng)目、密性試驗(yàn)、分段重心表以及拍片數(shù)量等，因此在船體結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)以及設(shè)計(jì)中，需要對(duì)這些方面的內(nèi)容進(jìn)行考慮，主要是因?yàn)槭┕ぴO(shè)計(jì)和工藝之間具有十分密切的關(guān)系，同時(shí)二者又是直接的交叉于船體的結(jié)構(gòu)中，因此對(duì)施工管理工作而言，工藝和圖紙之間的關(guān)系十分重要，在相輔相成中為船體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)良好的施工工藝，從而使得船體結(jié)構(gòu)能夠更好解決其中的技術(shù)問題。

2.分析船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要要求

船體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，主要是考慮了使用性能這一主要的參考，因此，這就要求在充分保證船體結(jié)構(gòu)的安全性能之下，進(jìn)一步地美化船體的外觀，在船體設(shè)計(jì)中，安全是一個(gè)主要的問題，只有保證了船只安全的航行，才能將船體所承載的利益充分的保證，同時(shí)還能夠更好的保證船體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固的理念，所以在船體結(jié)構(gòu)的建構(gòu)中，一方面要充分的保障各個(gè)方面都能夠符合力學(xué)的原理，另一方面還需要充分參考實(shí)際情況，例如航海條件、天氣以及水文條件等因素影響，從而使得設(shè)計(jì)出的船體既能夠應(yīng)對(duì)出航中各種極端天氣，又能夠在結(jié)構(gòu)中充分保證承重性，在這一條件下，使得船體的外形設(shè)計(jì)能夠更好地配合航行中各種動(dòng)力要求，此外，還需要考慮實(shí)用性的問題，這是從設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，將各種設(shè)計(jì)參數(shù)充分納入?yún)⒖嫉捏w系中，例如船體、甲板以及船艙等，在設(shè)計(jì)中需要根據(jù)船體的實(shí)際裝載而選擇一個(gè)合理的設(shè)計(jì)方案，保證其既能良好地容納預(yù)計(jì)貨物或者是的人員，同時(shí)又能夠使得船體提供一個(gè)安全舒適的環(huán)境。

3.分析船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中基本內(nèi)容

在設(shè)計(jì)船體結(jié)構(gòu)方面，基本的工作內(nèi)容包括：初步確定結(jié)構(gòu)、按照預(yù)算而為設(shè)計(jì)提供要求、選擇材料型號(hào)與報(bào)告以及上報(bào)船體的合成技術(shù)等，在這些方面的設(shè)計(jì)中，需要考慮的基本理念主要集中在實(shí)用性以及經(jīng)濟(jì)性，例如船體結(jié)構(gòu)中板材是否具有良好的承重性，同時(shí)還需要考慮其他的重量以及限制條件，因此在選擇方面需要充分地考慮一些比較輕便、節(jié)約、新型合成的板材，其中的基本步驟可以按照總體規(guī)劃的過程進(jìn)行，分為初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)設(shè)計(jì)，下面進(jìn)行分別論述。

3.1初步設(shè)計(jì)

在船體的初步設(shè)計(jì)中，需要對(duì)其中的規(guī)劃方案加以具體化，其中主要包括了對(duì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的分析以及設(shè)計(jì)框架的構(gòu)建，在建立的初期主要是運(yùn)用基本圖紙把預(yù)想凸顯出來，從而形成一個(gè)草稿圖，然后根據(jù)預(yù)案以及設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行選擇其中的材料、部件型號(hào)以及建立預(yù)算，最后形成一個(gè)預(yù)算報(bào)告。

3.2詳細(xì)設(shè)計(jì)

在船體設(shè)計(jì)的前期，主要考慮的是對(duì)設(shè)計(jì)框架大體預(yù)想，其中需要將細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)進(jìn)行處理，從而使得船體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中能夠符號(hào)依照相關(guān)，最終獲得審批意見，而在這個(gè)過程中需要充分考慮船體建造中的細(xì)節(jié)［，然后再次明確材料的型號(hào)，從而形成一個(gè)符合設(shè)計(jì)系統(tǒng)的方案。

3.3生產(chǎn)設(shè)計(jì)

這主要是對(duì)船體設(shè)計(jì)中將方案付諸實(shí)踐的過程，即就是生產(chǎn)要求，以及在施工中所需要使用的材料和注意事項(xiàng)，從而使得材料能夠在施工詳細(xì)解釋中符合設(shè)計(jì)的圖紙以及施工方案。

