船舶管路布局優(yōu)化探究

秦 偉（南通中遠川崎船舶工程有限公司，江蘇 南通 226000）

船舶管路布局優(yōu)化探究

秦 偉
（南通中遠川崎船舶工程有限公司，江蘇 南通 226000）

管路布局是船舶設計中重要的組成部分，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營的安全性和便利性；而船舶管路布局是一項繁瑣而復雜的工作，需要團隊協(xié)同作業(yè)，不同的設計師，不同的區(qū)劃，受經(jīng)驗與知識面的影響，設計風格、設計理念往往存在差異，這就要求設計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)范和各項基準的前提下，優(yōu)化出最經(jīng)濟、最實用的管路布局。

船舶設計；管路布局；優(yōu)化

現(xiàn)行的船舶設計一般分為基本設計、詳細設計和生產(chǎn)設計，船舶管路設計貫穿在詳細設計階段和生產(chǎn)設計階段，管路設計以及綜合布局質(zhì)量直接影響到船舶的建造周期和船廠的建造成本，因此，設計初期就需要做好充足的準備工作并對管路布局進行優(yōu)化，以確保后期船舶在正常航行中能夠安全可靠，確保各機械設備能夠有序運轉，同時能夠方便的進行維護，因此，進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：前期準備工作、管路系統(tǒng)圖繪制、管路計劃圖繪制、管路裝置圖繪制、管路一品圖編制以及施工取付圖編制。

1　船舶管路布局的準備

船舶管路布局工作是一項嚴謹而細致的工作，在進行管路設計前，應當做好充足的準備工作：

（1）船舶建造圖紙。要進行管路布局，首先就需要對船舶管路布局相關的圖紙進行充分的了解，管路布局時需要參考的圖紙有很多，主要包括艙室布置圖、船體結構圖、防火構造圖等；除此之外還要對規(guī)格書以及商談備忘錄進行詳細研討，將涉及到管路相關的內(nèi)容進行批注，以便后續(xù)管路布局時能方便的查閱出處，只有在前期做好充分的準備工作，才能通過圖紙信息對船舶實際情況做充分了解，進而達到設計方案的形成并進行有效的優(yōu)化。

（2）船舶管路施工規(guī)范。在管路布局設計中，優(yōu)秀的設計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、工藝、空間環(huán)境與人員情況，這樣才能在符合實際情況的基礎上開展最優(yōu)設計方案的制定。另外，對于相關行業(yè)規(guī)范要有細致的分析研讀，同時對于重點施工環(huán)節(jié)細則需要反復研究，進而有效的提升實際施工效率，避免施工階段返工。

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

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

2　船舶管路布局的要點

由于目前船舶管路布局設計主要是在限定的三維空間中，管線從指定起點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的無碰路徑。其目標主要是追求管長最短，彎頭數(shù)最少即經(jīng)濟性因素，然而忽視維修性的考慮，會導致船舶管系在發(fā)生故障后維修困難耗，后期維護保養(yǎng)費用過高，嚴重的會導致船舶停航檢修，對船舶安全運營造成重大的影響。所以，在管路設計階段就應該考慮到維修性的因素，把它作為設計中的一個目標。

船舶管路系統(tǒng)按用途分為兩大類：為推進裝置服務的管系稱為動力管系，以保證推進裝置正常工作；為全船服務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。

（1）常規(guī)管路設計。常規(guī)管路設計中要保證科學性和合理性，需要將不同性質(zhì)不同用途的管路進行有效隔離，避免泄露后造成相互影響，對于具有危險性的管路需要與儲存室、居住區(qū)與控制室保持一定安全隔離，防止對正常的工作和生活造成干擾；對于淡水與燃油管路做有效分開，避免污染，同時也需要做好加固與加密處理，可以設置管道套管或者油密隧道，避免泄露；對于具有爆炸性或可燃性的管路要遠離電路、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工作的便捷性，在空間上布置在適當位置，同時閥門應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；對于依靠重力進行排水的管路，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的航態(tài)，以確保管路內(nèi)部的污水能順利排放；對于布置在暴露區(qū)劃的管路，要考慮冬季氣溫對其的影響，設置放殘管路或包覆防熱材，以避免管路結冰造成管路損壞。

