时间：2023-05-30 09:38:48
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇船舶优化设计，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
【关键词】 长江口船舶定线制；船舶交通流；优化设计；上海港；绕航
0 引 言
近年来，随着长江“黄金水道”沿岸经济带的高速发展，以上海港为龙头的长江沿岸港口货物吞吐量增长较快，进出长江的船舶与南北大通道的船舶在长江口水域产生大量的交叉和汇聚，船舶航迹分布复杂，船舶交通流之间冲突点多。尤其是从中浚前5 h开始，大量外籍船舶按照引航计划起锚进入长江口，其驾驶员与南北大通道航行船舶驾驶员之间语言沟通不畅，导致一些迟来的船舶“抢”计划、“抢”位置，从而造成船舶间避让不协调，船舶交通流之间冲突强度大。本文对2008年版长江口船舶定线制未能解决的问题进行分析，力求降低各船舶交通流之间的冲突强度和等级，避免出现外籍船舶起锚后进入长江口与南北大通道船舶直角交会的局面，以缓解现有长江口水域通航安全压力，降低该水域通航风险，为海事管理部门决策提供建议和理论依据。
1 长江口船舶定线制概况
长江口地处我国南北海岸线中部的长江黄金水道与沿海南北大通道的交汇处，自2002年9月1日起，长江口开始实施船舶定线制，由3个圆形警戒区、11个通航分道和11条分隔线组成。而后海事管理部门根据实际运行效果对该水域进行优化，将原先3个警戒区简化为A、B两个警戒区，简化通航分道并调整相关灯浮和锚地分布。2008年6月1日起施行的新版本长江口船舶定线制见图1。
2 长江口船舶定线制拟解决的问题
2.1 长江口警戒区存在安全风险
2008年版长江口船舶定线制在2002年版的基础上作了简化，并很好地对接了长江口深水航道治理三期工程，对梳理船舶交通流有着较为理想的效果。[1] 但是，当南北大通道的船舶与东西向的船舶因下列3种情况积聚时，其间的交通流冲突并没有得到解决。
（1）在正常天气条件下，中浚前5 h左右，长江口水域开始初涨，大批船舶开始从海上或锚地起锚驶进引航作业区水域或进入通航分道、警戒区，然后分别从长江口深水航道、南槽航段进入，直至中浚时结束。
（2）因风、雾等恶劣天气导致上海港南北槽封航，待天气和能见度好转、船舶交通管理系统（VTS）解除禁令后，此时耽搁的船舶必然鱼贯而入，从而导致船舶积聚。
（3）因特殊船舶进出、发生船舶故障、海事和军事演习等导致临时交通管制，待管制结束后出现船舶交通流积聚情况。
当船舶交通流积聚时，大量外籍船舶与南北大通道上的本国船舶密集交汇且沟通不畅，导致避让难度加大，存在重大安全隐患。排队等待进长江口上引航员的外籍船舶与南北大通道上的船舶之间交通流冲突见图2。
2.2 船舶交通流复杂
根据对A警戒区内交通流量长期观察结果，该区域船舶交通流较为复杂，主要有以下几个情形：大型船舶进出长江口深水航道、采用我国沿海南北习惯航线、出港的小型船舶在A警戒区附近转向北上、从长江口1号锚地起锚驶往南北槽进港等。
按照常规，D3通航分道沿南北方向的延长线为管制线，也就是说船舶在进入管制线以前都是根据自身计划（其中交管时间期间按交管批复时间）安排进入长江口的。那么，在长江口初涨或临时管制解封后，进入长江口的船舶分别从A、C1通航分道汇聚至长江口A警戒区（见图3），其中不乏有大型重载船舶和大型超宽船舶。由于长江口灯船至D3通航分道水域过于狭小，造成很多船舶间来不及沟通便已经汇聚至报告线水域的尴尬，往往还会出现按照计划原本应该优先进入长江口的船舶却被堵在后面的情况。
2.3 长江口锚地容量不足
由于长江口现有锚地无法满足进出上海港船舶锚泊的需要，经常会有船舶锚泊于长江口锚地边线以外，甚至侵占A通航分道。
3 优化方案设计
3.1 优化方案的主要原则
3.1.1 安全第一
海上航行安全最为重要，航道规划应充分满足通航的安全性，以适应港口未来发展的需要。
3.1.2 兼顾经济、环保效益
在确保通航安全的情况下，航道规划应充分考虑航运企业的经济效益，减少不必要的经济支出；同时不能对海上环境构成威胁，确保海上环境不因航道规划而遭受破坏，以促进海上交通和谐。
3.1.3 充分考虑航海习惯
长江口是大型船舶进入长江的唯一入口，中外船舶汇聚于此，对于长江口船舶定线制而言，最终的受用者是广大国际海员。因此，在制定优化方案时需要充分尊重国际海员的航海习惯，同时充分考虑优化后通航分道与原有航道之间的延续性，尽可能少作改动，以便于航经此水域的驾（引）人员掌握、理解和执行。
3.2 优化方案调整的主要内容
从缓解既定方案的突出矛盾、提高通航安全性、兼顾航运企业经济效益和海上环保效益及优化方案实用性等角度出发，充分征询有经常航行于长江口水域经历的船长、引航员的意见，建议性地描绘出长江口船舶定线制优化方案（见图4），其主要内容如下：
（1）取消原有C1和C2通航分道。
（2）将A通航分道向正东方向延长20 n mile，并相应增加C警戒区和C1、C2、C3通航分道。
（3）将B通航分道向正东方向延长20 n mile，并相应更名为B2通航分道；相应增加D警戒区和D1、D2通航分道，并保留B警戒区和原有C3通航分道。
（4）将长江口1号锚地向正东方向延展并扩充为长江口1号锚地和2号锚地，将原有长江口2号锚地向正东方向延展并扩充为长江口3号锚地和4号锚地，深水航道D5灯浮正北面的锚地维持原状不变。
（5）A警戒区与B警戒区之间及A警戒区北侧水域实施限制性通航，即航行于北槽及江苏、浙江附近口岸的船舶可以使用该限制性分道，但必须提前报备，谨慎驾驶，同时现场必须征得VTS同意。
（6）其余相应增加相关灯浮和虚拟浮标。
4 优化方案总体评价及说明
4.1 安全性评价
李松等[2]提出两艘或多艘船舶在一定的时间和空间上彼此接近到一定程度时，若不改变其运动状态，就有发生碰撞的危险，这种现象称为水上交通冲突，同时引入“交通冲突技术”对水上交通冲突的发生过程及其严重性进行定量测量和判别，并应用于安全评价和预测。评价警戒区交通冲突严重性的4个指标分别是冲突点数量、冲突区域的复杂性、冲突出现频率和冲突等级。本文以北槽与南槽水域作为比较单元，按照以上4个指标对船舶定线制优化前后两个水域的警戒区冲突情况对比作简要评价（见表1）。[3]
由表1可知，船舶定线制优化以后，北槽水域警戒区外移，避让余地更大，对缓解在锚地起锚进入引航作业区的船舶与南北大通道上的船舶之间水上交通冲突作用明显，水域安全性将会明显提高；南槽水域虽然“多”出一个警戒区，冲突点数量有所增加，但优化方案会分隔一部分船舶流，减小局部水域船舶密度，使船舶冲突强度和等级均有所下降，水域安全性将会有所提高。[4]
4.2 兼顾经济效益
南北大通道整体向东“搬迁”，将会大大提高该水域的安全性，从而减少航经此地的船舶因航行安全引发的经济损失，但同时会使得部分船舶产生一定程度的绕航，增加绕航船舶的经济负担，尤其是从上海港至江苏、浙江附近港口的船舶绕航明显。
在提高船舶通航安全性的基础上，设计方案充分考虑航经该水域船舶的经济效益，减少不必要的绕航，保留B2通航分道，对南槽出口南下的船舶以及浙江沿岸北上由南槽进口的船舶均不会造成影响。同时，保留A警戒区北侧水域、A警戒区与B警戒区之间的限制性通航，减少船舶在北槽水域和浙江附近港口之间的绕航。
4.3 兼顾社会和环保效益
船舶主机在额定功率的60%以下运行时，将会造成柴油机气缸内柴油燃烧不良，运转效率下降、滑油消耗率增加，使燃烧室部件、排气系统和增压系统产生严重的燃气污染。因此，优化方案实施以后将大大提高长江口水域船舶运转的通畅度，减少主机换挡、停复主机及低速航行的次数，减少主机内柴油不充分燃烧及其产生的污染气体排放。
4.4 尊重航海习惯
长江口船舶定线制优化方案是在现有基础上将南北大通道整体向正东方向“搬迁”20 n mile，尽可能地少作改动，以便于航经此水域的国际船舶海员对“新”方案的理解和适应。
5 结 语
长江口是整个长江航道系统的咽喉，是长江深水航道和南槽航道的重要组成部分。本方案从实际问题出发，在理论上寻求突破口，为海事管理部门在制定方案时提供理论建议和参考。但是，长江口船舶定线制优化设计方案在提高长江口船舶通航安全性的同时，也造成部分船舶绕航和海事部门监管投入成本增加等不利影响。长江口船舶定线制的设置直接影响到整个上海港的船舶安全及进出上海港船舶交通的畅通或阻滞，因此需要作进一步深入研究和评估，权衡利弊。
参考文献：
[1] 陈旭海，詹海东.长江上海段圆圆沙警戒区航行规则的思考[J].航海技术，2009（3）：18-19.
[2] 李松，邵敬礼.水上交通冲突技术在船舶定线制警戒区中的应用[J].水运工程，2010（7）：111-115.