表1　

4.船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具體實(shí)施過程

船體結(jié)構(gòu)一般情況下是在設(shè)計(jì)初期就進(jìn)行分體、分段加以細(xì)致構(gòu)建，其中還有一部分是多重部件之間的組合，因此，在船體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，需要實(shí)現(xiàn)一體化的目標(biāo)是目前設(shè)計(jì)水平難以達(dá)到的，并且在一體化中還是會(huì)在局部出現(xiàn)問題，所以需要對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分段處理，在分段中，需要充分地考慮其中各個(gè)要素之間的組合以及連接的問題，這對(duì)于船體中小規(guī)模的設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)是較為容易實(shí)現(xiàn)，而對(duì)于船體結(jié)合中的分段設(shè)計(jì)，則需要實(shí)施一個(gè)有機(jī)體分段，在首尾、上下結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行有效拆分以及組建，同時(shí)還需要將一體性的技術(shù)加以優(yōu)化，從而更好地統(tǒng)籌船體的總體結(jié)構(gòu)；再者就是充分考慮船體中關(guān)于負(fù)荷性能和船體之間的構(gòu)造、重量以及材料內(nèi)部的性能關(guān)系，同時(shí)，在結(jié)構(gòu)方面還需要對(duì)出航條件進(jìn)行有效考慮，以免發(fā)生海上負(fù)面的影響，其中船體的自身質(zhì)量屬于一個(gè)十分關(guān)鍵性的因素，因此，在設(shè)計(jì)與規(guī)劃中，需要進(jìn)一步對(duì)船體結(jié)構(gòu)加強(qiáng)銜接與加工，使得船體質(zhì)量以及結(jié)構(gòu)也方面保持一個(gè)動(dòng)態(tài)化的過程，這有利于船體結(jié)構(gòu)對(duì)載荷能力加以測(cè)算，同時(shí)還充分地考慮航限制性的條件。

5.對(duì)船體結(jié)構(gòu)的分析

船體結(jié)構(gòu)中一個(gè)基本結(jié)構(gòu)的分析，主要是針對(duì)其中的板以及型材加以組合的分析，這又被稱為板架結(jié)構(gòu)，而根據(jù)船體結(jié)構(gòu)的位置以及做用，可以進(jìn)行人為分成一個(gè)若干的板架，例如船底的板架、甲板的板架以及舷側(cè)板架等，經(jīng)過船體梁的分析得到，甲板與船底板架之間就相當(dāng)于船體梁中的上、下冀板，而其中的舷側(cè)板架則相當(dāng)于船體梁中的腹板，它們具有不同的作用，而在骨架排列中，其方式也具有不同，通常情況下，可以將其分成兩個(gè)部分，一部分是縱骨架式，另一部分是橫骨架結(jié)構(gòu)，在大型船舶的設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)船體的實(shí)際結(jié)構(gòu)中所承重的要求而調(diào)整相關(guān)船體的架構(gòu)方式，在甲板以及底部設(shè)計(jì)中，主要采用的縱向架式，它能夠更好的承重骨架，其所具有的支撐力也能夠更好地增加船體中安全的性能，而板材的要求也滿足船體基本受力的要求，同時(shí)，在極端情況下，需要進(jìn)一步的考慮其中承重的上限以及船舷的問題，因此在這個(gè)過程中，需要根據(jù)實(shí)際的設(shè)計(jì)進(jìn)行橫向結(jié)構(gòu)方式的采用，從而保證其受力的均勻以及載重性，在橫向設(shè)計(jì)中，還可以體現(xiàn)出優(yōu)點(diǎn)，即占用的空間較小，從而能夠使得船體結(jié)構(gòu)中獲得更大艙容，而對(duì)于其中的工程船，在上甲板中比較宜于使用的是橫骨架式的結(jié)構(gòu)，其中需要主要的情況如下表1所示。

因此對(duì)于船體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)而言，在船底的結(jié)構(gòu)中，比較易于擱淺的部分或者是其中的艙內(nèi)，需要承擔(dān)大量的貨物時(shí)，這時(shí)就要考慮到艙底中的護(hù)板，可以通過增加船底板的厚度加以保護(hù)，而對(duì)于其中舷側(cè)的結(jié)構(gòu)型式，主要是由橫艙壁的間距以及甲板之間的距離而定的，當(dāng)其中的距離較小時(shí)，則需要考慮應(yīng)用橫骨架式，其中比較重要的是對(duì)于冰區(qū)的航行就顯得十分重要。

6.結(jié)束語

綜上所述，船體結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)需要緊緊圍繞一個(gè)科學(xué)合理的理念，本文中所論述的各種不同情況，堅(jiān)持做到根據(jù)船體設(shè)計(jì)、管理以及工藝的現(xiàn)場(chǎng)而展開，從而為船體的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)良好的指導(dǎo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了船體設(shè)計(jì)質(zhì)量以及管理工作有效結(jié)合的目的，為船體結(jié)構(gòu)在建造中降低成本、提高效率和質(zhì)量。

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