綠色造船工藝在船舶結(jié)構(gòu)中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用分析研究

蘇泓琿

摘 要 船舶結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此造船工藝環(huán)節(jié)繁多、能耗較大，使得以往造船工藝不符合現(xiàn)代綠色理念，不但帶來(lái)了過(guò)高的成本，還引起了一系列的環(huán)境污染。針對(duì)這些現(xiàn)象，現(xiàn)代相關(guān)領(lǐng)域開(kāi)始積極探索“綠色造船工藝”，旨在將綠色理念融入到以往造船工藝中，著重針對(duì)船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，盡可能去除其中不符綠色理念的部分或者進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)長(zhǎng)期的研究，現(xiàn)代綠色造船工藝已有相關(guān)成果，本文將展開(kāi)相關(guān)分析工作，闡述綠色造船工藝是如何在船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的，對(duì)工藝特征與優(yōu)點(diǎn)、工藝應(yīng)用方式、注意事項(xiàng)進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞 綠色造船工藝 船舶結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：U66 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2020）02-0017-02

隨著我國(guó)外貿(mào)行業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)海上國(guó)際運(yùn)輸?shù)念l次與總量越來(lái)越高，這一現(xiàn)象使得我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，但也暴露出以往船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中造船工藝的缺陷，而諸多缺陷紛紛暴露出以往工藝的節(jié)能性、環(huán)保性不足，不符合綠色工藝?yán)砟?。因此面?duì)外貿(mào)行業(yè)的不斷發(fā)展，船舶作為主要交通工具，其船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)融入綠色工藝?yán)砟睿绻^續(xù)放任自流，只會(huì)使得各項(xiàng)問(wèn)題進(jìn)一步惡化，反而不利于行業(yè)發(fā)展，說(shuō)明有必要探討如何根據(jù)綠色造船工藝來(lái)對(duì)船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，其中綠色造船工藝要如何使用是一項(xiàng)值得研究的問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)針對(duì)這一問(wèn)題展開(kāi)相關(guān)研究。

1 綠色造船工藝特征與優(yōu)點(diǎn)

1.1 特征

綠色造船工藝最突出的特征就是污染控制，以往造船工藝在實(shí)施過(guò)程中會(huì)造成很多污染現(xiàn)象，如污水污染、工藝廢料污染、重金屬污染、油液污染等，這些污染現(xiàn)象對(duì)周邊環(huán)境都造成了負(fù)面影響，同時(shí)以往工藝下的各類(lèi)污染在船舶行駛過(guò)程中也有一定表現(xiàn)，會(huì)對(duì)大環(huán)境造成負(fù)面影響，因此綠色造船工藝非常重視污染控制。綠色造船工藝的污染控制著重于兩個(gè)層面，首要層面是“零污染”，要求對(duì)所有可控的污染現(xiàn)象進(jìn)行強(qiáng)有力防控，條件允許的情況下可以剔除一些會(huì)造成污染的環(huán)節(jié)，保障此類(lèi)污染現(xiàn)象不再發(fā)生，做到零污染。次之則為“污染最小化”，針對(duì)工藝中所有不可完全消除的污染進(jìn)行優(yōu)化，使其污染影響力無(wú)限接近于零，這樣在工藝整體上就可以實(shí)現(xiàn)污染最小化，體現(xiàn)出強(qiáng)大污染控制力。另外，除最突出特征以外綠色造船工藝還具有其他特征，如工藝實(shí)施效率更快、質(zhì)量管理難度更低（因?yàn)楣に嚍榱丝刂莆廴?，?huì)對(duì)各環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，甚至去除一些不必要的環(huán)節(jié)，所以工藝實(shí)施效率更快，且降低了管理難度），說(shuō)明綠色造船工藝具有很高的應(yīng)用價(jià)值，應(yīng)當(dāng)在現(xiàn)代船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用。

1.2 優(yōu)點(diǎn)

綠色造船工藝的優(yōu)點(diǎn)有二，分別為成本低、技術(shù)先進(jìn)。首先綠色造船工藝中不同環(huán)節(jié)的優(yōu)化與整體調(diào)整，在一定程度上就降低了總成本，同時(shí)在污染控制下，各環(huán)節(jié)的耗材與資金投入也會(huì)隨之降低，很多在現(xiàn)在看來(lái)不必要的成本項(xiàng)目都會(huì)被提出，且其他成本項(xiàng)目也會(huì)得到有效控制，總體而言綠色造船工藝下船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總成本與實(shí)際需求高度貼合，除了必要的抗風(fēng)險(xiǎn)額外成本以外，幾乎已經(jīng)沒(méi)有了多余成本。其次綠色造船工藝中引入很多先進(jìn)技術(shù)，這是工藝得以被優(yōu)化與調(diào)整的關(guān)鍵，而先進(jìn)技術(shù)的引入就使得整個(gè)工藝先進(jìn)程度提升，不但有利于船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量，還能避免以往工藝中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題。因此相比之下，綠色造船工藝優(yōu)于以往工藝，現(xiàn)代船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)前者保持重視。