2012年11月2日，由莎益博设计系统商贸（上海）有限公司与CYBERNET集团的Noesis Solutions公司共同主办的“2012 OPTIMUS中国用户大会”在杭州福朋喜来登酒店顺利举行。本次大会共邀请到近百名来自航空航天、汽车、船舶、电子等行业共计70多个企业的专家。 作为OPTIMUS全球用户大会的一部分，本次大会不仅向用户展示了OPTIMUS的最新应用案例，还邀请到吉利、奇瑞、一汽集团、708所等国内著名汽车，船舶企业和研究所的专家，为大家带来的精彩演讲。
大会在CYBERNET公司MBD事业部总经理毛力奋先生的致辞下拉开序幕，CYBERNET MBD事业部销售经理康友树向大家介绍CYBERNET的CAE整体解决方案。来自比利时Noesis公司市场销售总监Luc Meulewaeter先生就“仿真及设计优化的前景展望”为主题进行发言， 他指出“中国的制造业正在蓬勃发展，研发力量正在飞速提升，仿真已成为研发过程中必不可少的步骤，而OPTIMUS作为一款多学科集成优化软件，能基于实验数据和仿真流程实现多学科协同优化设计”。他强调中国未来5年在研发道路上面临的机遇与挑战将超过过去的半个世纪。
稍后，Noesis中国市场开发总监蒋技赟先生为大家展示在刚刚结束的OPTIMUS全球用户会上的最新国际应用案例，涉及航空航天，汽车，医疗产品，电子等领域。
在中国，OPTIMUS优化技术也得到了广泛应用。例如，在国内汽车行业里，优化技术在汽车性能开发过程中起着至关重要的作用，来自中国汽车研究中心的谢书港先生在大会上说，CAE优化技术在汽车性能开发中起着指导作用，不仅能建立设计目标，还能发现设计不足并进行优化及改进。
目前，汽车低油耗已成为消费者选购汽车的一个重要指标，因此如何降低油耗成为整车厂迫切需要考虑的问题。中国两大著名的整车厂奇瑞汽车和吉利汽车分别就此问题发表了意见。来自吉利汽车研发中心的彭鸿先生以减轻车身质量为例，通过OPTIMUS软件的优化设计实现车身减重3.14%，达到降低油耗的要求。而来自奇瑞汽车研发中心的瞿元先生则认为改善空气动力性能是降低油耗最好的方法，利用OPTIMUS的优化算法能有效的缩短开发周期，提高改进的效率。
除了整车优化，OPTIMUS还能应用于汽车零部件的优化开发。中国一汽无锡油泵油嘴研究所的王胜利先生演示了OPTIMUS在解决高压共轨燃油喷射系统中， 喷油器针阀动态响应的问题上，对提高响应速度的作用。上海交通大学密西根学院的李冕教授致力于研究发动机系统的优化设计，通过优化轴承性能实现发动机系统的改进。
其实船舶工业设计同样需要优化技术。来自中国船舶七零八研究所的陈红梅博士提出未来船舶行业也面临艰巨的“节能减排”任务，因此优化船体型线在船舶市场竞争中成为关键。利用OPTIMUS软件进行船体型线整体优化，计算结果显示经优化后的阻力系数比原型减小18%，达到“节能减排”的效果。
另外，OPTIMUS在空调风机设计上的优化作用也得到体现。英格索兰公司的靳杰先生表示，利用OPTIMUS的优化算法进行优化后，能降低15%的功耗，并提高6%的静压效率。
关键词：机械结构；结构优化；优化设计
中图分类号：C35文献标识码： A
一、机械结构动态优化设计的应用概况
在机械结构动态优化设计理论中，其根本思想是按照产品功能的要求来对产品结构进行设计，或者根据机械结构需要改进的部分进行动力学建模，并做动态性分析，然后根据产品在动态性上的要求或预定的动态设计目标，进行结构的修改、再设计，以满足机械结构在动态性上的设计要求。
目前，机械结构动态优化设计已经在我国的机械行业中被广泛应用，其在汽车、航空航天、船舶行业、建筑机械等行业中均取得了重大的成果。在汽车行业中，随着社会的发展和人们需求的更新，汽车行业已经实现了客车车身轻量化的优化设计、汽车车身形态仿生的优化设计、汽车车身安全性的优化设计以及面向行人下肢碰撞保护的优化设计等目标。在航空航天行业，其作为国家科学技术综合水平和实力的体现，机械结构动态优化设计在航空航天行业得到了高度的重视，并应用到航空航天技术中每一产品的设计上。在船舶行业，我国经过自主创新研究，对潜艇外部液压舱、油船剖面、潜艇结构等方面的优化设计进行了研究，旨在提高船舶行业各研究对象的性能。与此同时，结构动态优化设计在高速公路沥青混凝土路面结构、液压缩管机模具、双层组合套管、基床结构等很多方面的优化设计上也发挥着重要的作用，并产生了巨大的经济效益和社会效益。
二、优化策略与流程
1.优化策略结构进行优化设计
根据设计变量的类型和求解难易程度，可分为尺寸优化、形状优化和拓扑优化三个层次，每个层次对应不同的设计阶段。为了实现结构设计自动化，对产品进行优化设计时：首先，根据产品功能要求建立优化目标函数，将刚度、强度等约束条件参数化，利用拓扑优化方法计算冗余材料所在单元（即要杀死的单元），并进行冗余材料边界单元和节点的遍历搜索，结合实际生产资源情况建立边界关键点，对原模型进行参数化变形设计，得到拓扑优化后的模型；然后，根据结构力学特性要求对其进行边界形状优化和尺寸参数的优化，并通过参数化驱动实现模型的更新，最终得到满足刚、强度要求的CAD模型。
2.三级优化流程
在参数优化三级优化设计过程中，拓扑优化阶段主要通过变密度法求解密度较小的单元，自动生成拓扑优化后的概念模型。形状优化阶段首先针对前期优化结果模型进行微小单元的去除，充分利用曲线拟合技术构建密度较小的冗余单元边界关键点组成的轮廓，并根据零部件生产资源情况进行边界形状的修正，通过参数化变形设计技术对原模型进行布尔减操作，得到拓扑优化后的CAD模型，将其导入CAE系统，然后通过形状优化的数学模型寻找结构的最佳边界形状或者内部几何形状，以改善其力学特性。尺寸优化阶段根据结构的受力情况确定设计变量及其变化范围，建立目标函数，然后通过遗传算法迭代求解较优的参数方案，从中选取最优方案参数来驱动模型，生成优化结果模型。方法流程如图1所示。
三、机械结构优化分析
1.机械结构的拓扑优化
过去一般机械结构优化设计主要集中在结构参数的优化和设计，而对于机械零部件的拓扑结构很少涉及。但是，随着人们对机械产品设计创新意识的提高，特别是机械产品概念设计的提出和应用，人们对结构优化设计提出了更高的要求――机械产品的结构拓扑优化设计。1985年，M.P.Bendsoe和N.Kikuchi将均匀化方法应用于连续体的结构拓扑优化，推动了连续体结构的拓扑优化发展。同时，连续体结构的拓扑优化已经从平面问题扩展到板壳和三维连续体问题。另外，一些新的方法，如生物生长模拟法、密度法、泡泡法等，被提出并得到应用。目前，结构拓扑优化方法也已被工业界所接受，例如Ford公司等正在加快研究步伐，推出了一些应用的实例。机械结构拓扑优化将把结构优化推到一个新的、更高的产品设计层次。
2.机械结构的形状优化
在机械零部件中，连续体结构非常多，形状比较复杂，结构分析存在一定的难度，而结构形状对机械零部件的性能影响很大。因此，机械零部件的结构形状优化可以大大提高其性能。20世纪80年代开始，机械行业开始兴起结构形状优化的研究，Haftka、Ding和Hassani进行了综述，国内外出现了许多该方面的研究成果，伊莉、钱惠林、林桥等研究了压力容器部分的结构形状优化设计；陈汝训、张东旭等研究了航空器部分零部件的结构形状优化；Schwarz研究了对应于弹塑性结构响应的拓扑与形状优化；等等。灵敏度分析是结构形状优化的关键之一，程耿东和Haftka同时提出了半解析法，并被普遍采用。机械结构的形状优化也是提高零部件机械性能的重要方法之一。
3.智能优化算法和仿生优化
算法优化算法的研究一直是优化设计的重要研究领域，特别是机械结构优化设计中一般零部件的结构分析非常复杂，有限元分析需要很长的计算时间，优化迭代次数很多。因此，机械结构优化设计对优化算法要求很高，主要要求优化算法具有强收敛性、高可靠性、强稳定性等，研究人员不断地进行优化算法的发展和改进。目前，数学规划法中一些算法（如SQP等）比较适合结构优化设计问题的求解，优化准则法也是一种有效的算法，国内也开发了一些优化设计软件包，例如大连理工大学的结构优化程序系统DDDU、华中科技大学（原华中理工大学）的优化方法程序库OPB―2等。由于现代学科之间的大量交叉，特别是人工智能、神经网络、模糊数学、不确定数学、基因遗传等理论和方法的引入，为优化算法的发展提供了新的发展空间，例如遗传算法、基于神经网络的算法、蚂蚁算法、模拟退火法等等。这些新的算法已经成功应用于优化问题的求解，用于结构优化问题的求解目前正处于研究阶段。这些算法具有很好的特性，经过研究人员的努力，一定能够在机械结构优化设计中得到推广和应用。
四、机械结构优化的发展展望
结构优化设计随着最优化方法的不断发展和改善，已逐渐得以发展。近些年来，在结构优化算法方面，结构优化设计趋向于采用接近实际的复杂结构模型模拟大型结构系统，由于设计变量数目大，研究新的有效的准则优化方法受到重视，但仍有如何去解决针对各种特殊的结构优化问题建立相应的公式，解决解析推导和数值计算的实现问题；再是使用大型系统的分解优化方法，对于大型结构优化，可以按子结构分解或者进行多级分解优化，对于多学科的复杂系统可以按学科分解优化。分解算法的关键在于建立各个子问题之间的稿合关系，比如通过使用最优解对参数的灵敏度和采用线性分解等法建立起稿合关系，使得子问题的解相容，从而保证迭代收敛，问题是如何保证一定能求解。并行计算技术引入结构优化设计是一个较新的方向。像遗传算法，人工神经网络的方法，在近十年来被引入结构优化设计并发展很快。它们对离散与连续混合变量的全局优化，对发展结构近似重分析的专家系统有其独到之处。现在的问题是怎样提高优化质量、精度、加快收敛，增加方法的通用性。
拓扑优化、材料优化和形状优化的集成在机械结构和部件设计中具有重要的实用价值，是近年来出现的并行设计的重要组成部分，仍将是下一步研究工作的重点。拓扑优化能够为结构的方案设计提供科学的依据，使复杂结构和部件在概念设计阶段即可灵活地、理性地优选方案，有望用于大型实际结构优化设计求解。但是要处理庞大的有限元和优化模型计算量增大，应力约束处理、对“多孔状”材料分布圆整化，单元消失可能会对计算模型造成病态等问题。动态特性优化是机械系统和结构设计应用研究的一个重要方向f}P-zo。特征向量、动力响应量的灵敏度分析、高度密集频率的动力学问题的分析和优化设计，大型动力优化问题的建模和求解方法，非线性分析在优化中的应用，使优化技术的作用从对设计方案的优化延伸到加工工艺过程的优化，仍是极富有研究和应用价值。
综上所述，未来，机械行业产品结构的设计、动态化的优化设计和技术的运用，还需要不断分析与探讨.只有不断完善技术力量，才能更好地跟随科技的变化而不断地进步。
参考文献：
[1]王丽敏,计小辈,李颖芝.机械结构优化设计应用与趋势研究[J].邢台职业技术学院学报,2008,03:46-48.
