時間：2023-05-30 09:38:48
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇船舶優化設計，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
【關鍵詞】 長江口船舶定線制；船舶交通流；優化設計；上海港；繞航
0 引 言
近年來，隨著長江“黃金水道”沿岸經濟帶的高速發展，以上海港為龍頭的長江沿岸港口貨物吞吐量增長較快，進出長江的船舶與南北大通道的船舶在長江口水域產生大量的交叉和匯聚，船舶航跡分布復雜，船舶交通流之間沖突點多。尤其是從中浚前5 h開始，大量外籍船舶按照引航計劃起錨進入長江口，其駕駛員與南北大通道航行船舶駕駛員之間語言溝通不暢，導致一些遲來的船舶“搶”計劃、“搶”位置，從而造成船舶間避讓不協調，船舶交通流之間沖突強度大。本文對2008年版長江口船舶定線制未能解決的問題進行分析，力求降低各船舶交通流之間的沖突強度和等級，避免出現外籍船舶起錨后進入長江口與南北大通道船舶直角交會的局面，以緩解現有長江口水域通航安全壓力，降低該水域通航風險，為海事管理部門決策提供建議和理論依據。
1 長江口船舶定線制概況
長江口地處我國南北海岸線中部的長江黃金水道與沿海南北大通道的交匯處，自2002年9月1日起，長江口開始實施船舶定線制，由3個圓形警戒區、11個通航分道和11條分隔線組成。而后海事管理部門根據實際運行效果對該水域進行優化，將原先3個警戒區簡化為A、B兩個警戒區，簡化通航分道并調整相關燈浮和錨地分布。2008年6月1日起施行的新版本長江口船舶定線制見圖1。
2 長江口船舶定線制擬解決的問題
2.1 長江口警戒區存在安全風險
2008年版長江口船舶定線制在2002年版的基礎上作了簡化，并很好地對接了長江口深水航道治理三期工程，對梳理船舶交通流有著較為理想的效果。[1] 但是，當南北大通道的船舶與東西向的船舶因下列3種情況積聚時，其間的交通流沖突并沒有得到解決。
（1）在正常天氣條件下，中浚前5 h左右，長江口水域開始初漲，大批船舶開始從海上或錨地起錨駛進引航作業區水域或進入通航分道、警戒區，然后分別從長江口深水航道、南槽航段進入，直至中浚時結束。
（2）因風、霧等惡劣天氣導致上海港南北槽封航，待天氣和能見度好轉、船舶交通管理系統（VTS）解除禁令后，此時耽擱的船舶必然魚貫而入，從而導致船舶積聚。
（3）因特殊船舶進出、發生船舶故障、海事和軍事演習等導致臨時交通管制，待管制結束后出現船舶交通流積聚情況。
當船舶交通流積聚時，大量外籍船舶與南北大通道上的本國船舶密集交匯且溝通不暢，導致避讓難度加大，存在重大安全隱患。排隊等待進長江口上引航員的外籍船舶與南北大通道上的船舶之間交通流沖突見圖2。
2.2 船舶交通流復雜
根據對A警戒區內交通流量長期觀察結果，該區域船舶交通流較為復雜，主要有以下幾個情形：大型船舶進出長江口深水航道、采用我國沿海南北習慣航線、出港的小型船舶在A警戒區附近轉向北上、從長江口1號錨地起錨駛往南北槽進港等。
按照常規，D3通航分道沿南北方向的延長線為管制線，也就是說船舶在進入管制線以前都是根據自身計劃（其中交管時間期間按交管批復時間）安排進入長江口的。那么，在長江口初漲或臨時管制解封后，進入長江口的船舶分別從A、C1通航分道匯聚至長江口A警戒區（見圖3），其中不乏有大型重載船舶和大型超寬船舶。由于長江口燈船至D3通航分道水域過于狹小，造成很多船舶間來不及溝通便已經匯聚至報告線水域的尷尬，往往還會出現按照計劃原本應該優先進入長江口的船舶卻被堵在后面的情況。
2.3 長江口錨地容量不足
由于長江口現有錨地無法滿足進出上海港船舶錨泊的需要，經常會有船舶錨泊于長江口錨地邊線以外，甚至侵占A通航分道。
3 優化方案設計
3.1 優化方案的主要原則
3.1.1 安全第一
海上航行安全最為重要，航道規劃應充分滿足通航的安全性，以適應港口未來發展的需要。
3.1.2 兼顧經濟、環保效益
在確保通航安全的情況下，航道規劃應充分考慮航運企業的經濟效益，減少不必要的經濟支出；同時不能對海上環境構成威脅，確保海上環境不因航道規劃而遭受破壞，以促進海上交通和諧。
3.1.3 充分考慮航海習慣