2 綠色造船工藝應(yīng)用方式

2.1 綠色制造工藝

秉持綠色工藝?yán)砟?，船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須對(duì)制造工藝方案進(jìn)行優(yōu)化，因此經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究，綠色造船工藝中出現(xiàn)了兩種綠色制造工藝形式，分別為凈成形、干式。

2.1.1 凈成形

凈成形制造工藝最大優(yōu)點(diǎn)在于資源節(jié)省，能夠最大限度的降低工藝中材料的投入。例如某企業(yè)需要建造集裝箱船，規(guī)格為400m×59m×70m（長(zhǎng)×寬×高），最大吃水15m，載重為200kt，制造工藝中主用材料為鋼。而為了節(jié)省鋼材料的投入，該企業(yè)就使用了凈成形制造工藝，在船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中對(duì)橫隔艙進(jìn)行了優(yōu)化，首先對(duì)鋼材生產(chǎn)規(guī)格進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，且依照規(guī)格采用了自然排版、斷縫設(shè)計(jì)，起到了降低板材切割、焊接、打磨次數(shù)的效果，其次利用有限元計(jì)算方法得出橫隔倉(cāng)主要受力為船舶舷側(cè)的橫向拉力，因此可以對(duì)橫隔艙縱向鋼材料投入量進(jìn)行削減，設(shè)計(jì)中主要減少了橫隔艙縱向結(jié)構(gòu)的斷縫，成功讓橫隔艙總鋼投入量降低了8%、板材斷縫減少了7%。

2.1.2 干式

干式制造工藝是一種頗為直接的制造工藝，在整個(gè)制造過(guò)程中只采用一種工藝技術(shù)，因此其最大優(yōu)勢(shì)就在于簡(jiǎn)化工藝流程，而在工藝流程得以簡(jiǎn)化后，制造效率、材料投入、成本支出等也會(huì)隨之下降，說(shuō)明該工藝符合綠色工藝?yán)砟?。如某企業(yè)在制造液化氣船時(shí)，針對(duì)液化氣罐就采用了干式制造工藝，即因?yàn)樵摯械囊夯瘹夤逓椴灰?guī)則菱形，所以制造時(shí)存在很多轉(zhuǎn)角、圓角鋼板加工需求，依照傳統(tǒng)工藝技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)比較復(fù)雜，但在干式制造工藝下可以使用油壓機(jī)、專(zhuān)用模具進(jìn)行冷壓彎板處理，能夠快速完成整個(gè)制造流程，同時(shí)冷壓彎板技術(shù)能夠保障鋼板質(zhì)量與力學(xué)性能，不必?fù)?dān)心因工藝更變?cè)斐傻馁|(zhì)量問(wèn)題[1]。

2.2 綠色焊接技術(shù)

焊接技術(shù)是造船工藝中的必要技術(shù)，主要負(fù)責(zé)將各結(jié)構(gòu)穩(wěn)固連接，因此在船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中必須將焊接技術(shù)納入考慮，有必要根據(jù)設(shè)計(jì)需求提出合理的焊接方案。但以往船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)于注重焊接質(zhì)量，忽略了焊接技術(shù)造成的污染、能耗及穩(wěn)定性問(wèn)題，使得以往造船工藝中焊接技術(shù)頻繁出現(xiàn)污染嚴(yán)重、能耗大及因不穩(wěn)定導(dǎo)致工藝反復(fù)、結(jié)構(gòu)報(bào)廢等問(wèn)題，顯然不符合綠色工藝?yán)砟?。而綠色焊接技術(shù)可借助現(xiàn)代信息技術(shù)來(lái)實(shí)施，主要特征與應(yīng)用方式為：其一，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)立信息技術(shù)控制終端，并將現(xiàn)場(chǎng)所有自動(dòng)焊接設(shè)備與終端連接，使終端可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，同時(shí)監(jiān)控設(shè)備的參數(shù)變化;其二，在自動(dòng)焊接設(shè)備運(yùn)作之前，人工需要在控制終端對(duì)各設(shè)備的焊接參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)置（標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)來(lái)源于船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)），主要參數(shù)項(xiàng)包括焊接溫度、焊接熔池深度、焊接位置坐標(biāo)、焊接時(shí)長(zhǎng)等，面對(duì)不同自動(dòng)焊接設(shè)備可以根據(jù)需求設(shè)置不同參數(shù)，使整體焊接趨于完善;其三，在自動(dòng)焊接設(shè)備運(yùn)作過(guò)程中，人工可以借助傳感器在控制終端觀察各設(shè)備當(dāng)前參數(shù)變化，如果發(fā)現(xiàn)某設(shè)備參數(shù)發(fā)生異常，開(kāi)始向不利方向發(fā)展，則可以針對(duì)這一設(shè)備重新設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，使其恢復(fù)正常，保障焊接順利完成。該項(xiàng)技術(shù)有效降低了焊接對(duì)人工的依賴(lài)，這樣人工的誤差性、不穩(wěn)定性就不會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量造成影響，提高了焊接質(zhì)量穩(wěn)定性，同時(shí)因?yàn)檎麄€(gè)焊接過(guò)程中所有焊接設(shè)備的參數(shù)都符合標(biāo)準(zhǔn)，所以能耗、污染現(xiàn)象也趨于最小化，符合綠色工藝?yán)砟睢?/p>