【关键词】节能减排；船舶性能；减阻降耗；经济航速
社会经济的不断发展给交通运输行业带来巨大的考验，车辆、船舶等交通运输加剧了 的排放，其在一定程度上影响了人们的身心健康以及社会经济的健康可持续发展，其中被认为是最清洁、最环保的船舶运输行业也不能幸免。因此，研究船舶运输行业的节能减排具有十分重要的现实意义。
一、船舶节能减排技术重要性
船舶节能减排是航运发展的需要，船舶运输努力的方向就是利用最合理的航速和耗油关系来获得最好的经济效益，对于船舶运输行业来说，船舶节能减排已经成为船舶企业落实科学发展观的关键步骤，其对建设资源节约型、环境友好型社会有着重要意义。在实际的船舶运输中，工作人员需要根据船舶运行航线、工况等实际的变化情况，对船舶实际运行中的耗油等进行分析以及修正，以便得到船舶实际的耗油数据，从而分析船舶实际的节能方式，为满足实际船舶运输需要奠定坚实基础。船舶节能减排也是我国法律法规的强制性要求，我国明确规定了到2020年，我国二氧化碳排放量会降低到16%，船舶运输单位运输周转耗能量降到15%，因此可以说船舶节能减排技术在一定程度上符合我国节能减排总体战略。
二、船舶节能减排的影响因素
1.船舶性能
船舶自身的性能会影响到船舶节能减排的效果，一般来说，不同船舶主辅机状态、涂装底漆以及污底情况、运营年限、型号以及船体浸水体积等都会对船舶节能减排产生不同影响。船舶主辅机是船舶运输过程中重要的耗能设备和安全设备，主辅机运行效率越高，船舶燃烧效率就越高，这样就可以适当降低船舶单位耗油量，在一定程度上对船舶节能减排工作起到重要作用；不同运营年限的船舶主机磨损程度不同，长时间运行的船舶主机磨损较大，其单位耗油量较大，对能源利用效率、污染物排放等存在一定的影响；不同型号的船舶抗风浪性能不同，其甲板受风面积以及船舶耐波性等都会对船舶节能减排效果产生一定的影响；船舶船体浸水体积会在一定程度上影响船舶兴波阻力，进而影响船舶节能减排效果。
2.环境因素
在船舶实际运行的过程中，环境因素会在一定程度上影响船舶燃料燃烧效率，进而船舶节能减排效率。具体来说，环境因素主要指的是船舶运行过程中的地理环境和自然环境，包括温度、气压、航道条件以及气象条件等，这些环境因素很大程度上会影响船舶耗油水平以及排放水平。例如大风会增加船舶运行阻力，影响船舶主机负荷，进而增加船舶耗油量；在海拔比较高的地区运行时，大气压力会随着海拔的升高而降低，空气含氧量也随之降低，这样船舶燃料就不能充分燃烧，单位燃料燃烧的实际功率也会降低；航道弯曲角度、交叉情况、航道宽度以及航道深度等都会在一定程度上影响船舶能源消耗以及废气排放情况，航道弯曲度越小，燃烧消耗越少。
3.效益因素
船舶资金投入成本以及效益水平在一定程度上反映了船舶企业给我国国家社会带来的经济效益以及实施节能减排的效果。船舶企业在进行高效低成本投入时，能够更合理地实施节能减排工作，促进船舶节能减排效果的实现，但船舶企业在进行比较高成本投入时不仅不能带来经济效益，还有可能使企业产生负经济效益，进而打击船舶企业节能减排的积极性，严重影响船舶企业的发展。船舶企业的经济效益指的是在船舶运行中，产品投入比值，其效益的高低在一定程度上影响着整个船舶行业。从国民经济方面来讲，经济效益就是说全部的构成要素和其中某个构成要素之间的百分比，经济效益越高，船舶节能减排发展越迅速。因此可以说，经济效益是船舶节能减排重要影响因素之一。
三、船舶节能减排技术的应用
1.船体减阻降耗
船舶船体减阻降耗是船舶节能减排重要手段之一。从船舶设计层面上讲，船体减阻降耗可以从船体低阻力线型设计、浮态调整、船舶船体表面减阻以及低风阻上层建筑等方面进行设计研究。低阻力线型设计主要包括线型优化和总体设计优化两个方面，如下图3.1所示。低阻力线型设计中的总体设计优化指的是设计优化人员根据设计经验和母型船等，在保证船舶具有足够排水量的前提下，调整方形系数和浮心位置，选取合适的船型尺寸比。而线型优化则指的是船舶船体线型的UV度、水线进流角以及去流角等的设计对船舶船体阻力具有一定的影响，设计优化人员依靠模型试验和CFD手段等，反复调整船舶线型，并最终确定船体的低阻力线型。船舶在实际航行中的阻力不仅仅取决于船舶的静水阻力，还与航线上风浪流等环境因素有关，研究人员对船舶在多种转载工况下的阻力性能进行研究，实现了在全航程多工况下船舶综合阻力性能全面提升的目标，从而形成了船舶船体减阻降耗的浮态调整方法。低风阻上层建筑则指的是设计人员通过优化船舶船体上层建筑的外形，降低风阻力，从而实现节能减排。
2.使用经济航速
船舶的燃油消耗是一种综合反映船舶节能减排技术与经济性的指标，其与船舶航速息息相关。在实际的船舶运行过程中，经济航速的概念主要有三种，也即最低燃油消耗率航速、最高盈利航速以及最低燃油费用航速，实际意义上的经济航速常指的是最低燃油消耗率航速。船舶主要部分有锅炉、船舶主机以及发电柴油机等，其中最重要的耗油就是船舶主机耗油，其重要的耗油特点就是在运行船舶主机时，船舶功率和船舶航速之间具有三次方关系，因此应适当地降低船舶航速。从实际的船舶运行方面进行考虑，当船舶转速和功率变化时，船舶主机消耗燃油量就会受到船速、换气量以及喷油量的影响，因此就要找到一个船舶航速和耗油的最佳平衡点。最佳平衡点主要从以下几个方面进行考虑：船舶航速和主机耗油量关系、船舶耗油设备的状态、船舶运营年限、船舶航行条件、船舶实际的运行路线等。因此，船舶使用经济航速的基本原理就是工作人员在主机安全的转速范围内，根据主机实际的运行情况，找到船舶耗油和航速最佳的平衡点。
3.提高推进效率
提高船舶推进效率主要有改进尾部伴流场、主机降功率使用等方式，改进尾部半流场指的是在船舶船体上加装螺旋桨整流罩，这种技术主要应用到对螺旋桨尺寸有限制的以及拖轮等高负荷低航速的船舶。加装螺旋桨整流罩后的螺旋桨后流场、桨轴上下不完全对称，其螺旋桨桨轴上方流场偏右，桨轴下方流场偏左。因此，使船舵上下部成一定角度，来分别对齐螺旋桨后流场，进而减少船舵所受扭矩，这种节能措施可在服务航速工况下节省4%的功率。主机降功率使用指的是将船舶主机的功率降低，进而降低船舶燃油消耗率，达到船舶节能的目的。这种节能技术较为成熟，虽然初次投入成本较大，但从整个船舶生命周期来看，该节能技术经济性较好。目前，很多的大型船舶公司可以接受这种优化设计方案，其通过主机的优化配置可实现3%―6%的降耗。
4.废热回收及废气处理
船舶废热回收及废气处理也是一种较为重要的船舶节能减排手段，其中船舶废热回收主要指的是船舶废热利用技术，其回收原理图如下图3.2所示，在船舶燃油消耗中，大概有50%的热量以热辐射、废气以及热交换的形式浪费掉。船舶主机废热利用透平转化功率为最大功率的0.6%到4%，这种利用技术初次投入资金较多，多用在大型集装箱船上；船舶主机冷却水废热再利用则可对船舶扫气和缸套的废热进行再次利用，从而提高2%到3.5%的主机功率，这种回收系统较为复杂，通常需要与蒸汽透平和废气透平等联合使用，因此多用在大型集装箱船上。船舶废气处理主要指的是船舶安装废气净化器以及船舶采用废气循环系统，船舶废气净化器可以有效去除船舶废气中的SOX以及微尘颗粒等，其去除率可达到98%、80%，船舶废气循环系统则可以有效减少船舶中的NOX，其主要是加装一个EGR单元，以降低船舶废气的峰值温度，从而减少船舶的产生。
结语
总而言之，船舶节能减排不仅能满足我国航运发展的需要，还能符合我国节能减排的总体国家战略，因此工作人员要采取合适的措施，对船舶进行节能减排优化设计，例如船体减阻降耗、使用经济航速、提高推进效率以及废热回收及废气处理，从而提高船舶节能减排效果，推动我国船舶运输行业的健康发展。
参考文献
[1]何放平，王海松.浅析船舶节能减排技术的应用[J].山东工业技术，2016（1）
[2]赵春生.船舶柴油机节能减排技术的研究与应用[J].黑龙江科技信息，2014（36）
1.1 绿色航运的内涵
绿色航运将节能和环保意识、概念及行动贯彻至船舶涉及的所有业务链，即船舶生命周期中的每个环节（如图1），以最大限度减少对环境的污染及对不可再生资源的消耗。在开展绿色航运经营的过程中，不仅要注意将经济效益与环境效益结合起来，而且要使航运效益与环境效益相互协调，实现可持续发展。[1]
图1 绿色航运产业链
1.2 实施绿色航运的必要性
近年来，随着航运业的飞速发展，船舶及其相关作业活动对环境的污染日益严重。根据国际独立油船所有人协会的研究报告，目前航运业每年消耗燃油20亿桶，排放CO2超过12亿t，约占全球CO2排放总量的6%。据预测，2020年全球航运业燃油需求将达4亿t，温室气体排放量将在目前基础上增加75%。与此同时，船舶污染事故频频发生。据统计，全世界每年因船舶事故排入海洋的石油污染物达160万t，其中，油船通过排放压舱水和洗舱水排放石油污染物110万t，因油船事故造成的石油污染物排放量为50万t。
1.2.1 航运业燃油消耗情况
国际海事组织研究表明，船用燃油质量、船舶优化设计水平、船舶航速及装载率、船龄、海况等通过作用于船舶燃油消耗间接影响航运业CO2排放。要降低航运业碳排放，实现绿色航运，关注航运业的燃油消耗十分重要。
航运业燃油需求量较大，2009年世界残渣型燃油需求量约4.5亿t，其中船舶残渣型燃油（重油）需求量达1.4亿t，约占需求总量的31%。1990―2007年航运业燃油消耗持续攀升，2007年以后稍有回落，2010年航运业耗油量比1990年增长约74.4%。如图2所示，集装箱船耗油量最大，干散货船位居其次。随着国际金融危机对全球经济的影响逐渐减弱，国际海运量增加，预计2020年世界残渣型燃油需求量将达3.3亿t，船舶对残渣型燃油的需求量将增至1.9亿t；2020年船舶耗油量将比2010年增加万t，占耗油总量的比例也将从30%提高到60%左右。
数据来源：德鲁里航运咨询公司
图2 2010年航运业各类船舶燃油消耗情况
1.2.2 航运业碳排放情况
航运业承担全球近80%的贸易运量，具有运量大、货种多的特点，其温室气体排放量逐年增加，是导致气候变暖和环境污染的主要产业之一。如图3所示：1990―2002年，航运业CO2排放量增长28%；随着国际贸易发展和海运量增长，全球航运业CO2排放量持续攀升，2005年CO2排放量达到9.55亿t，2007年达到10.46亿t，约占全球CO2排放总量的3.3%。受国际金融危机及低碳经济热潮的影响，自2007年航运业CO2排放量达到最高点后，2008年以后CO2排放量稍有下降；尽管如此，1990―2010年航运业CO2排放量的增长率高达74.9%。
图3 1990―2010年航运业CO2排放量
2 绿色航运背景下我国航运业面临的挑战
2.1 技术层面
2.1.1 造船业受到抑制
相对造船业发达的国家，我国无论在船舶建造还是船舶经营方面均处在比较落后的制造模式阶段，国外先进船厂的生产效率是我国船厂的5～7倍。例如：我国船厂的年造船数量和造船生产率分别是日本的1/5和1/10；我国造船业规模化发展不足，船厂年均产量仅为韩国船厂年均产量的1/20。
当前国际海事组织提出涉及25个领域的绿色减排技术，虽然绿色减排技术要到2015年以后才逐步进入成熟阶段，但其中大部分技术目前已被国外船厂应用。欧美国家、日本和韩国在绿色动力技术、绿色材料和绿色标准等方面的发展势头强劲。自2012年开始，我国船舶工业的年人均造船吨位、年人均产值和生产效率等指标日趋下滑，“低成本+低效率”生产策略的弊端日益突出，焊接组装的生产模式已难以为继。相比之下：韩国STX集团在几年前便宣布该公司开发的船舶节能成套技术已准备接受订单，这项被称为“绿色之梦”技术的一大亮点在于船舶推进系统能大幅减少船舶在航行过程中的CO2排放量，并最多可节省50%的燃油费用；以日本邮船为代表的日本船厂推出“超级生态概念船”，预计到2030年新型船舶可减少CO2排放量约70%，到2050年将采用氢气取代液化天然气作为船用燃料，从而实现CO2零排放船舶的宏伟计划。
2.1.2 大量船舶面临淘汰
绿色航运的发展对航运业碳排放和船舶能源效率提出越来越高的要求，为此，航运业需要制定相应减排标准，并在船舶优化设计、燃油选择、营运管理等方面作出严格规定。随着船舶使用年限的增加，船舶机器设备逐渐老化，会出现锅炉等设备换热效率降低、主副机不完全燃烧等问题，导致船舶航行阻力加大，船舶燃油效率降低，从而造成CO2排放量增加。[2]
目前，我国营运船舶普遍存在燃油系统效率不高、航速较快、船龄偏大、船舶设计不合理等问题，导致我国航运业能源利用效率低下和CO2排放量较大，不符合绿色航运发展要求。随着船舶能效设计指数标准以及部分国家碳排放相关法律的出台，我国大量船舶将因难以达到规定标准而被划入强制淘汰或优化的船型队伍中，从而面临退出营运市场的危险。
2.2 营运层面
2.2.1 操作及管理更加复杂
航运企业在营运过程中可以采取气象导航侦测、调整航线、提高船舶装载率和装卸效率、合理安排船舶进出港及在港停留时间等措施来实现节能减排，这给船舶营运操作和管理提出一定要求。例如：船舶速度控制涉及港口、货主、船舶租赁人等多个方面，航运企业必须按照船舶租赁人或货主的要求在指定时间内到达港口；缩短船舶待港时间也需要船舶所有人或船舶租赁人与港口相互配合调整。
航运企业开展绿色航运，一方面要保证船舶和货物安全，以满足客户需求，另一方面要严格控制燃油消耗及CO2排放，这使航运企业在营运、操作和管理等方面面临诸多挑战。我国航运企业在营运、操作和管理等方面的节能减排意识较弱，并且其营运管理能力与节能减排要求存在较大差距；此外，实施绿色航运过程中的成本控制也是航运企业面临的巨大挑战，关系其在业内的竞争力和可持续发展。
2.2.2 营运成本结构变化
航运企业的营运成本包括船员工资以及燃油、船舶折旧和港口使用等费用，其中，燃油和人工成本是航运企业的主要成本，占营运总成本的比例较高。例如，中远集装箱运输有限公司2010年度可持续发展报告显示，该公司燃油费用占营运成本的23.1%，若油价上涨10%，公司营运成本将增加约2.3%。在燃油价格居高不下的背景下，由于我国航运企业技术相对落后，在营运管理方面存在诸多缺陷，导致燃油成本居高不下，人力成本持续上涨，从而使营运总成本增加。
2.3 市场层面
由于我国数量众多的小型航运企业难以发挥规模经济效益，抵御市场风险的能力较弱，导致市场同质无序化竞争加剧。在发展绿色航运背景下，航运市场竞争主要体现为技术、资金来源、成本控制、经营管理等方面的竞争，无形中为小型航运企业进入绿色航运领域设置了壁垒。一些小型航运企业因难以承担过高的减排成本而退出市场；一些企业因为技术落后，达不到减排要求而被迫暂停营运；一些企业采取兼并方式抱团取暖，利用各自在技术、资金及营运管理等方面的优势，共同面对低碳经济提出的要求，从而推动航运企业走向寡头垄断经营模式，严重压缩中小航运企业生存空间。[3]
3 我国航运业应对绿色航运浪潮的策略
3.1 加快技术研发和创新
航运技术是绿色航运发展的支撑力量，航运业绿色化包括船舶绿色化，航运活动机械化、自动化和信息化以及航运材料的可重用性和可降解性等，都是未来发展的趋势。强化船舶优化设计技术研发和创新是提高我国航运业水平的关键因素。针对我国大型船舶配套设备和关键零部件生产能力不足、新能源技术水平较低等问题，我国航运业界应努力加快技术研发和创新，推进新一代节能环保型船舶投入营运，为航运业可持续发展提供强有力的技术支撑。
3.2 加强成本控制
实施绿色航运可能导致航运企业技术和人工等成本增加，鉴于我国航运企业融资较为困难，加强成本控制可以避免航运企业面临资金短缺的困难。为此，可以从以下方面入手加强成本控制：（1）实施科学预算，并制定成本标准，使成本控制在合理范围之内；（2）兼顾企业眼前利益和长远利益，平衡单艘船舶与整个船队之间的成本控制；（3）在船舶同等技术水平下，尽量选用国产设备；（4）在船舶日常营运期间，采取控制航速、选择航线、使用岸电等多种措施，实现燃油消耗最少，满足绿色航运的要求。
3.3 加强航运企业联合
我国发展绿色航运面临的巨大挑战在于资金不足、技术落后及成本上涨。要解决行业困境，仅凭单个航运企业的力量寸步难行，建立航运企业战略联盟、采取合作共赢的模式是实施绿色航运的必然要求。航运企业相互联合不仅有利于缓解短时期内融资困难，而且有利于避免行业内同质无序化竞争，提高服务水平，节约资源，实现共同发展。
4 结束语
我国发展绿色航运任重而道远：一方面，多数航运企业的绿色航运意识薄弱，只有少数大型航运企业能够真正实施绿色航运；另一方面，绿色航运相关法律制度有待完善，航运技术有待提高。尽管如此，相信随着我国相关法律逐渐完善、绿色技术水平逐渐提高以及绿色理念逐渐增强，我国航运业竞争力将越来越强。
参考文献：
[1] 冯春宾，徐志刚.我国绿色航运现状分析[J].中国港口，2011（6）：52-53.