長江口是大型船舶進入長江的唯一入口，中外船舶匯聚于此，對于長江口船舶定線制而言，最終的受用者是廣大國際海員。因此，在制定優化方案時需要充分尊重國際海員的航海習慣，同時充分考慮優化后通航分道與原有航道之間的延續性，盡可能少作改動，以便于航經此水域的駕（引）人員掌握、理解和執行。
3.2 優化方案調整的主要內容
從緩解既定方案的突出矛盾、提高通航安全性、兼顧航運企業經濟效益和海上環保效益及優化方案實用性等角度出發，充分征詢有經常航行于長江口水域經歷的船長、引航員的意見，建議性地描繪出長江口船舶定線制優化方案（見圖4），其主要內容如下：
（1）取消原有C1和C2通航分道。
（2）將A通航分道向正東方向延長20 n mile，并相應增加C警戒區和C1、C2、C3通航分道。
（3）將B通航分道向正東方向延長20 n mile，并相應更名為B2通航分道；相應增加D警戒區和D1、D2通航分道，并保留B警戒區和原有C3通航分道。
（4）將長江口1號錨地向正東方向延展并擴充為長江口1號錨地和2號錨地，將原有長江口2號錨地向正東方向延展并擴充為長江口3號錨地和4號錨地，深水航道D5燈浮正北面的錨地維持原狀不變。
（5）A警戒區與B警戒區之間及A警戒區北側水域實施限制性通航，即航行于北槽及江蘇、浙江附近口岸的船舶可以使用該限制性分道，但必須提前報備，謹慎駕駛，同時現場必須征得VTS同意。
（6）其余相應增加相關燈浮和虛擬浮標。
4 優化方案總體評價及說明
4.1 安全性評價
李松等[2]提出兩艘或多艘船舶在一定的時間和空間上彼此接近到一定程度時，若不改變其運動狀態，就有發生碰撞的危險，這種現象稱為水上交通沖突，同時引入“交通沖突技術”對水上交通沖突的發生過程及其嚴重性進行定量測量和判別，并應用于安全評價和預測。評價警戒區交通沖突嚴重性的4個指標分別是沖突點數量、沖突區域的復雜性、沖突出現頻率和沖突等級。本文以北槽與南槽水域作為比較單元，按照以上4個指標對船舶定線制優化前后兩個水域的警戒區沖突情況對比作簡要評價（見表1）。[3]
由表1可知，船舶定線制優化以后，北槽水域警戒區外移，避讓余地更大，對緩解在錨地起錨進入引航作業區的船舶與南北大通道上的船舶之間水上交通沖突作用明顯，水域安全性將會明顯提高；南槽水域雖然“多”出一個警戒區，沖突點數量有所增加，但優化方案會分隔一部分船舶流，減小局部水域船舶密度，使船舶沖突強度和等級均有所下降，水域安全性將會有所提高。[4]
4.2 兼顧經濟效益
南北大通道整體向東“搬遷”，將會大大提高該水域的安全性，從而減少航經此地的船舶因航行安全引發的經濟損失，但同時會使得部分船舶產生一定程度的繞航，增加繞航船舶的經濟負擔，尤其是從上海港至江蘇、浙江附近港口的船舶繞航明顯。
在提高船舶通航安全性的基礎上，設計方案充分考慮航經該水域船舶的經濟效益，減少不必要的繞航，保留B2通航分道，對南槽出口南下的船舶以及浙江沿岸北上由南槽進口的船舶均不會造成影響。同時，保留A警戒區北側水域、A警戒區與B警戒區之間的限制性通航，減少船舶在北槽水域和浙江附近港口之間的繞航。
4.3 兼顧社會和環保效益
船舶主機在額定功率的60%以下運行時，將會造成柴油機氣缸內柴油燃燒不良，運轉效率下降、滑油消耗率增加，使燃燒室部件、排氣系統和增壓系統產生嚴重的燃氣污染。因此，優化方案實施以后將大大提高長江口水域船舶運轉的通暢度，減少主機換擋、停復主機及低速航行的次數，減少主機內柴油不充分燃燒及其產生的污染氣體排放。
4.4 尊重航海習慣
長江口船舶定線制優化方案是在現有基礎上將南北大通道整體向正東方向“搬遷”20 n mile，盡可能地少作改動，以便于航經此水域的國際船舶海員對“新”方案的理解和適應。
5 結 語
長江口是整個長江航道系統的咽喉，是長江深水航道和南槽航道的重要組成部分。本方案從實際問題出發，在理論上尋求突破口，為海事管理部門在制定方案時提供理論建議和參考。但是，長江口船舶定線制優化設計方案在提高長江口船舶通航安全性的同時，也造成部分船舶繞航和海事部門監管投入成本增加等不利影響。長江口船舶定線制的設置直接影響到整個上海港的船舶安全及進出上海港船舶交通的暢通或阻滯，因此需要作進一步深入研究和評估，權衡利弊。
參考文獻：
[1] 陳旭海，詹海東.長江上海段圓圓沙警戒區航行規則的思考[J].航海技術，2009（3）：18-19.
