綠色造船工藝在船舶結構中的設計及應用分析研究

(福建省白馬船廠，福建 寧德 355011)

隨著我國外貿行業的發展，國內海上國際運輸的頻次與總量越來越高，這一現象使得我國經濟飛速發展，但也暴露出以往船舶結構設計中造船工藝的缺陷，而諸多缺陷紛紛暴露出以往工藝的節能性、環保性不足，不符合綠色工藝理念。因此面對外貿行業的不斷發展，船舶作為主要交通工具，其船舶結構設計中應當融入綠色工藝理念，如果繼續放任自流，只會使得各項問題進一步惡化，反而不利于行業發展，說明有必要探討如何根據綠色造船工藝來對船舶結構設計進行優化，其中綠色造船工藝要如何使用是一項值得研究的問題，應當針對這一問題展開相關研究。

1 綠色造船工藝特征與優點

1.1 特征

綠色造船工藝最突出的特征就是污染控制，以往造船工藝在實施過程中會造成很多污染現象，如污水污染、工藝廢料污染、重金屬污染、油液污染等，這些污染現象對周邊環境都造成了負面影響，同時以往工藝下的各類污染在船舶行駛過程中也有一定表現，會對大環境造成負面影響，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層面，首要層面是“零污染”，要求對所有可控的污染現象進行強有力防控，條件允許的情況下可以剔除一些會造成污染的環節，保障此類污染現象不再發生，做到零污染。次之則為“污染最小化”，針對工藝中所有不可完全消除的污染進行優化，使其污染影響力無限接近于零，這樣在工藝整體上就可以實現污染最小化，體現出強大污染控制力。另外，除最突出特征以外綠色造船工藝還具有其他特征，如工藝實施效率更快、質量管理難度更低（因為工藝為了控制污染，會對各環節進行優化，甚至去除一些不必要的環節，所以工藝實施效率更快，且降低了管理難度），說明綠色造船工藝具有很高的應用價值，應當在現代船舶結構設計中廣泛應用。

1.2 優點

綠色造船工藝的優點有二，分別為成本低、技術先進。首先綠色造船工藝中不同環節的優化與整體調整，在一定程度上就降低了總成本，同時在污染控制下，各環節的耗材與資金投入也會隨之降低，很多在現在看來不必要的成本項目都會被提出，且其他成本項目也會得到有效控制，總體而言綠色造船工藝下船舶結構設計的總成本與實際需求高度貼合，除了必要的抗風險額外成本以外，幾乎已經沒有了多余成本。其次綠色造船工藝中引入很多先進技術，這是工藝得以被優化與調整的關鍵，而先進技術的引入就使得整個工藝先進程度提升，不但有利于船舶結構設計質量，還能避免以往工藝中經常出現的問題。因此相比之下，綠色造船工藝優于以往工藝，現代船舶結構設計人員應當對前者保持重視。

2 綠色造船工藝應用方式

2.1 綠色制造工藝

秉持綠色工藝理念，船舶結構設計必須對制造工藝方案進行優化，因此經過長時間的研究，綠色造船工藝中出現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點在于資源節省，能夠最大限度的降低工藝中材料的投入。例如某企業需要建造集裝箱船，規格為400m×59m×70m（長×寬×高），最大吃水15m，載重為200kt，制造工藝中主用材料為鋼。而為了節省鋼材料的投入，該企業就使用了凈成形制造工藝，在船舶結構設計當中對橫隔艙進行了優化，首先對鋼材生產規格進行了統計，且依照規格采用了自然排版、斷縫設計，起到了降低板材切割、焊接、打磨次數的效果，其次利用有限元計算方法得出橫隔倉主要受力為船舶舷側的橫向拉力，因此可以對橫隔艙縱向鋼材料投入量進行削減，設計中主要減少了橫隔艙縱向結構的斷縫，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，在整個制造過程中只采用一種工藝技術，因此其最大優勢就在于簡化工藝流程，而在工藝流程得以簡化后，制造效率、材料投入、成本支出等也會隨之下降，說明該工藝符合綠色工藝理念。如某企業在制造液化氣船時，針對液化氣罐就采用了干式制造工藝，即因為該船中的液化氣罐為不規則菱形，所以制造時存在很多轉角、圓角鋼板加工需求，依照傳統工藝技術進行生產比較復雜，但在干式制造工藝下可以使用油壓機、專用模具進行冷壓彎板處理，能夠快速完成整個制造流程，同時冷壓彎板技術能夠保障鋼板質量與力學性能，不必擔心因工藝更變造成的質量問題[1]。