[2] 田靖.绿色、低碳引领航运新革命[J].航海技术，2011（4）：73-75.
【关键词】船舶结构；耐撞性；双壳船舶舷侧结构
船舶碰撞是影响水运建设的重要因素，虽然船舶设计理念不断提升、制造工艺也日趋完善，但是水上特别是海上航道状况的复杂性以及各种不确定因素的存在使船舶碰撞事件时有发生。碰撞事件通常会造成较为严重的后果，如人员伤亡、财产损失、船舶沉陷、水域污染等，当前的技术条件还不可能完全杜绝船舶碰撞状况的发生，因此怎样增强船舶结构的耐撞性，降低碰撞影响，使船舶能够在发生碰撞后不至于发生毁灭性的事故是当前船舶设计研究的重点内容。
1 船舶碰撞类型
将计算机处理技术、卫星导航以及智能化操作等运用到船舶航行中能够大幅度减少船舶碰撞的发生率并且提升事故发生后的救援质量，但是由于人为判断失误、操作失误或者机械原因世界范围内每年都会有很多的船舶碰撞事件发生。研究船舶碰撞类型及施力特征是优化船舶耐撞性结构设计的必经之路，按照被船舶撞击物体种类，可以将碰撞分为两种类型。
1.1 船-船碰撞
不同船舶之间的碰撞是船舶结构设计研究的重点问题，由于这种碰撞通常存在双向动力并且涉及到至少两艘船舶，因此撞击强度往往很大，造成的事故也相对惨烈。在船-船碰撞类型中，最危险的状况是撞击船的船首部位与被撞船的舷侧结构呈垂直方向碰撞，由于船首结构刚度远远大于舷侧刚度，因此会对被撞船只造成严重的破坏。目前对船-船碰撞的研究主要有方面，即碰撞发生的外部机理和内部机理。
1.2 船舶搁浅
船舶搁浅属于碰撞的一个特殊类型，其碰撞部位发生在船舶底部，而被碰撞物体通常为礁石、水底等地表结构。礁石类搁浅通常会引发船舶底部产生严重的撕裂型破损，而沙滩或者其他软性地表搁浅则会造成船体失稳，这两种类型分别称为硬搁浅和软搁浅。其中对船体本身结构产生更大破坏的是硬搁浅，一旦发生通常会引起大面积的变形和破裂。
2 新型船舶耐撞性结构的实现
对船舶碰撞的研究目的是设计出具有合理结构的新型船舶，提升其结构的耐撞性。实现船舶结构耐撞性的主要途径是通过对结构进行重组或者改进，使碰撞事故中发生的能量传递机制发生改变，进而对船舶重要结构部位进行最大程度的保护。
2.1 双壳船舶舷侧结构耐撞性设计
从以上对碰撞类型的阐述中可以发现，船舶舷侧是影响船舶整体耐撞性的关键部分，同时也是最需要进行结构强化的部位。随着现今国际社会对大型油轮碰撞安全性的重视，其耐撞性设计也被提升到了新的高度，其中一种重点领域即是将传统单壳船舶舷侧结构优化为双壳舷侧结构，从而提升舷侧对碰撞的应受度。
典型的双壳舷侧结构以下主要构件：外壳板、内壳板、横框架、舷侧纵桁、舷侧纵骨等。在进行船舶碰撞研究时，可以将情况设定为最严重的状况，也即是船首撞击舷侧，将撞头设定具有一定的初速度，且为刚性结构，这样其就具有了强大的撞击动能，在实际的碰撞事故中，撞头最有可能撞击在舷侧纵桁以及横框架的交界处，在碰撞力传递过程中，内壳板材料极有可能发生失效现象，因此内壳板的破裂将成为撞击的最严重后果。
通过对设定标准的撞击类型进行模拟可以得出结果，也即是被撞击船只损伤区域较为明显，内外壳均被击穿，纵骨破损程度尤为严重，由于与撞头没有发生直接的接触，纵桁和横框架破损相对有限，往往会出现小幅度的变形，而这种变形通常是由壳板破裂形成的连带作用所引起。
研究船舶撞击强度和影响，必须从能量转化角度考虑。简答来看，船舶碰撞过程也即是船舶航行动能向船舶结构改变的动能转化的过程，在此过程中不可避免地出现摩擦动能、沙漏能以及船舶结构局部功能等，由于这些能量形式对船舶结构形成的影响较小，因此可以忽略不计。舷侧是接受撞击动能最多的部位，并且这些能量大量释放到了外壳板上，造成相关构件的严重变形和位移。而内壳板由于距离初始撞击位置有一定距离，因此刚开始接受能力有限，但是在与撞头接触之后，其吸收能量的效应大副增加。总体来讲，船舶碰撞过程中，被撞船舶吸收能量具有以下特征，强度大的构件并不一定接受最多的能量，而与撞头最先接触的构件则吸收很多能量，结构严重变形。
针对以上分析可以得出改进船舶结构耐撞性的设计方案，主要实施途径是对船舶结构进行整体上的改进，促进其碰撞载荷的有效分散。通过分析对比本文提出三种设计方案：第一是斜纵骨夹层板双壳结构，这种结构将双壳结构改造为夹层板结构，从而增大了其平面变形，使其具有很好的吸能效果；第二种是箱型梁双壳结构，主要是应对船舶满载水面下部位的撞击过程；第三是槽形筋双壳结构，将船舶纵骨改造成为具有槽形截面的型钢，从而降低了其在发生撞击时的弯曲和变形程度。
2.2 船舶结构抗搁浅功能的实现
船舶在航行过程中碰撞到礁石可能引发搁浅事故，由于这种搁浅对船体本身造成的破坏较为严重，因此又被称为高能搁浅。船舶如果经过横向加强处理，其主尺度往往会变小，因此发生硬搁浅的概率不计大型船舶。油轮搁浅造成的危害辐射面较广，在国际社会引起了广泛的重视，由于单底大型油轮发生搁浅的可能性很大，因此目前已经呈现出被淘汰的趋势。
对船舶结构抗搁浅功能进行优化设计，必须将搁浅事故发生过程中船舶底部的结构吸能最大值作为优化对象，在设计环节可以应用两种形式，第一是对船舶底部结构进行革新，第二是将原有结构进行尺度和厚度的优化。具体结构尺寸的优化方法可以采取混合离散变量法。但是要注意对传统船舶底部结构优化时，其尺寸存在一定的变化范围；船舶结构的型材以及板材厚度都要去整数处理；船底结构构件的数量要严格按照实际船舶结构不知情况进行确认；抗搁浅设计必须考虑船体重量对船舶整体运行性能的影响，在设计时应将重量作为重要的限制因素。
3 结论
船舶碰撞引起的后果较为严重，并且很难对其进行有效的控制，提升船舶耐撞性是降低撞击事故不利影响的关键措施。通过对撞击类型以及撞击能量进行研究可以为新型耐撞性船舶结构提供依据。对双壳舷侧结构船体进行结构改造能够最大程度发挥各构件的功能，减少结构变形，从而对船舶起到有效的保护作用。
参考文献：
[1]梁德利，计方，叶曦.基座结构形式对艇体振动特性的影响研究[J].船舶力学，2012（05）.
[2]宋吉广.基于升力反馈的全航速减摇鳍研究[J].哈尔滨： 哈尔滨工程大学，2012.
[3]朱明罡，刘敬喜，姜薇，等.双壳结构形式对舷侧结构耐撞性能的影响[J].舰船科学技术，2010（09）.
[4]刘均，程远胜.考虑芯层离散特性的方形蜂窝夹层板自由振动分析[J].固体力学学报，2009（01）.