[2] 李松，邵敬禮.水上交通沖突技術在船舶定線制警戒區中的應用[J].水運工程，2010（7）：111-115.
2012年11月2日，由莎益博設計系統商貿（上海）有限公司與CYBERNET集團的Noesis Solutions公司共同主辦的“2012 OPTIMUS中國用戶大會”在杭州福朋喜來登酒店順利舉行。本次大會共邀請到近百名來自航空航天、汽車、船舶、電子等行業共計70多個企業的專家。 作為OPTIMUS全球用戶大會的一部分，本次大會不僅向用戶展示了OPTIMUS的最新應用案例，還邀請到吉利、奇瑞、一汽集團、708所等國內著名汽車，船舶企業和研究所的專家，為大家帶來的精彩演講。
大會在CYBERNET公司MBD事業部總經理毛力奮先生的致辭下拉開序幕，CYBERNET MBD事業部銷售經理康友樹向大家介紹CYBERNET的CAE整體解決方案。來自比利時Noesis公司市場銷售總監Luc Meulewaeter先生就“仿真及設計優化的前景展望”為主題進行發言， 他指出“中國的制造業正在蓬勃發展，研發力量正在飛速提升，仿真已成為研發過程中必不可少的步驟，而OPTIMUS作為一款多學科集成優化軟件，能基于實驗數據和仿真流程實現多學科協同優化設計”。他強調中國未來5年在研發道路上面臨的機遇與挑戰將超過過去的半個世紀。
稍后，Noesis中國市場開發總監蔣技赟先生為大家展示在剛剛結束的OPTIMUS全球用戶會上的最新國際應用案例，涉及航空航天，汽車，醫療產品，電子等領域。
在中國，OPTIMUS優化技術也得到了廣泛應用。例如，在國內汽車行業里，優化技術在汽車性能開發過程中起著至關重要的作用，來自中國汽車研究中心的謝書港先生在大會上說，CAE優化技術在汽車性能開發中起著指導作用，不僅能建立設計目標，還能發現設計不足并進行優化及改進。
目前，汽車低油耗已成為消費者選購汽車的一個重要指標，因此如何降低油耗成為整車廠迫切需要考慮的問題。中國兩大著名的整車廠奇瑞汽車和吉利汽車分別就此問題發表了意見。來自吉利汽車研發中心的彭鴻先生以減輕車身質量為例，通過OPTIMUS軟件的優化設計實現車身減重3.14%，達到降低油耗的要求。而來自奇瑞汽車研發中心的瞿元先生則認為改善空氣動力性能是降低油耗最好的方法，利用OPTIMUS的優化算法能有效的縮短開發周期，提高改進的效率。
除了整車優化，OPTIMUS還能應用于汽車零部件的優化開發。中國一汽無錫油泵油嘴研究所的王勝利先生演示了OPTIMUS在解決高壓共軌燃油噴射系統中， 噴油器針閥動態響應的問題上，對提高響應速度的作用。上海交通大學密西根學院的李冕教授致力于研究發動機系統的優化設計，通過優化軸承性能實現發動機系統的改進。
其實船舶工業設計同樣需要優化技術。來自中國船舶七零八研究所的陳紅梅博士提出未來船舶行業也面臨艱巨的“節能減排”任務，因此優化船體型線在船舶市場競爭中成為關鍵。利用OPTIMUS軟件進行船體型線整體優化，計算結果顯示經優化后的阻力系數比原型減小18%，達到“節能減排”的效果。
另外，OPTIMUS在空調風機設計上的優化作用也得到體現。英格索蘭公司的靳杰先生表示，利用OPTIMUS的優化算法進行優化后，能降低15%的功耗，并提高6%的靜壓效率。
關鍵詞：機械結構；結構優化；優化設計
中圖分類號：C35文獻標識碼： A
一、機械結構動態優化設計的應用概況
在機械結構動態優化設計理論中，其根本思想是按照產品功能的要求來對產品結構進行設計，或者根據機械結構需要改進的部分進行動力學建模，并做動態性分析，然后根據產品在動態性上的要求或預定的動態設計目標，進行結構的修改、再設計，以滿足機械結構在動態性上的設計要求。