（2）特殊性管路設計。對于特殊性的管路要做好特殊設計方法與處理手段，風管線路上需要考慮船體結構特性。船體外形、甲板位置與高度等。通風頭設置的內(nèi)部結構與高度需要根據(jù)具體的布置位置以及對應的規(guī)范進行計算；每個通風管道需要計算好對應風量分配，并設置風閘進行風量平衡調(diào)整，通風管道結構需要保持較好的散熱性；通風口與空氣過濾器需要對準，從而保證空氣質(zhì)量；鍋爐與液壓器應該設計在燃燒口上面，如此才可避免熱源不與空氣產(chǎn)生直接性接觸；通風口應該設計在人流相對集中處，風管考慮內(nèi)部可追加導流板，從而保證良好的通風效果；供風口與抽風口應該運用對角線的設計方式，這樣可以保證空氣充分對流；噴油頭間、機修間、分油機室與電焊間的抽風口都應該設計在艙室上方位置；風管布置時需要考慮到其他有關設備的檢修空間，要防止布置時相互交錯，尤其是部分風管可能會涉及到防火材與保溫材的包裹，應當預留足夠的施工空間，此外，風管與天花板間保持適當?shù)木嚯x，以便于天花板封板。

3　船舶管路布局的方法

不同的造船企業(yè)其建造方式、依賴的設計軟件存在差異，進而常用的管路布局的方法也存在多樣性，但其目的只有一個，在滿足各項規(guī)范的基礎上，設計出最經(jīng)濟、最實用的管路。

（1）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，依照預先規(guī)則在逃逸線上選取逃逸點，通過設置來選取起始點，而后不斷重復操作，一直尋找到目標點。

（2）網(wǎng)絡優(yōu)化算法。在管路布局優(yōu)化的設計處理上，需要通過網(wǎng)絡優(yōu)化算法進行，首先會出現(xiàn)有向圖，通過其中的邊集、頂點集來確定目標點最優(yōu)路徑情況，在該方法中需要涉及較多的中間節(jié)點、連接與交叉等，工作量較為龐雜，同時每一條管路設計均具有獨立性，需要單獨性處理，不能與其他管路達到有效協(xié)調(diào)配合，從而導致設計中存在一定障礙。

（3）模糊集方法。管路布局優(yōu)化設計中存在較多的約束性因素與環(huán)境，部分約束時具有一定規(guī)則性，可以通過函數(shù)表達式來有效呈現(xiàn)，而部分是屬于模糊性條件，難以有效通過函數(shù)表達。運用模糊集理論可以有效的將設計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，進而得到更好的布局優(yōu)化效果。同時

表2　45# 鋼表面為不同涂層時的表面吸收系數(shù)實測結果

式中，ω是光振動的角頻率，λ是進入材料的激光波長。

光振動的角頻率和進入材料的激光波長通過光速c 及介質(zhì)的折射率n 聯(lián)系起來

在各向同性的吸收介質(zhì)中，折射率為復數(shù)形式

整理可得激光光波場具體表示

從激光光波場的表示可以得到，光波進入吸收介質(zhì)后，其振幅將迅速衰減。在深度z處的光波強度變?yōu)?/p>

這里給出吸收長度的概念，為激光光波強度在進入介質(zhì)后是進入介質(zhì)前的1/e 稱為吸收長度zt，則

式中，λ0為真空中的光波長。n2稱為介質(zhì)的消光系數(shù)，對于實際給定的材料，它是光波長的函數(shù)，但吸收介質(zhì)中其數(shù)值通常大于1。因此，激光在介質(zhì)表面還不到十分之一波長的厚度內(nèi)便被吸收。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.252

于長興（1969-），男，黑龍江齊齊哈爾人，碩士，副教授，研究方向：激光技術、電氣電器檢測技術。