关键词：船舶舾装；设计优化；模块化
中图分类号：U662 文献标识码：A
船舶舾装工作在整个船舶制造过程中起着至关重要的作用，主要包括主体设备和舾装管件的安装、电气设备安装、船舶室内设备安装、油漆涂装、敷料绝缘敷设等。在现代船舶制造行业中，规范船舶舾装制度，制定标准化舾装流程，利用科学的舾装方法、建立严格的监管制度必定会使船舶舾装行业效率更高，质量更优，成本更低，综合性能更好。本文就以下几个方面探讨船舶舾装的优化与设计。
1.国内船舶舾装设计现状
我国船舶舾装历史悠久，伴随着对船舶制造的需求不断变化，船舶制造工艺也日趋完善。但仍与发达国家差距比较大，尤其是在舾装行业标准方面，目前我国的舾装标准仅相当于日本20世纪末的水准，落后的技术决定其标准相对较低，从而制约了我国船舶制造的发展步伐。我国传统造船技术模式为系统导向型造船模式和系统区域导向型造船模式。第一种模式包括船台散装、码头舾装和整船涂装，第二种模式包括分段制造、预舾装和预涂装。我国现代造船技术模式包括区域、类型及阶段型造船模式和中间产品导向型阶段模式。前一种模式包括分段建造、区域舾装和区域涂装，后一种模式主要为壳舾涂一体化。随着我国对造船行业需求的变化，国内舾装发展逐渐呈现模块化、标准化和数字化趋势。自20世纪70年代左右便提出了模块化设计理念，后来在船舶的设计、制造、管理及维护各个方面都起着重大作用。模块化技术是将控制系统、机电装置系统、舾装设备系统及自动化系统等从整体划分到部分，从而优化整个建造周期，也使舾装过程更加标准、规范。目前我国造船的突出问题主要为生产周期长、效率低、成本大、工作环境差，这些因素制约了我国船舶舾装的发展。
2.船舶舾装的模块化创新设计思路
2.1船舶舾装模块化的设计特点
船舶舾装包括内舾装和外舾装两个部分。
2.1.1船舶外舾装的工程进度会受到总体装配进度的影响，因此，船舶外舾装就要完善设备的配套功能模块化，严格按制度执行。舾装设备的详细设计布置比较分散，且外舾装影响着船体的整体美观性，在设计的过程中需重点考虑。详细设计的布置图按不同的系统来分，主要有锚、系泊、舵系统、桅樯信号系统和救生消防系统等，不同的系统有不同的配备设备和布置方法。
2.1.2船舶内舾装模块化设计时一般考虑主甲板以下的舱室多为机械处所，不做内装，这样可在一定程度上控制重量，保证设备及管通的净空高度。但需对大型设备及高声源处所进行减振降噪、防火和隔热处理；主甲板上的居住区舱室、医疗间、公共处所等以内装围壁分隔，可采用复合棉板或铝质蜂窝板作为装饰材料；厨房及潮湿处所一般采用不锈钢或防潮型内装板。传统的现场拼装方法在生产节点和成本及质量上严重制约了船舶舾装的发展。因此，设计一种新的模块化建造方式来适应船舶舾装的发展是非常有必要的。
2.2船舶舾装模块化设计的方法和应用
舾装设备模块化的设计首先要考虑设备功能方面。子系统的设计是其中的重点。对于子系统的设计，首先要了解各个系统原理、功能、包括部件及与其他部件协同构成成体系统成分的方法，设计几个可行性方法，通过各个方案在系统功能、质量、协同性、成本预算方面进行比较，综合选择最优方案。在船舶舾装的设计中有着几个子系统的设计，主要包括：管通设计、电器设计、舱室布置设计和铁舾装件模块设计。在模块实施过程中，也包括多系统模块化设计、整体式单元模块化设计和集控室单元模块化设计等。
管系设计分为3个模块，分别为：管系原理设计模块、管路建模模块和生产信息提取模块。三维模式的应用极大地促进了船舶舾装设计的发展，设计时可应用Tribon软件进行三维建模。管系原理设计要综合考虑设计过程中的管材、阀门零部件等因素，管路建模模块主要是对综合管线的布置，使之具有立体直观感，使设计思路更为清晰，减少施工图纸的同时又缩短施工的周期，使效率大大提高。生产信息模块主要为生产信息的生成和输出，便于管路建模后的查看与编辑，同时，可以从模型中直接导出图和生成表格，对各种信息进行管理。电缆设计模块主要为电缆原理图设计和电缆放样。电缆原理图设计过程可以方便调出电缆布放图及相关配套设施的列表，在对电缆进行放样的过程中，电缆的具体路径及托架布置中可以调入船体分段、电器设备等，在检查线路联通性过程中非常方便。舱室布置设计过程中，通过软件进行绘制，设计将每个房间作为一个单位进行，同时各个设备的配套参数，重量重心一应齐全。各种铁舾装件的模块设计，是使之能够与相关模块信息能够共享，主要包括铁舾装件、扶梯及设备支架等的模块设计。以上每项模块设计都具有独立性，但又需设计相应的输入和输出接口。通过模块的组合配置来满足优化设计的目的。
2.3船舶舾装标准设计
由于船舶设计工程复杂，各个系统结合紧密，专业综合性要求较高，因此在设计相关研究的标准也显得相对复杂，包括相应的舾装托盘数据标准（其管理流程如图1所示）、舾装设计图纸目录标准、和舾装图纸编码标准。
结语
船舶的发展是社会经济发展的一个重要部分，在一定程度上体现出综合国力的强弱，在未来将会发挥更为重要的作用。船舶舾装的研究对整个船舶制造行业有着决定性作用。健全船舶舾装设计标准，完善舾装技术技术指导手册，采用合理的管理方式，必定会使我国船舶制造行业更为精进一步，进而逐渐缩短与发达国家在船舶设计与建造上的差距。
参考文献
[1]董炜.船舶外舾装模块化设计应用研究[D].江苏科技大学，2013.
一、船舶主体结构设计的要求
船舶主体结构设计过程中，要综合考虑航运可靠性、船舶使用性、生产工艺性、维护便捷性等多方面因素，其中尤以可靠性因素最为关键。在设计船舶主体结构时，必须严格依据相关设计规范，科学选取设计依据，这是保证船舶结构稳定性的先提条件。船舶设计最终是为船舶制造服务的，因此所设计出来的结构必须易于制造，便于进行质量控制等活动。一般情况下，船舶主体结构要尽可能多地使用标准化型材或者轧制型材，各骨材间要保持合理的间距，这样一方面有利于提高船舶制造的工艺性，另一方面也易于开展各项成本控制工作，提升船舶制造的经济性。使用性也是船舶主体结构设计的重要考虑因素，例如，在设计货船时要提前规划好舱口尺寸的大小，避免因舱口过小而对对货物装卸造成不便；在设计客船时要设法减小船体的总变形，防止航运过程中出现过大变形而造成乘客的不适或恐慌。
二、船舶主体结构设计的考虑因素
1.工作环境
船舶在营运期间长时间地与海水等腐蚀性介质接触，很容易出现结构腐蚀问题，若保养工作跟不上，腐蚀不断加重，最终可能出现构件锈穿，导致船体强度大幅下降。与此同时，受不良气候、波浪拍击、货物装卸等方面的影响，船体很容易出现疲劳性损伤，在腐蚀与疲劳损伤的双重作用下，很可能出现船壳破损进水等严重事故。同时，船舶航行过程中，不可避免地会受到波浪的冲击，这种冲击轻则造成船体外板腐蚀、变形，重则引发船体中垂弯曲等问题，使船体应力出现较大变化。此外，当船舶遭遇大的浪涌冲击时，波浪反复交替作用，会使船体扭曲、中垂等负面状态进一步恶化，严重时会造成荷载分布的严重失衡，影响整个船舶的航行安全。
2.船体载荷
船舶航运期间，同时受到多重荷载影响，如船体自重、海水浮力、风力、惯性力、物资压力等，此外，个别情况下还可能产生爆炸、撞击等突发性荷载。在设计船舶主体结构过程中，应充分考虑上述荷载的影响，通过一定的结构设计来抵消、分散不良荷载的影响，保持船舶整体荷载均衡。船舶主要荷载分布情况如图1所示。
三、船舶主体结构设计相关问题及对策
1.纵横向构件
在设计船体的主要构件时，应保证结构具有较好的连续性，尽量不要出现结构断层或高度、剖面上的突变。通常情况下，可将主要构件设计成完整的闭环框架，且把框架上各接合部位设计成具有一定半径的圆角状，形成平滑、连续的船体支撑结构。如果是纵向构件，在设计时应确保强度的连续性，个别纵向部件直接关系到船体梁总纵强度，在布置时应将其向端部延长足够的距离。尤其是在货舱设计中，需将位于货舱部分的纵舱壁中几个关键支撑构件延伸至货舱外部，并在双层壳体部分进行加强处理，通常做法是加设强肋骨和舷侧纵桁。为保证船舶总纵强度，建议将散货船的顶边舱与底边舱都设计为高强度的箱型三角结构，同时辅以高强度的双层底结构。对于单壳体散货船，在设计货舱部分的双层底高度时，不但要考虑总布置要求，还必须符合规范中对于普通货船的设计要求。散货船所采用的双层底一般为纵骨架式结构，在机舱部分，建议设置主肋板，一般每隔一个肋位设一个即可，如果肋位处于主机座、锅炉座等基座下方，则必须设置主肋板。距艏垂线0.2L以内可以每隔一个肋位设置一个主肋板，其他部位可以每隔3或4个肋位设一个。根据中国船级社相关规定，主肋板的间距不得超过3.6m，船体中纵刨面需要设置龙骨，但目前大型散货船大都以箱形龙骨取代之。龙骨两端应设置旁龙骨，根据新版船舶结构共同规范，两个相靠龙骨的间距应保持4.6m以上，抑或船底一般扶强材间距的5倍以上，在实际设计中，可以取其中较小者。
2.底边舱结构
船舶底边舱斜顶板和双层底内底板交接处可以采用焊接连接或圆弧连接两种不同形式。如果采用焊接方式，旁龙骨必须和斜顶板保持对齐，且内底板伸出旁龙骨的部分不得大于5cm，若伸出部分过长，在后续焊装横向框架上的扇形补板时会遇到一些麻烦。同时，内底板伸出部分的末尾需设计为圆形，各构件之间一定要焊透。船舶货舱部分的底边舱斜顶板采用纵骨架式结构，船舷与底板交接的弯曲部分不做特别要求，采用横骨架或纵骨架式结构皆可，但一般以前者居多。船舶底边舱斜顶板和内底板面应当保持45°~50°左右的夹角，肋板处需要设置横向强框架，以对纵骨起支撑作用，同时框架上需要设置足够大的通道孔，通道孔边缘用扁钢做加强处理，且扁钢和纵骨间通过加强筋进行稳固。纵骨穿过通道孔的部分需要安装补板，补板与两层底板及船舷外板相连，具体尺寸大小可参照相关规范来决定。
3.箱形中桁材
箱形中桁材俗称箱形龙骨，可设置于散货船双层底中线面处，用来取代普通龙骨。箱形龙骨由两道平行设置的水密性侧板与骨材、内外底板等组成。箱形龙骨通常用来对管系进行集中布设，防止管道从货舱直接穿过而影响装卸作业。在机舱前端壁上需设置通往箱形龙骨的人孔，并安装水密装置，以便工作人员进入其中开展检查活动。同时，在箱形龙骨与露天甲板之间也要设置一个应急通道。箱形龙骨的侧板厚度不得小于水密肋板，为确保船舶进坞后底纵桁可以顺利搁置到墩木上，应将两侧板间距控制在2m以下。同时，考虑到横向强度被削弱，对于箱形龙骨部分的船底板、内底板需略微增加厚度，以提高强度。箱形龙骨内可用横向骨架取代肋板，骨架可采用环形架或船底横骨等形式。肋骨和肋板之间可以采取搭接的方式，且搭接长度至少要达到肋骨高度的5/4倍，以确保受力的均匀传递。
4.构件连接
构件连接向来是船舶结构设计的重点，船舶主要构件之间的连接形式有3种：一是设置连接肘板；二是采用整体式端肘板；三是设计成整体型，具体如图2所示。在具体设计过程中，可利用疲劳强度校核等手段，对各结构节点进行优化改进，确保船体构件尤其是受交变载荷影响的构件具有一定的抗疲劳性，进而提高其使用寿命。船舶货舱部分的船舷一般设计为横骨架式结构，各肋位的端部均做成软趾状，起到分散节点应力的作用，减轻构件所受到的疲劳损伤。在纵向强构件的间断处，应采取相应的过渡处理，确保结构整体的连续性，防止出现应力集中的情况。