目前，機械結構動態優化設計已經在我國的機械行業中被廣泛應用，其在汽車、航空航天、船舶行業、建筑機械等行業中均取得了重大的成果。在汽車行業中，隨著社會的發展和人們需求的更新，汽車行業已經實現了客車車身輕量化的優化設計、汽車車身形態仿生的優化設計、汽車車身安全性的優化設計以及面向行人下肢碰撞保護的優化設計等目標。在航空航天行業，其作為國家科學技術綜合水平和實力的體現，機械結構動態優化設計在航空航天行業得到了高度的重視，并應用到航空航天技術中每一產品的設計上。在船舶行業，我國經過自主創新研究，對潛艇外部液壓艙、油船剖面、潛艇結構等方面的優化設計進行了研究，旨在提高船舶行業各研究對象的性能。與此同時，結構動態優化設計在高速公路瀝青混凝土路面結構、液壓縮管機模具、雙層組合套管、基床結構等很多方面的優化設計上也發揮著重要的作用，并產生了巨大的經濟效益和社會效益。
二、優化策略與流程
1.優化策略結構進行優化設計
根據設計變量的類型和求解難易程度，可分為尺寸優化、形狀優化和拓撲優化三個層次，每個層次對應不同的設計階段。為了實現結構設計自動化，對產品進行優化設計時：首先，根據產品功能要求建立優化目標函數，將剛度、強度等約束條件參數化，利用拓撲優化方法計算冗余材料所在單元（即要殺死的單元），并進行冗余材料邊界單元和節點的遍歷搜索，結合實際生產資源情況建立邊界關鍵點，對原模型進行參數化變形設計，得到拓撲優化后的模型；然后，根據結構力學特性要求對其進行邊界形狀優化和尺寸參數的優化，并通過參數化驅動實現模型的更新，最終得到滿足剛、強度要求的CAD模型。
2.三級優化流程
在參數優化三級優化設計過程中，拓撲優化階段主要通過變密度法求解密度較小的單元，自動生成拓撲優化后的概念模型。形狀優化階段首先針對前期優化結果模型進行微小單元的去除，充分利用曲線擬合技術構建密度較小的冗余單元邊界關鍵點組成的輪廓，并根據零部件生產資源情況進行邊界形狀的修正，通過參數化變形設計技術對原模型進行布爾減操作，得到拓撲優化后的CAD模型，將其導入CAE系統，然后通過形狀優化的數學模型尋找結構的最佳邊界形狀或者內部幾何形狀，以改善其力學特性。尺寸優化階段根據結構的受力情況確定設計變量及其變化范圍，建立目標函數，然后通過遺傳算法迭代求解較優的參數方案，從中選取最優方案參數來驅動模型，生成優化結果模型。方法流程如圖1所示。
三、機械結構優化分析
1.機械結構的拓撲優化
過去一般機械結構優化設計主要集中在結構參數的優化和設計，而對于機械零部件的拓撲結構很少涉及。但是，隨著人們對機械產品設計創新意識的提高，特別是機械產品概念設計的提出和應用，人們對結構優化設計提出了更高的要求――機械產品的結構拓撲優化設計。1985年，M.P.Bendsoe和N.Kikuchi將均勻化方法應用于連續體的結構拓撲優化，推動了連續體結構的拓撲優化發展。同時，連續體結構的拓撲優化已經從平面問題擴展到板殼和三維連續體問題。另外，一些新的方法，如生物生長模擬法、密度法、泡泡法等，被提出并得到應用。目前，結構拓撲優化方法也已被工業界所接受，例如Ford公司等正在加快研究步伐，推出了一些應用的實例。機械結構拓撲優化將把結構優化推到一個新的、更高的產品設計層次。
2.機械結構的形狀優化
在機械零部件中，連續體結構非常多，形狀比較復雜，結構分析存在一定的難度，而結構形狀對機械零部件的性能影響很大。因此，機械零部件的結構形狀優化可以大大提高其性能。20世紀80年代開始，機械行業開始興起結構形狀優化的研究，Haftka、Ding和Hassani進行了綜述，國內外出現了許多該方面的研究成果，伊莉、錢惠林、林橋等研究了壓力容器部分的結構形狀優化設計；陳汝訓、張東旭等研究了航空器部分零部件的結構形狀優化；Schwarz研究了對應于彈塑性結構響應的拓撲與形狀優化；等等。靈敏度分析是結構形狀優化的關鍵之一，程耿東和Haftka同時提出了半解析法，并被普遍采用。機械結構的形狀優化也是提高零部件機械性能的重要方法之一。
3.智能優化算法和仿生優化