2.3 綠色涂料技術(shù)

因?yàn)榇霸趯?shí)際運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中會(huì)與水體接觸，且有相當(dāng)一部分會(huì)長(zhǎng)時(shí)間處于水下環(huán)境，所以船舶外部上的縫隙可能導(dǎo)致水體進(jìn)入船內(nèi)，這不但會(huì)導(dǎo)致船舶外部縫隙周邊生銹，還存在沉船風(fēng)險(xiǎn)。因此，在船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中就要通過(guò)涂料來(lái)加強(qiáng)外部防水性。但以往船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更重視涂料性能，忽略了涂料噴涂時(shí)的相關(guān)污染，如噴涂時(shí)涂料中的細(xì)小顆粒將飄散到空氣中，容易被操作人員吸入體內(nèi)，而這些顆粒大多為化學(xué)物質(zhì)，顯然是對(duì)人體有害的，因此被吸入后會(huì)威脅到操作人員的身體健康，同時(shí)操作人員在噴涂過(guò)程中只能依靠以往經(jīng)驗(yàn)與感覺(jué)去把控涂料厚度等質(zhì)量參數(shù)，很難保障整體噴涂質(zhì)量，無(wú)法發(fā)揮涂料全面作用。針對(duì)這一情況，在綠色造船工藝中就出現(xiàn)了綠色涂料技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)為自動(dòng)式，同樣可以通過(guò)信息化終端進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化控制，能避免人工與涂料接觸，且標(biāo)準(zhǔn)化控制下能夠有效保障噴涂質(zhì)量，體現(xiàn)出一定的綠色性。此外值得注意的是，雖然涂料噴涂時(shí)的細(xì)小顆粒不會(huì)與人體接觸，但依舊會(huì)在空氣中飄散，可能造成環(huán)境污染，因此建議讓該項(xiàng)技術(shù)在封閉式環(huán)境中運(yùn)作，避免細(xì)小顆粒進(jìn)入外部空氣環(huán)境，且定期對(duì)封閉式環(huán)境進(jìn)行清理，以消除環(huán)境污染問(wèn)題[2]。

3 綠色造船工藝應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)

3.1 材料的合理選擇

造船材料是綠色造船工藝實(shí)施對(duì)象，其與船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量有一定關(guān)系，因此一定要慎重選擇，但在選擇中除了要重視材料本身質(zhì)量以外，也不能忽略其是否存在污染性，結(jié)合綠色工藝?yán)砟?，所選材料必須同時(shí)兼顧質(zhì)量與環(huán)保性。符合綠色工藝?yán)砟畹牟牧掀毡榫哂袩o(wú)毒、可回收、不易分解、使用壽命長(zhǎng)四大特征，因此綠色造船工藝材料選擇中要盡可能選擇符合這四大特征的材料，尤其是無(wú)毒，所選材料必須具備這一特征，否則很容易造成嚴(yán)重污染，例如某造船工藝中就因?yàn)檫x擇了有毒材料，導(dǎo)致造船時(shí)材料掉入海中，使得周邊海域海洋生物大面積死亡，所以材料必須是無(wú)毒的，而其余三大特征在條件不允許的情況下可以舍棄。

3.2 船舶設(shè)計(jì)方案質(zhì)量把控

船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案是綠色造船工藝的應(yīng)用方向，如果設(shè)計(jì)方案本身存在問(wèn)題，則工藝實(shí)施成果就會(huì)出現(xiàn)偏差，很容易造成嚴(yán)重的成本、資源浪費(fèi)，不符合綠色工藝?yán)砟?。因此為了避免這一現(xiàn)象發(fā)生，建議在綠色造船工藝正式實(shí)施之前，先采用BIM類(lèi)的技術(shù)對(duì)船舶設(shè)計(jì)方案進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，確保其中沒(méi)有質(zhì)量問(wèn)題后再開(kāi)始工藝制造。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文對(duì)綠色造船工藝在船舶結(jié)構(gòu)中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用進(jìn)行了分析研究，闡述了綠色造船工藝特征與優(yōu)點(diǎn)、應(yīng)用方式及注意事項(xiàng)。通過(guò)分析研究可知，綠色造船工藝在船舶結(jié)構(gòu)中應(yīng)用價(jià)值突出，不但能提高船舶質(zhì)量，還能避免一系列不符合綠色理念的事件發(fā)生，但要做到這一點(diǎn)就要采用正確的方法。而文中提出的應(yīng)用方式就能充分發(fā)揮綠色造船工藝的效用，實(shí)現(xiàn)以上目的，加之對(duì)注意事項(xiàng)的把控與規(guī)避，能夠有效提高船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)綠色性，且對(duì)質(zhì)量作出保障。

參考文獻(xiàn)：

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福建省白馬船廠，福建 寧德