结语
船舶主体结构设计是一项科学性极强的工作，同时也是一个动态优化、不断改进的过程。设计人员要在坚持相关设计原则的基础上，不断对结构设计进行优化调整，在确保船体结构强度的同时，尽量减轻船体自重，提高船舶航运的经济性，充分发挥船舶的使用性能。
参考文献
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【关键词】舰艇船体防腐 阴极保护 优化设计
舰艇船体长期处于海洋环境之中，舰艇船体很容易出现腐蚀的问题，特别是以合金钢为主要船体材料的各类舰艇长期与海水接触，金属设备其受海水腐蚀情况十分严重，因此有必要以其为主，对相应的防腐以及阴极保护过程进行优化设计。
1 舰艇船体防腐和阴极保护的重要性
海水腐蚀是影响以潜艇为主的舰艇船体使用性能的关键因素，同时，一直以来，解决这一问题都是有关领域的工作难点。调查显示，受海水侵蚀的影响，潜艇中的电子设备等通常会出现损坏的问题，这对于其战斗力的保证十分不利，同时对其进行维修也会对我国造成极大的军事、经济方面的损失[1]。总的来说，化学腐蚀以及电化学腐蚀是舰艇被腐蚀的主要原因。前者主要指的是由海水与制造舰艇的诸多材料之间发生化学作用而造成的腐蚀。后者指的是受电子流动影响而造成的腐蚀。就目前的情况看，上述两种情况是导致舰艇腐蚀的主要因素[2]。针对不同的情况，需要采取不同的手段对其进行解决，其中阴极保护以及防腐措施的实施便是两种重要的方法，践证明，其应用效果相对良好。因此，有必要将上述措施应用到潜艇的防腐蚀过程中，以为其使用性能的保证以及使用寿命的延长提供基础。
2 舰艇船体防腐和阴极保护现状
目前，我国舰艇船体防腐和阴极保护水平已经得到了一定程度的提高，其保护效率与寿命也得到了演唱，但在计算与设计方法的应用过程中却存在着过于传统的问题，盲目性相对较强，为解决上述问题，这对于我国舰艇船体防腐水平的进一步提高十分不利。除此之外，相对于其他水面船体而言，潜艇的浸水面积较大，整个艇身都长期处于海水环境中，这是导致其保护电流增加的主要原因。为避免长期受海水腐蚀而对舰艇性能造成过于严重的影响，有必要对有关阴极保护的内容进行分析。另外，在舰艇防腐过程中，其防腐措施的应用会对舰艇周围的电场造成影响，我国存在的问题在于没有充分考虑上述影响，由此导致的安全性问题已经对舰艇本身性能的发挥造成了阻碍，对此，有关人员必须注意到上述问题，这样才能舰艇的防腐性能得到进一步的优化。
3 舰艇船体防腐和阴极保护的优化设计
3.1 防腐优化设计
海水对舰艇的腐蚀主要表现在舰艇表面以及内部设备两个方面，因此防腐的优化设计必须从上述两方面出发来实现。首先做好舰艇表面的防腐工作，对此，选择较为优质的防腐材料能够起到较为有效的作用，且具有简单便利的优势，合金结构钢是当前应用的主要防腐蚀材料，实践证明，这一材料应用效果较好[3]。除此之外，还要考虑缝隙腐蚀等方面的问题。缝隙的存在是舰艇的弱点，也是导致海水渗透腐蚀到内部装备的主要原因，因此在舰艇设计过程中，必须对其缝隙问题加以重视。另外，设备被腐蚀会直接导致舰艇设备无法正常投入使用，因此做好设备的防腐蚀工作同样十分重要。总的来说，在设备的制造过程中，要保证其防腐性能与舰艇整体的防腐性能相互匹配，同时在引进设备时，也要对其防腐参数进行再次确定，以使其性能能够充分的满足舰艇防腐的要求。
3.2 阴极保护优化设计
阴极保护措施在解决舰艇及海上装备被腐蚀的问题方面具有较好的应用效果，以与海水部位接触的管材为例，必须在其接头与法兰之间实施电绝缘处理措施[4]。就目前的情况看，我国已经将这一措施应用到了舰艇船体的防腐过程中，在此之前，军舰，潜艇往往需要安装大量的牺牲阳极，但在阴极保护技术下，牺牲阳极的安装数量大大减少，使舰艇的整体防腐性能得到了优化，同时还达到了节约成本的目的，对于我国军事等领域整体发展水平的提升以及成本的降低具有重要意义。
3.3 优化设计仿真
为判断优化设计效果及其合理性，在具体设计完成之后有必要展开仿真实验：首先，将合金结构刚作为了舰艇船体的主要材料，将其各方面参数输入到了计算机当中，同时分析其对舰艇本身及其内部设备防腐性能的影响，并从各角度出发，对舰艇的参数进行了计算，建立了具体的仿真模型。全面考虑舰艇所处的海水环境，并对舰艇主体部分进行了网格离散化，以其电学特征为基础，形成了广义耦合电池系统仿真模型的边界条件，并通过其他一系列过程完成了仿真模型的建立过程。其次，通过对计算机技术的应用以及对各项数据的综合，完成了有关舰艇金属材料防腐性能的计算工作，并得出了最终的计算结果，在对计算结果进行整理的前提下，完成了具体的分析工作。最后，通过对仿真结果的分析发现，采用上述防腐措施以及阴极保护措施，能够有效的达到提高舰艇表面防腐水平的目的。将本次仿真实验所得到的数据与传统数据对比发现，其防腐参数得到了极大程度的优化，因此认为，上述优化设计过程具有较强的实用性。
4 结语
做好舰艇船体防腐和阴极保护的优化设计能够得到提高其防腐性能的目的。潜艇长期处于水下环境中，相对于其他水面舰艇而言，其受腐蚀程度更加严重，因此做好防腐工作便显得更加重要。防腐措施的实施以及阴极保护的实现均能够使潜艇达到较好的防腐效果，因此在具体设计过程中，有必要对上述措施加以重视。
参考文献：
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关键词：居住舱室；振动级别；噪音级别；照明照度；HAB
1.概述
HAB（WB）是由ABS（美国船级社）近年来推出的一种针对工作船可居住性要求的入级符号，该入级符号对船舶的舒适性提出了明确的要求，从各方面改善船员的工作环境，包括居住舱室的人性化设计、振动级别、噪音级别、室内环境（空调和通风的舒适性）、照明照度共5个方面。HAB（WB）要求从设计和现场测量两个环节，对这5个方面进行控制。带HAB（WB）入级符号的船舶，是未来船舶的主流。HAB根据要求的不同分为HAB、HAB+、HAB++，本文仅以HAB要求为例予以说明。
工作船主要指海洋平台支持船、消防船、拖带船等具有特殊功能和用途的船舶，其主要特点是内部结构复杂、走道宽度狭小、舱室内部设备多。工作船长期处于复杂恶劣的海洋环境中，而船员长期生活在船上，船上的居住舱室的舒适度至关重要。因此在满足船舶性能的前提下，需尽可能满足船员起居的舒适性。
2.居住舱室的人性化设计
居住室的人性化设计，是对上建居住区域的整体布置、空间、使用性及配置都给出明确要求。
以前，海工船在舱室布置（配置）方面一般都是按照规格书的要求进行，参考ILOMLC2006及挂旗国的相关规范即可，不作为船级社检验项目。
HAB对房间的配置要求提出明了确要求，并且满足ILO（92）和ILO（133）、ILO MLC2006的相关要求。但要求更加高和详细，如：
（1）房间门：宽度不能小于710 mm，甲板面至门框上端高度不能小于1 900mm；
（2）室外栏杆开孔处保护：开孔跨度不能超过1 830mm，否则需要在中间增加可拆立柱，并且开口处的链条，安全绳下垂量不能大于25mm，如图1所示；
（3）室内斜梯：斜梯踏步每一步的高度和深度均要保持一致，并且高度不能大于230 mm，踏步深度不能小于190 nnn；斜梯上、下端转角处宽度大于910mm。如图2所示：
（4）直梯：作为逃生通道的直梯，宽度大于410mm。
3.振动和噪音
为了给海员营造一个可接受的环境，防止对海员发生噪声级的潜在伤害，国际海事组织（IMO）要求船舶构造应符合MSC.337（91）决议通过的《船上噪声等级规则》，该文件相比原IMO A.468（XII）号决议技术标准更为严格，并且作为强制性文件于2014年7月1日起生效。
船体振动不仅会导致船员生活和工作受影响，而且会加速船体结构和机械设备构件的疲劳损伤。船体振动又是不可完全避免的，只能尽可能的减少及避免设备与结构发生共振。
噪音是由于物体高频振动产生的，所以其制根源就是减少或者隔绝振动源。
根据振动自身的特性，减少振动对船舶的影响可以从两个方面入手：
（1）振动源
船舶主要振动源为：主机、发电机、传动轴承、全回转（螺旋桨），侧推等；次要振动源为：机舱风机等。
由于上述振动源通过刚性基座与船体结构连接，在设备运转时就会产生振动，故可据此特点进行设计优化：
首先，在设备与基座之间采用弹性连接，常用于发电机、风机等，如图3所示；
其次，通过改变基座的板厚、跨度等，使基座的振频不同于设备的振频，避免产生共振，常用于主机、传动轴承、侧推等大马力推进设备；
最后，使用阻尼材料，通过在设备基座及周边的结构上增加阻尼材料，从而达到将震动源隔断在源头的目的。当系统产生振动时，涂挂在系统上的阻尼材料受到上下两个板面（基材和约束层）的约束，产生剪切变形，在剪切变形的过程中，由于阻尼层的粘滞性，振动产生的机械能转换为热能损耗掉，减小振动及振动产生的噪音，从而达到减振降噪的目的，如主机座、首侧推基座、筒体、机舱风机的结构风管等，如图4所示。
（2）测试区域
通过更改测试区域内装材料的连接形式，使测试区域整个系统都是弹性连接（如图5所示），减少房间内的震动及噪音。如天花与结构连接选用弹性连接杆（如图6所示）、甲板面敷料选用浮动地板、舷窗外增加隔音窗（如图7所示）、壁板使用高隔音板（蜂窝板）、房间门使用高隔音门、增加隔音棉并且根据棉的隔音性能来达到不同的隔音效果等。
这样使测试区域整个系统与船体结构弹性连接，使得振动的传递途径被切断，从而达到降低振动、噪音的效果。
噪音是振动的具体体现，除了隔绝振动，还可在发声区域增加消音器。对于工作船，居住区域除了设备运行带来的噪音外，主要的噪音来自于风机及空调。为了达到降噪的要求，可在风机上增加消音器，如图8所示。
HAB对各居住处所的噪音要求，如表1所示。
4.室内环境（空调和通风的舒适性）
HAB对船员的生活、工作区域的温度、湿度、通风量，都提出了明确要求，见表2。
5.照明、照度
照明设计不仅要满足工作区域人员安全高效工作的要求和生活区域的美观舒适，还涉及到人员紧急逃生等安全问题。
由于HAB对每个房间的照度都有明确要求并且测试点较多，而传统的船舶照度计算方法繁琐复杂，且无法考虑舱室内部设备及家具对照度的影响，所以船厂要对整船的照明提前做出合理的优化设计。
关键词：绿色船舶；设计；制造
1 引言
制造业在为人类提供巨大财富的同时， 也在不断地产生污染物， 对环境造成严重的影响。船舶在制造过程中也存在材料选用不当而造成资源的浪费，以及对空气、土壤和水体等环境的污染问题。因此，在20世纪90年代中期出现了“绿色船舶”的概念。
2 绿色船舶的内涵
“绿色船舶”概念的核心内容是在其全寿命周期中（包括设计、制造、营运、报废拆解），通过采用先进技术，能经济地满足用户功能和使用性能的要求，并节省资源和能源，减少或消除环境污染，且对劳动者（生产者和使用者）具有良好保护的船舶。
绿色船舶的绿色度主要取决于设计人员的环境意识、以人为本的设计理念和营运过程中的管理力度。当前绿色船舶在设计、建造和运营过程中主要体现在以下几方面：