算法優化算法的研究一直是優化設計的重要研究領域，特別是機械結構優化設計中一般零部件的結構分析非常復雜，有限元分析需要很長的計算時間，優化迭代次數很多。因此，機械結構優化設計對優化算法要求很高，主要要求優化算法具有強收斂性、高可靠性、強穩定性等，研究人員不斷地進行優化算法的發展和改進。目前，數學規劃法中一些算法（如SQP等）比較適合結構優化設計問題的求解，優化準則法也是一種有效的算法，國內也開發了一些優化設計軟件包，例如大連理工大學的結構優化程序系統DDDU、華中科技大學（原華中理工大學）的優化方法程序庫OPB―2等。由于現代學科之間的大量交叉，特別是人工智能、神經網絡、模糊數學、不確定數學、基因遺傳等理論和方法的引入，為優化算法的發展提供了新的發展空間，例如遺傳算法、基于神經網絡的算法、螞蟻算法、模擬退火法等等。這些新的算法已經成功應用于優化問題的求解，用于結構優化問題的求解目前正處于研究階段。這些算法具有很好的特性，經過研究人員的努力，一定能夠在機械結構優化設計中得到推廣和應用。
四、機械結構優化的發展展望
結構優化設計隨著最優化方法的不斷發展和改善，已逐漸得以發展。近些年來，在結構優化算法方面，結構優化設計趨向于采用接近實際的復雜結構模型模擬大型結構系統，由于設計變量數目大，研究新的有效的準則優化方法受到重視，但仍有如何去解決針對各種特殊的結構優化問題建立相應的公式，解決解析推導和數值計算的實現問題；再是使用大型系統的分解優化方法，對于大型結構優化，可以按子結構分解或者進行多級分解優化，對于多學科的復雜系統可以按學科分解優化。分解算法的關鍵在于建立各個子問題之間的稿合關系，比如通過使用最優解對參數的靈敏度和采用線性分解等法建立起稿合關系，使得子問題的解相容，從而保證迭代收斂，問題是如何保證一定能求解。并行計算技術引入結構優化設計是一個較新的方向。像遺傳算法，人工神經網絡的方法，在近十年來被引入結構優化設計并發展很快。它們對離散與連續混合變量的全局優化，對發展結構近似重分析的專家系統有其獨到之處。現在的問題是怎樣提高優化質量、精度、加快收斂，增加方法的通用性。
拓撲優化、材料優化和形狀優化的集成在機械結構和部件設計中具有重要的實用價值，是近年來出現的并行設計的重要組成部分，仍將是下一步研究工作的重點。拓撲優化能夠為結構的方案設計提供科學的依據，使復雜結構和部件在概念設計階段即可靈活地、理性地優選方案，有望用于大型實際結構優化設計求解。但是要處理龐大的有限元和優化模型計算量增大，應力約束處理、對“多孔狀”材料分布圓整化，單元消失可能會對計算模型造成病態等問題。動態特性優化是機械系統和結構設計應用研究的一個重要方向f}P-zo。特征向量、動力響應量的靈敏度分析、高度密集頻率的動力學問題的分析和優化設計，大型動力優化問題的建模和求解方法，非線性分析在優化中的應用，使優化技術的作用從對設計方案的優化延伸到加工工藝過程的優化，仍是極富有研究和應用價值。
綜上所述，未來，機械行業產品結構的設計、動態化的優化設計和技術的運用，還需要不斷分析與探討.只有不斷完善技術力量，才能更好地跟隨科技的變化而不斷地進步。
參考文獻：
[1]王麗敏,計小輩,李穎芝.機械結構優化設計應用與趨勢研究[J].邢臺職業技術學院學報,2008,03:46-48.
【關鍵詞】節能減排；船舶性能；減阻降耗；經濟航速
社會經濟的不斷發展給交通運輸行業帶來巨大的考驗，車輛、船舶等交通運輸加劇了 的排放，其在一定程度上影響了人們的身心健康以及社會經濟的健康可持續發展，其中被認為是最清潔、最環保的船舶運輸行業也不能幸免。因此，研究船舶運輸行業的節能減排具有十分重要的現實意義。
一、船舶節能減排技術重要性
船舶節能減排是航運發展的需要，船舶運輸努力的方向就是利用最合理的航速和耗油關系來獲得最好的經濟效益，對于船舶運輸行業來說，船舶節能減排已經成為船舶企業落實科學發展觀的關鍵步驟，其對建設資源節約型、環境友好型社會有著重要意義。在實際的船舶運輸中，工作人員需要根據船舶運行航線、工況等實際的變化情況，對船舶實際運行中的耗油等進行分析以及修正，以便得到船舶實際的耗油數據，從而分析船舶實際的節能方式，為滿足實際船舶運輸需要奠定堅實基礎。船舶節能減排也是我國法律法規的強制性要求，我國明確規定了到2020年，我國二氧化碳排放量會降低到16%，船舶運輸單位運輸周轉耗能量降到15%，因此可以說船舶節能減排技術在一定程度上符合我國節能減排總體戰略。
二、船舶節能減排的影響因素
1.船舶性能