2.2 綠色焊接技術

焊接技術是造船工藝中的必要技術，主要負責將各結構穩固連接，因此在船舶結構設計當中必須將焊接技術納入考慮，有必要根據設計需求提出合理的焊接方案。但以往船舶結構設計過于注重焊接質量，忽略了焊接技術造成的污染、能耗及穩定性問題，使得以往造船工藝中焊接技術頻繁出現污染嚴重、能耗大及因不穩定導致工藝反復、結構報廢等問題，顯然不符合綠色工藝理念。而綠色焊接技術可借助現代信息技術來實施，主要特征與應用方式為：其一，在現場設立信息技術控制終端，并將現場所有自動焊接設備與終端連接，使終端可以對設備進行控制，同時監控設備的參數變化；其二，在自動焊接設備運作之前，人工需要在控制終端對各設備的焊接參數進行標準化設置（標準參數來源于船舶結構設計），主要參數項包括焊接溫度、焊接熔池深度、焊接位置坐標、焊接時長等，面對不同自動焊接設備可以根據需求設置不同參數，使整體焊接趨于完善；其三，在自動焊接設備運作過程中，人工可以借助傳感器在控制終端觀察各設備當前參數變化，如果發現某設備參數發生異常，開始向不利方向發展，則可以針對這一設備重新設置標準參數，使其恢復正常，保障焊接順利完成。該項技術有效降低了焊接對人工的依賴，這樣人工的誤差性、不穩定性就不會對焊接質量造成影響，提高了焊接質量穩定性，同時因為整個焊接過程中所有焊接設備的參數都符合標準，所以能耗、污染現象也趨于最小化，符合綠色工藝理念。

2.3 綠色涂料技術

因為船舶在實際運行過程當中會與水體接觸，且有相當一部分會長時間處于水下環境，所以船舶外部上的縫隙可能導致水體進入船內，這不但會導致船舶外部縫隙周邊生銹，還存在沉船風險。因此，在船舶結構設計中就要通過涂料來加強外部防水性。但以往船舶結構設計更重視涂料性能，忽略了涂料噴涂時的相關污染，如噴涂時涂料中的細小顆粒將飄散到空氣中，容易被操作人員吸入體內，而這些顆粒大多為化學物質，顯然是對人體有害的，因此被吸入后會威脅到操作人員的身體健康，同時操作人員在噴涂過程中只能依靠以往經驗與感覺去把控涂料厚度等質量參數，很難保障整體噴涂質量，無法發揮涂料全面作用。針對這一情況，在綠色造船工藝中就出現了綠色涂料技術，該項技術為自動式，同樣可以通過信息化終端進行標準化控制，能避免人工與涂料接觸，且標準化控制下能夠有效保障噴涂質量，體現出一定的綠色性。此外值得注意的是，雖然涂料噴涂時的細小顆粒不會與人體接觸，但依舊會在空氣中飄散，可能造成環境污染，因此建議讓該項技術在封閉式環境中運作，避免細小顆粒進入外部空氣環境，且定期對封閉式環境進行清理，以消除環境污染問題[2]。

3 綠色造船工藝應用時的注意事項

3.1 材料的合理選擇

造船材料是綠色造船工藝實施對象，其與船舶結構設計質量有一定關系，因此一定要慎重選擇，但在選擇中除了要重視材料本身質量以外，也不能忽略其是否存在污染性，結合綠色工藝理念，所選材料必須同時兼顧質量與環保性。符合綠色工藝理念的材料普遍具有無毒、可回收、不易分解、使用壽命長四大特征，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，尤其是無毒，所選材料必須具備這一特征，否則很容易造成嚴重污染，例如某造船工藝中就因為選擇了有毒材料，導致造船時材料掉入海中，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 船舶設計方案質量把控

船舶結構設計方案是綠色造船工藝的應用方向，如果設計方案本身存在問題，則工藝實施成果就會出現偏差，很容易造成嚴重的成本、資源浪費，不符合綠色工藝理念。因此為了避免這一現象發生，建議在綠色造船工藝正式實施之前，先采用BIM 類的技術對船舶設計方案進行質量檢驗，確保其中沒有質量問題后再開始工藝制造。

4 結語

綜上所述，本文對綠色造船工藝在船舶結構中的設計及應用進行了分析研究，闡述了綠色造船工藝特征與優點、應用方式及注意事項。通過分析研究可知，綠色造船工藝在船舶結構中應用價值突出，不但能提高船舶質量，還能避免一系列不符合綠色理念的事件發生，但要做到這一點就要采用正確的方法。而文中提出的應用方式就能充分發揮綠色造船工藝的效用，實現以上目的，加之對注意事項的把控與規避，能夠有效提高船舶結構設計綠色性，且對質量作出保障。