设计中，广泛采用绿色无污染材料、标准化和模块化零部件或单元；充分考虑加工制造过程中材料利用率，同时还须考虑船舶产品在营运寿命终止后，报废、拆解不会对环境造成负面影响，以及部分材料、零部件和设备能够再生利用；尽量简化工艺，优化配置， 提高整个制造系统的运行效率，使原材料和能源的消耗最少；减少不可再生资源和短缺资源的使用量， 尽量采用各种替代物资和技术。
制造中，采用绿色制造工艺，即从技术入手，尽量采用物料和能源消耗少、废弃物少、对环境污染小的工艺方案和工艺路线。目前最有效的绿色制造工艺包括：绿色加工工艺、绿色焊接工艺和绿色涂装工艺。其中，绿色加工工艺包括净成形制造、干式加工、工艺模拟技术、网络技术、虚拟现实技术与敏捷制造等；绿色焊接工艺即选择使用节能焊机，采用高效、无弧光、无粉尘污染的焊接材料和方法；绿色涂装工艺即通过合理选择涂料，减少涂料品种，简化工序，提高工时效率，采用移动式涂装系统和环保型分段涂装房，实现环保型涂装作业的目标。
运营中，减少发动机氮氧化物、硫氧化物等温室气体的排放；防止燃料油、有害液体的泄漏；合理进行垃圾、污水处理；严格控制舱底油的卸载等。
通过对绿色船舶的内涵的探讨，我们可以得出，绿色船舶产品是指在其全寿命周期中（包括设计、制造、营运、报废拆解），通过采用先进技术， 能经济地满足用户功能和使用性能的要求， 并节省资源和能源， 减少或消除环境污染，且对劳动者（生产者和使用者） 具有良好保护的产品。
而船舶绿色制造技术是一种在船舶设计、制造中融入“绿色”理念，在保证船舶产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响和资源效率的现代制造技术。绿色造船技术使船舶产品在设计、制造、管理过程中对环境的污染小，资源利用率高，能源消耗低，符合可持续发展的要求。绿色造船技术是融设计、生产、管理于一体的综合制造技术。
3 绿色船舶的设计
开展绿色造船，设计是先导。传统的船舶设计仅从结构和功能、外观造型、加工制造、生产管理等角度考虑，设计概念是以市场需求为基础，技术方案也是重点考虑设计与制造两个领域的问题，设计过程中缺乏环境保护的意识。因此，设计人员必须具备良好的环境意识。
3.1 船舶优化设计
3.1.1 船型优化设计
优化船体结构功能，如对万吨级散货船充分考虑环保的要求，在总体设计中大胆地将传统设计中的燃油舱从双层底搬到顶边舱，并在舷侧设置隔离空舱，这样可有效地减少燃油泄漏的可能性。优化主尺度和型线，涉及空船质量、稳性、阻力、舱容等技术指标。它不但影响船舶的装载量、航速、能耗等经济指标，而且从根本上影响船舶的安全性能。通过优化主尺度和型线，使船舶在制造和未来的营运中，实现节能、环保和提高经济效益。
3.1.2 消除冗余功能设计
在设计阶段，从系统导向型的合同设计、初步设计到区域导向型的详细设计、生产设计，强化设计的节约意识，树立简约化的 设计理念，全过程地推行功能成本分析。对船舶设备选型、管系布置、电缆走向等专业设计进行优化分析，全面消除不必要的冗余功能，降低制造成本和资源消耗。
3.1.3 动力节能设计
船舶动力节能设计体现在以下几个方面：一是探寻船舶新型动力能源，用其他能源辅助或取代石油作为动力能源，如太阳能、风能及波浪能等；二是改进推进效率的节能方式，例如柴电联合动力推进方式，使能效转换效率最大化；三是利用主机废气节能技术、应用新型燃油添加剂、采用燃油电喷技术；四是综合使用电子技术和网络技术，通过对动力装置和船舶各参数实时监控，使其处于最佳运行状态，最大限度降低能耗和排放。
3.2 从设计源头提高钢材利用率
运用船舶设计软件的套料功能，合理调整船体零件套料排列，在板材零件的开孔中套补板零件等其他零件，以提高整板的利用率和生产效率；通过利用船体设计软件中的材料管理程序，从余料数据库中调取合适的余料进行再次套料，以提高余料的利用率。
3.2.1 材料的选择原则
在船舶全寿命周期中，对环境影响最大的，一是制造过程中的焊接、涂装作业； 二是船舶拆解后废弃的舱室绝缘材料。 因此材料的选择对船舶的绿色性能具有重要的影响，在材料选择时应注意下述几点：
（1） 选用便于回收、生产过程简便、易于加工的材料，产生的废料不污染环境；
（2） 选用无毒无害材料，避免生产过程对人体健康造成危害和对环境造成污染；
（3） 选用可再生的材料；
（4） 选用较少种类的材料，简化设计，尽可能少用复合材料；
（5） 选用工艺性能优良的材料，以降低零件加工的难度与废品率，节约加工过程的能源消耗。
3.2.2 各类材料的选择重点
（1） 焊接材料。焊丝（焊条） 的添加助焊药剂，在电弧高温燃烧下，随焊接烟尘一起向空气中扩散，对操作人员和环境构成危害。因此，设计人员在生产设计上，应首先选用高效焊接工艺和低毒低烟焊丝（焊条）。
（2） 舱室绝缘材料。由于具有防火、隔音、保温等优良性能和可加工性， 矿棉、玻璃棉被用于船舶舱室的内装。在船舶营运寿命结束后的拆解过程中，这些保温材料由于没有再生利用价值而被大量抛弃。矿棉、玻璃棉的不可降解性，使这些废弃的材料直接导致周围的水质和土质的恶化。因此，选用保温材料，不仅要考虑其技术性能，还应考虑环保性能，研制一种高效、环保的绝缘材料也将成为完善绿色造船技术的一项重要工作。随着硅质纳米孔绝热保温材料、聚酰亚胺泡沫材料等新型节能环保绝热保温材料的开发与应用，传统舱室绝缘材料将逐步被替代。
（3） 涂装材料。船舶涂装工艺分为钢板预处理（在钢材预处理车间完成） 和二次除锈涂装（在涂装房内进行）。先进造船国家一般较少进行二次除锈涂装，这不仅减少了资源浪费，而且生产效率大大提高。我国在引入区域造船方法的同时，也在尝试减少二次除锈涂装，采用跟踪补涂技术。传统溶剂型涂料因其对人体的危害和对空气的污染已无法满足绿色造船的要求，取而代之的应是一些无污染、省资源、省能源的绿色涂料。如水性涂料、粉末涂料和辐射固化涂料等。另外，船舶外板水线以下涂料，应具有只驱赶而并不杀灭海洋生物的性能，是既能防止海洋生物附着， 但又不污染海洋的绿色环保涂料。
3.3 标准化、模块化设计
随着科学技术的进步，各国对海洋保护意识日益提高，对船舶结构、性能提出更高的要求。由此，船舶更新换代的周期越来越短。为了避免由此造成的不良后果， 船舶在设计时， 有必要采用标准化、模块化的设计。
（1）通过标准化、模块化设计，可以简化船体结构。采用功能多样化与复合化的零件以及简单的连接方法，使整体装置的零件数减少；合理地设计产品中零件、支撑、载荷的布置，确定适当的整体尺寸，提高材料利用率；设计结构符合工艺性与加工性，以减少加工过程中的材料损耗与能源消耗；设计的结构便于回收，实现资源的重复利用；设计的结构便于维修，延长产品使用寿命。
（2）通过标准化、模块化设计，船舶设备可以有效地避免舾装件逐件装船， 从而降低舱室内的污染和噪声危害，提高工作效率和工作质量，还可使劳动量和资金的消耗大大减少。而且船舶设备的标准化、模块化设计，也较好地满足了设备更新拆装的互换要求。
（3）标准化设计可以提高零部件的通用性，提高零部件的重复性。标准化设计亦可以促进专业化生产。
3.4 并行设计
根据并行工程的思想，由设计者、制造者和环保工程师参与船舶的初步设计、详细设计和生产设计整个过程，通过相互协调，综合考虑船舶由初步设计到报废拆解的整个寿命周期中影响资源利用与环境污染的所有因素，优化各个设计环节，提高整个制造系统的资源利用率， 降低废品率，节约资源。另外， 还应综合考虑产品的结构设计、材料选择、制造环境设计、工艺设计、回收处理设计等各个方面，实现并行式绿色制造设计。
4 绿色船舶的制造
4.1 绿色加工工艺
4.1.1 净成形制造
成形制造技术包括铸造、塑性加工等技术。成形制造技术正从接近零件形状向直接制成工件形状即精密成形或净成形方向发展。成形的零件有些可以直接或稍加处理即可用于组成产品， 这可以大大减少原材料和能源的消耗。
4.1.2 干式加工
加工过程中不采用任何冷却液。干式加工简化了工艺、减少了成本，而且消除了冷却液所带来的一系列问题，如废液处理和排放等。目前，干式加工在国外已经得到局部应用，如干车削、干磨削、干镗削等。我国还刚开始研究，作为一种新型的加工工艺，有望在船舶制造中发挥其应有的作用。
4.1.3 无余量制造。
无余量制造是船体建造过程中以加放尺寸精度补偿量以取代余量，通过设计合理的建造公差，采用有效的工艺技术与原理，对船体零部件、结构进行尺寸精度控制的一项精度控制技术。这项技术在减少作业量、降低建造成本、提高产品质量、缩短制造周期上将发挥更大作用，也会为企业带来经济效益。
4.1.4 工艺模拟技术
工艺模拟技术主要用于水火弯板等热加工过程。过去通常必须做大量的实验才能初步控制和保证加工工件的质量。采用工艺模拟技术将数值模拟、物理模拟和专家系统相结合确定最佳工艺参数，优化工艺方案， 预测加工过程中可能产生的缺陷并采取防止措施， 从而有效地控制和保证加工工件的质量。
4.1.5 网络技术、虚拟现实技术与敏捷制造
虚拟现实技术主要包括虚拟制造技术和虚拟公司两部分。虚拟制造技术就是在真正产品生产之前在虚拟制造环境下生成软产品模型来代替传统的真实样品进行实验，对其性能和可制造性进行预测和评估，从而减少损耗，降低成本。虚拟制造技术和网络技术相结合就可根据市场需求，将产品所涉及到的不同公司临时组建成一个由计算机网络联系的虚拟公司。各造船企业和设计院所可通过因特网建立制造资源信息网络来实施敏捷制造。
这些工艺和技术或减少了原材料和能源的耗用量，或可缩短开发周期、减少成本，而且有些工艺改进对环境起到保护作用，所以都被归于绿色制造工艺。
4.2 绿色焊接工艺
4.2.1 高效焊接电源
高效、节能是焊接电源的发展方向。逆变焊接电源具有节能、高效、直流输出稳定、焊接质量高等优点，成为焊接电源的发展方向。随着微电子技术和计算机技术的发展，数字焊接电源日趋成熟，如与数字送丝机相配，能获得最佳的焊接与节能效果。
4.2.2 高效焊接工艺
高效焊接熔敷效率高、速度快、操作方便且易于自动化作业， 具有生产效率高、焊接质量好、节约能源和材料等特点。常用的高效焊接方法主要有气体保护焊，包括熔化极活性气体保护焊（MAG焊）和熔化极惰性气体保护焊（MIG焊）和埋弧焊、电渣焊、气电自动焊、电子束焊和激光焊等。高效焊接在造船企业已成为船体建造中提高焊接生产效率和质量、节约资源和降低对环境负面影响的重要技术之一。
4.2.3 高效焊接装备
例如，横向对接焊缝焊机是针对船体垂直位置横向对接焊缝的自动化焊接设备，具有施工效率高、焊缝质量好的特点。有效地解决了横向焊缝采用手工焊接所无法解决的焊缝成形质量差、生产效率低、作业条件差、劳动强度大等问题。门架式双丝埋弧焊接装备是拼板焊接的专用设备，其焊接速度高、反面焊接不需清根，既使工艺简化，又压缩了作业时间，是一款高效环保拼板焊接装备。
4. 3 绿色涂装工艺
4.3.1 应用现代造船理念， 实现涂装环保作业
实现船舶绿色涂装，应根据现代造船理念，从全局出发，以系统工程的思想加以实施。应按照船体分道、区域舾装、区域涂装的原则，深化涂装生产设计，注重钢材预处理质量，缩短分段制造周期，提高预舾装率和分段完整性，加强涂装生产的动态管理，通过环保型的涂装工艺、涂装设施的应用，以及跟踪补涂等措施，实现环保型涂装作业的目标。