船舶自身的性能會影響到船舶節能減排的效果，一般來說，不同船舶主輔機狀態、涂裝底漆以及污底情況、運營年限、型號以及船體浸水體積等都會對船舶節能減排產生不同影響。船舶主輔機是船舶運輸過程中重要的耗能設備和安全設備，主輔機運行效率越高，船舶燃燒效率就越高，這樣就可以適當降低船舶單位耗油量，在一定程度上對船舶節能減排工作起到重要作用；不同運營年限的船舶主機磨損程度不同，長時間運行的船舶主機磨損較大，其單位耗油量較大，對能源利用效率、污染物排放等存在一定的影響；不同型號的船舶抗風浪性能不同，其甲板受風面積以及船舶耐波性等都會對船舶節能減排效果產生一定的影響；船舶船體浸水體積會在一定程度上影響船舶興波阻力，進而影響船舶節能減排效果。
2.環境因素
在船舶實際運行的過程中，環境因素會在一定程度上影響船舶燃料燃燒效率，進而船舶節能減排效率。具體來說，環境因素主要指的是船舶運行過程中的地理環境和自然環境，包括溫度、氣壓、航道條件以及氣象條件等，這些環境因素很大程度上會影響船舶耗油水平以及排放水平。例如大風會增加船舶運行阻力，影響船舶主機負荷，進而增加船舶耗油量；在海拔比較高的地區運行時，大氣壓力會隨著海拔的升高而降低，空氣含氧量也隨之降低，這樣船舶燃料就不能充分燃燒，單位燃料燃燒的實際功率也會降低；航道彎曲角度、交叉情況、航道寬度以及航道深度等都會在一定程度上影響船舶能源消耗以及廢氣排放情況，航道彎曲度越小，燃燒消耗越少。
3.效益因素
船舶資金投入成本以及效益水平在一定程度上反映了船舶企業給我國國家社會帶來的經濟效益以及實施節能減排的效果。船舶企業在進行高效低成本投入時，能夠更合理地實施節能減排工作，促進船舶節能減排效果的實現，但船舶企業在進行比較高成本投入時不僅不能帶來經濟效益，還有可能使企業產生負經濟效益，進而打擊船舶企業節能減排的積極性，嚴重影響船舶企業的發展。船舶企業的經濟效益指的是在船舶運行中，產品投入比值，其效益的高低在一定程度上影響著整個船舶行業。從國民經濟方面來講，經濟效益就是說全部的構成要素和其中某個構成要素之間的百分比，經濟效益越高，船舶節能減排發展越迅速。因此可以說，經濟效益是船舶節能減排重要影響因素之一。
三、船舶節能減排技術的應用
1.船體減阻降耗
船舶船體減阻降耗是船舶節能減排重要手段之一。從船舶設計層面上講，船體減阻降耗可以從船體低阻力線型設計、浮態調整、船舶船體表面減阻以及低風阻上層建筑等方面進行設計研究。低阻力線型設計主要包括線型優化和總體設計優化兩個方面，如下圖3.1所示。低阻力線型設計中的總體設計優化指的是設計優化人員根據設計經驗和母型船等，在保證船舶具有足夠排水量的前提下，調整方形系數和浮心位置，選取合適的船型尺寸比。而線型優化則指的是船舶船體線型的UV度、水線進流角以及去流角等的設計對船舶船體阻力具有一定的影響，設計優化人員依靠模型試驗和CFD手段等，反復調整船舶線型，并最終確定船體的低阻力線型。船舶在實際航行中的阻力不僅僅取決于船舶的靜水阻力，還與航線上風浪流等環境因素有關，研究人員對船舶在多種轉載工況下的阻力性能進行研究，實現了在全航程多工況下船舶綜合阻力性能全面提升的目標，從而形成了船舶船體減阻降耗的浮態調整方法。低風阻上層建筑則指的是設計人員通過優化船舶船體上層建筑的外形，降低風阻力，從而實現節能減排。
2.使用經濟航速
船舶的燃油消耗是一種綜合反映船舶節能減排技術與經濟性的指標，其與船舶航速息息相關。在實際的船舶運行過程中，經濟航速的概念主要有三種，也即最低燃油消耗率航速、最高盈利航速以及最低燃油費用航速，實際意義上的經濟航速常指的是最低燃油消耗率航速。船舶主要部分有鍋爐、船舶主機以及發電柴油機等，其中最重要的耗油就是船舶主機耗油，其重要的耗油特點就是在運行船舶主機時，船舶功率和船舶航速之間具有三次方關系，因此應適當地降低船舶航速。從實際的船舶運行方面進行考慮，當船舶轉速和功率變化時，船舶主機消耗燃油量就會受到船速、換氣量以及噴油量的影響，因此就要找到一個船舶航速和耗油的最佳平衡點。最佳平衡點主要從以下幾個方面進行考慮：船舶航速和主機耗油量關系、船舶耗油設備的狀態、船舶運營年限、船舶航行條件、船舶實際的運行路線等。因此，船舶使用經濟航速的基本原理就是工作人員在主機安全的轉速范圍內，根據主機實際的運行情況，找到船舶耗油和航速最佳的平衡點。