4.3.2 合理选择涂料，优化施工工艺
采用高性能专用涂料，减少热加工区域的涂膜损伤，以提高保护效果和生产效率：采用长效型车间底漆，减少分段制造期间的锈蚀；采用厚膜型涂料，减少涂装次数；采用低表面处理涂料，选择合理的除锈等级；采用万能型底漆，减少涂料品种，简化工序，提高工时效率。
4.3.3 推进标准化和计算机辅助管理
以壳舾涂一体化为目标，完善涂装设计、施工、质量管理、物料管理等标准，严格按涂装作业计划和标准要求施工作业。同时广泛应用计算机辅助涂装生产管理，特别是计算机辅助涂装工程动态管理，提高工时利用率，降低物料消耗。
4.3.4 推广移动式涂装系统和环保型分段涂装房
移动式涂装系统，以模块化设计为指导思想，以轻钢彩板结构为主体，辅以各类专用系列接扣件、钢架件以及多种专用紧固件。涂装系统装置，可根据工程需要的容积在指定地点按要求快速搭建。工程一旦完工，又可方便地拆卸并运至下一个工程所在地再行搭建， 继续涂装施工。
移动式涂装系统，设有各种标准的设备接口模块，主要有进气管道模块、除尘设备接口模块、除漆雾接口模块、喷砂设备接口模块、吸砂设备接口模块、温湿度控制设备接口模块、传感系统接口模块、动力设备接口模块等。
环保型分段涂装房内的空气温度和湿度可自动控制，为船体分段涂装提供适宜的环境条件，全天候作业。同时，采用粉尘和漆雾分离技术，有效控制有机溶剂排放，实现环保型的分段涂装。
4.3.5 室内造船
受技术和资金等因素的限制，目前分段建造，尤其是曲面分段建造仍然以手工电弧焊为主，而且大多数在露天平台上施工，施工过程中的弧光、烟尘是影响环境的主要因素。随着国家对环境的生态要求越来越高，这就要求我们改变传统的露天作业方式，建立扩大室内分段建造比例，最大限度地减少露天焊接作业量，使焊接尽可能控制在室内，并通过空气循环处理系统净化焊接烟尘， 把对环境的不良影响在室内消除掉。
此外，为了更快地推进绿色船舶的发展进程，国际海事组织（IMO）、欧盟以及其它一些国家也都纷纷出台各种规范、标准，从制度上确保全球海洋环境或区域海洋环境尽可能地免受污染。因此，绿色船舶在设计、建造、营运以及后期的报废拆解过程中都要严格地遵守各项规范、标准的要求，同时还须密切关注未来将要颁布、执行的各项规范、标准。
5 结束语
绿色船舶是船舶工业发展的大趋势，绿色船舶的设计与制造技术，能够成为贯彻国家“节能减排”方针的重要措施，也将为全面提高我国船舶工业的国际竞争力，为船舶工业的持续发展提供重要的推力。
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[3] 王世明. 绿色船舶的现状及发展前景分析[J]. 中国造船， 2008.10
关键词：绿色造船 绿色设计 标准化船型
嘉兴目前大多数船企所建造船舶的吨位不大，以总吨200-300吨为主，由整体造船到分段造船的模式难以转变，做不到壳舾涂一体化，也做不到绿色造船技术体系的要求。但在局部上也可以进行小构件制作，预舾装、预涂装等；或在船舶建造中对具体的施工流程、行为进行合理的优化、规范和约束；特别是在船舶设计环节多做一些经济型船型和基于环境保护的绿色设计因素考量。从而既能提高造船效率，又能减少有害物的排放、提高节能降耗水平。
船舶设计
设计人员必须要树立绿色设计观，在船舶设计中对节省资源、降低能耗方面给予重视。加强船型的研究开发和储备，形成一系列技术经济性能优良的标准船型和系列船型，从设计的源头上推动嘉兴造船的绿色进程。
1、船舶设计的原则与考量要素
节省资源角度。对于钢质船舶来说，最大的资源消耗莫过于钢材的消耗，因此钢材用量的控制对船舶造价有很大的影响。设计时，①注意船舶主尺度的合理选择，尤其是船长。因为船长对船体钢料的影响最大，同时对船舶的总纵强度也敏感；②注意结构的合理确定，树立等强度概念，减小不必要的结构裕度，在保证船舶总纵强度和局部强度的情况下降低船舶自重；③注意高强度钢的合理使用，以减轻船舶的自重；
降低能耗角度。作为航行船舶，其消耗包括燃油、淡水、物料等，其中燃油消耗的费用在整个营运成本中占有相当高的比例。即船舶的线型及船上所配主机功率的大小、耗油设备的多少，与船舶的经济性能关系非常密切。因此，在保证航速的情况下，设计时要注意主机机型的选择，具体可从三方面来考虑：①选取合理的主要素和船体线型，使船舶的阻力性能优良；②尽量改善船、机、桨的匹配， 提高船舶的推进效率；③优化船舶动力系统。
船舶高效性。通过对船舶进行优化设计，使下列系数更优，从而提高船舶的节能水平。
2、结合以上要素和设计原则，推进标准化船型研究和使用
通过标准化、模块化设计，可以简化船体结构。采用功能多样化与复合化的零件，使整体装置的零件数减少；合理地设计产品中零件、支撑、载荷的布置，确定适当的整体尺寸，提高材料利用率；设计结构应符合工艺性与加工性，以减少加工过程中的材料损耗与能源消耗；设计的结构便于维修，提高维修的方便程度；设计的结构便于回收、拆解，实现资源的重复利用。
船舶设备的标准化、模块化设计可较好地满足设备更新拆装的互换要求，也可以有效地避免舾装件逐件装船，从而降低舱室内的污染和噪声危害，提高工作效率和工作质量，使劳动量和资金的消耗大大减少。
标准化设计可以提高零部件的通用性、使用的重复性，亦可以促进专业化生产。如对驾驶室、船员室以及客船舱室模块进行标准化、模块化生产。
3、绿色设计的其他措施
优化船型，比如船型的方改（圆）尖，降低船舶阻力、提高能耗比。
新能源船型，开展LNG（LPG）燃料代替燃油驱动主机的新型动力船舶的研究设计。据测算，使用LNG清洁能源比使用柴油节约30%-55%的费用，在大幅降低船舶运营成本的同时，可减少环境污染，具有非常明显的社会效益和经济效益。
船舶布置优化，如干货船采用前驾驶、集装箱船的船首驾驶室布置，解决驾驶盲区问题，减少事故的发生。
新技术的应用。包括船尾附加水动力装置，如前置导管、桨前反映鳍、桨后叶轮装置；采用球鼻艏、涡尾船型等优化船舶线型；溢油监视、鉴别等船舶防污染技术。
新设备的应用。推广使用节能型柴油机、新型燃油添加剂、节油减烟器、主机轴带发电机、岸电技术；优化电子喷油控制装置、机舱自动化控制；舵桨一体化装置、污油水柜和油气回收装置；采用高效推进装置如低转速大直径螺旋桨、适伴流螺旋桨、导管螺旋桨等，提高桨机船的匹配度；设置生活垃圾接收处理装置及油水分离装置等措施实现达标排放，防止船舶对水体的污染。
船舶制造
1、改善造船模式，提高船舶建造水平
1.1改进船舶构件的装配，提高造船效率
对船舶骨架，可多进行一些以小构件为中间产品的制作，并实施预涂装。比如先将船舶底部的龙骨和肋板骨架以几个肋位为单位装配焊接成小构件，对构件进行预涂装，再吊装到船底板上进行施焊。
1.2控制余量，提高造船精度，尽量实施室内造船
控制好船舶余量，就是要提高放样的准确度，增强号料、套料的精细水平，采用放样切割成型加工工艺，控制好船舶构件在加工中的结构余量。而成形的零部件直接或稍加处理即可用于组成产品，从而可以大大减少原材料和能源的消耗。
受技术和资金等因素的限制，嘉兴造船仍然以手工电弧焊为主，而且大多数在露天平台上施工。而钢板的锈蚀，钢材边角料、废焊材，废油、含油污的生产用水、密性用水、油漆泄漏，含生活垃圾、含油揩布、废油漆和废电子元件等，在露天及下雨中及容易对周边环境和河道造成污染，有必要尽量实施室内或棚内造船。
1.3升级焊接技术，改善焊接工艺
在船体建造中，焊接工时约占船体建造总工时的30%-40%，焊接成本约占船体建造总成本的30%-50%。焊接过程中，不可避免地会出现有害气体、粉尘、弧光辐射、电磁、噪音等污染，同时也会消耗大量电力资源，船舶焊接技术的进步对推动绿色造船的发展具有十分重要的意义。
嘉兴船企多采用以传统焊条为材料的电弧焊，该方式飞溅较多、焊条利用率低、电能消耗大，使得船舶建造的效率下降、周期延长、能耗比增加。为此，有必要减少传统焊条的使用，在船厂中推广高效焊接工艺的运用。可重点推广以CO2气保焊和埋弧焊的工艺方法，既减少焊条额飞溅和丢弃又能高焊接速度，生产效率为普通焊条电弧焊的3～5倍，同时操作简单，适用范围广。
有条件的船企，也可采购更高效的焊接技术。①节能逆变焊机。在美国，逆变焊机的产量占弧焊机总产量的比例已超过30%，日本已超过50%。据统计，2000年国产逆变焊机仅占当年生产的弧焊机总产量的8.4%。②搅拌摩擦焊。搅拌摩擦焊是一种固相焊接方法，可用于对金属板材全熔深焊接，而不会达到金属的熔点。搅拌摩擦焊无飞溅、烟尘，不需添加焊丝和保护气体，无气孔、裂纹等焊接缺陷，形成的焊缝强度高、变形小，是一项性能优良的环保焊接新方法。③激光焊接。激光焊接过程是一种既快速，又几乎无任何变形的低热量输入焊接过程，目前已能对15mm 厚的不锈钢和低碳钢进行激光焊接。
1.4喷砂―采用无灰尘的精砂
由于钢板存放周期长，且在露天或半封闭的建造中极容易引起钢板的锈蚀，需要对船板进行喷砂处理。在喷砂过程中，嘉兴船企选用的砂灰尘较多，带上口罩防尘效果也较差，除了污染环境外还会引起呼吸道疾病，鉴于此，建议船企采用无灰尘的精砂。
1.5管理钢板堆场
钢板堆场应采取防雨措施，尽可能堆放在室内或搭建简易棚。通过减少钢板表面氧化量，可减少喷砂除锈量，从源头上减少喷砂粉尘排放量。
2、选择绿色材料
在船舶全寿命周期中，对环境影响最大的有两项：一是制造过程中的焊接、涂装作业；二是船舶拆解后废弃的舱室绝缘材料。因此，材料的选择尤其重要。
焊接材料。在电弧高温燃烧下，焊丝（焊条） 的添加助焊药剂随焊接烟尘一起向空气中扩散，对操作人员和环境构成危害。因此，应选用高效焊接工艺和低毒、低烟低毒低尘焊丝（焊条）。
对可再利用价值的舱室绝缘材料的选择。矿棉、玻璃棉因具有防火、隔音、保温等性能和可加工性，被用于船舶舱室的内装。但在船舶营运寿命结束后的拆解过程中，这些材料由于没有再生利用价值而被大量抛弃，且其不可降解性直接导致周围水质和土质的恶化。研制一种高效、环保的绝缘材料并制订相应技术标准，也将成为完善绿色造船技术的一项重要工作。
涂装材料的选择。传统溶剂型涂料对人体的危害和对空气的污染已无法满足绿色造船的要求，取而代之的将是毒性较小、省资源、省能源的绿色环保涂装材料：如水性涂料、粉末涂料和辐射固化涂料等。另外，船舶外板水线以下的涂料，应具有驱赶而并不杀灭海洋生物的性能，是既能防止海洋生物附着，但又不污染海洋的绿色环保涂料。
部分船舶如公务艇等可多采用钢铝混合结构、纤维增强塑料。
船舶营运
绿色造船不应仅局限于船舶的建造过程，也应贯穿船舶整个生命周期。在船舶营运到退役的整个过程中，都应使其对环境的负面影响最小，能耗最低。
顺应潮水规律利用燃油消耗量与航行速度的线性比例关系，来确定船舶最佳航行速度是船舶在营运中节能减排的方法之一；还有的船户在燃油中添加燃油添加剂以改善燃油品质，提高燃烧性能，提高燃油利用率，既节约了能源、又减少了废气及二氧化碳和硫磺氧化物的排放。