3.提高推進效率
提高船舶推進效率主要有改進尾部伴流場、主機降功率使用等方式，改進尾部半流場指的是在船舶船體上加裝螺旋槳整流罩，這種技術主要應用到對螺旋槳尺寸有限制的以及拖輪等高負荷低航速的船舶。加裝螺旋槳整流罩后的螺旋槳后流場、槳軸上下不完全對稱，其螺旋槳槳軸上方流場偏右，槳軸下方流場偏左。因此，使船舵上下部成一定角度，來分別對齊螺旋槳后流場，進而減少船舵所受扭矩，這種節能措施可在服務航速工況下節省4%的功率。主機降功率使用指的是將船舶主機的功率降低，進而降低船舶燃油消耗率，達到船舶節能的目的。這種節能技術較為成熟，雖然初次投入成本較大，但從整個船舶生命周期來看，該節能技術經濟性較好。目前，很多的大型船舶公司可以接受這種優化設計方案，其通過主機的優化配置可實現3%―6%的降耗。
4.廢熱回收及廢氣處理
船舶廢熱回收及廢氣處理也是一種較為重要的船舶節能減排手段，其中船舶廢熱回收主要指的是船舶廢熱利用技術，其回收原理圖如下圖3.2所示，在船舶燃油消耗中，大概有50%的熱量以熱輻射、廢氣以及熱交換的形式浪費掉。船舶主機廢熱利用透平轉化功率為最大功率的0.6%到4%，這種利用技術初次投入資金較多，多用在大型集裝箱船上；船舶主機冷卻水廢熱再利用則可對船舶掃氣和缸套的廢熱進行再次利用，從而提高2%到3.5%的主機功率，這種回收系統較為復雜，通常需要與蒸汽透平和廢氣透平等聯合使用，因此多用在大型集裝箱船上。船舶廢氣處理主要指的是船舶安裝廢氣凈化器以及船舶采用廢氣循環系統，船舶廢氣凈化器可以有效去除船舶廢氣中的SOX以及微塵顆粒等，其去除率可達到98%、80%，船舶廢氣循環系統則可以有效減少船舶中的NOX，其主要是加裝一個EGR單元，以降低船舶廢氣的峰值溫度，從而減少船舶的產生。
結語
總而言之，船舶節能減排不僅能滿足我國航運發展的需要，還能符合我國節能減排的總體國家戰略，因此工作人員要采取合適的措施，對船舶進行節能減排優化設計，例如船體減阻降耗、使用經濟航速、提高推進效率以及廢熱回收及廢氣處理，從而提高船舶節能減排效果，推動我國船舶運輸行業的健康發展。
參考文獻
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[2]趙春生.船舶柴油機節能減排技術的研究與應用[J].黑龍江科技信息，2014（36）
1.1 綠色航運的內涵
綠色航運將節能和環保意識、概念及行動貫徹至船舶涉及的所有業務鏈，即船舶生命周期中的每個環節（如圖1），以最大限度減少對環境的污染及對不可再生資源的消耗。在開展綠色航運經營的過程中，不僅要注意將經濟效益與環境效益結合起來，而且要使航運效益與環境效益相互協調，實現可持續發展。[1]
圖1 綠色航運產業鏈
1.2 實施綠色航運的必要性
近年來，隨著航運業的飛速發展，船舶及其相關作業活動對環境的污染日益嚴重。根據國際獨立油船所有人協會的研究報告，目前航運業每年消耗燃油20億桶，排放CO2超過12億t，約占全球CO2排放總量的6%。據預測，2020年全球航運業燃油需求將達4億t，溫室氣體排放量將在目前基礎上增加75%。與此同時，船舶污染事故頻頻發生。據統計，全世界每年因船舶事故排入海洋的石油污染物達160萬t，其中，油船通過排放壓艙水和洗艙水排放石油污染物110萬t，因油船事故造成的石油污染物排放量為50萬t。
1.2.1 航運業燃油消耗情況
國際海事組織研究表明，船用燃油質量、船舶優化設計水平、船舶航速及裝載率、船齡、海況等通過作用于船舶燃油消耗間接影響航運業CO2排放。要降低航運業碳排放，實現綠色航運，關注航運業的燃油消耗十分重要。
航運業燃油需求量較大，2009年世界殘渣型燃油需求量約4.5億t，其中船舶殘渣型燃油（重油）需求量達1.4億t，約占需求總量的31%。1990―2007年航運業燃油消耗持續攀升，2007年以后稍有回落，2010年航運業耗油量比1990年增長約74.4%。如圖2所示，集裝箱船耗油量最大，干散貨船位居其次。隨著國際金融危機對全球經濟的影響逐漸減弱，國際海運量增加，預計2020年世界殘渣型燃油需求量將達3.3億t，船舶對殘渣型燃油的需求量將增至1.9億t；2020年船舶耗油量將比2010年增加萬t，占耗油總量的比例也將從30%提高到60%左右。
數據來源：德魯里航運咨詢公司
圖2 2010年航運業各類船舶燃油消耗情況
1.2.2 航運業碳排放情況
航運業承擔全球近80%的貿易運量，具有運量大、貨種多的特點，其溫室氣體排放量逐年增加，是導致氣候變暖和環境污染的主要產業之一。如圖3所示：1990―2002年，航運業CO2排放量增長28%；隨著國際貿易發展和海運量增長，全球航運業CO2排放量持續攀升，2005年CO2排放量達到9.55億t，2007年達到10.46億t，約占全球CO2排放總量的3.3%。受國際金融危機及低碳經濟熱潮的影響，自2007年航運業CO2排放量達到最高點后，2008年以后CO2排放量稍有下降；盡管如此，1990―2010年航運業CO2排放量的增長率高達74.9%。
圖3 1990―2010年航運業CO2排放量
2 綠色航運背景下我國航運業面臨的挑戰
2.1 技術層面
2.1.1 造船業受到抑制
相對造船業發達的國家，我國無論在船舶建造還是船舶經營方面均處在比較落后的制造模式階段，國外先進船廠的生產效率是我國船廠的5～7倍。例如：我國船廠的年造船數量和造船生產率分別是日本的1/5和1/10；我國造船業規模化發展不足，船廠年均產量僅為韓國船廠年均產量的1/20。
當前國際海事組織提出涉及25個領域的綠色減排技術，雖然綠色減排技術要到2015年以后才逐步進入成熟階段，但其中大部分技術目前已被國外船廠應用。歐美國家、日本和韓國在綠色動力技術、綠色材料和綠色標準等方面的發展勢頭強勁。自2012年開始，我國船舶工業的年人均造船噸位、年人均產值和生產效率等指標日趨下滑，“低成本+低效率”生產策略的弊端日益突出，焊接組裝的生產模式已難以為繼。相比之下：韓國STX集團在幾年前便宣布該公司開發的船舶節能成套技術已準備接受訂單，這項被稱為“綠色之夢”技術的一大亮點在于船舶推進系統能大幅減少船舶在航行過程中的CO2排放量，并最多可節省50%的燃油費用；以日本郵船為代表的日本船廠推出“超級生態概念船”，預計到2030年新型船舶可減少CO2排放量約70%，到2050年將采用氫氣取代液化天然氣作為船用燃料，從而實現CO2零排放船舶的宏偉計劃。
2.1.2 大量船舶面臨淘汰
綠色航運的發展對航運業碳排放和船舶能源效率提出越來越高的要求，為此，航運業需要制定相應減排標準，并在船舶優化設計、燃油選擇、營運管理等方面作出嚴格規定。隨著船舶使用年限的增加，船舶機器設備逐漸老化，會出現鍋爐等設備換熱效率降低、主副機不完全燃燒等問題，導致船舶航行阻力加大，船舶燃油效率降低，從而造成CO2排放量增加。[2]
目前，我國營運船舶普遍存在燃油系統效率不高、航速較快、船齡偏大、船舶設計不合理等問題，導致我國航運業能源利用效率低下和CO2排放量較大，不符合綠色航運發展要求。隨著船舶能效設計指數標準以及部分國家碳排放相關法律的出臺，我國大量船舶將因難以達到規定標準而被劃入強制淘汰或優化的船型隊伍中，從而面臨退出營運市場的危險。
2.2 營運層面
2.2.1 操作及管理更加復雜
航運企業在營運過程中可以采取氣象導航偵測、調整航線、提高船舶裝載率和裝卸效率、合理安排船舶進出港及在港停留時間等措施來實現節能減排，這給船舶營運操作和管理提出一定要求。例如：船舶速度控制涉及港口、貨主、船舶租賃人等多個方面，航運企業必須按照船舶租賃人或貨主的要求在指定時間內到達港口；縮短船舶待港時間也需要船舶所有人或船舶租賃人與港口相互配合調整。
航運企業開展綠色航運，一方面要保證船舶和貨物安全，以滿足客戶需求，另一方面要嚴格控制燃油消耗及CO2排放，這使航運企業在營運、操作和管理等方面面臨諸多挑戰。我國航運企業在營運、操作和管理等方面的節能減排意識較弱，并且其營運管理能力與節能減排要求存在較大差距；此外，實施綠色航運過程中的成本控制也是航運企業面臨的巨大挑戰，關系其在業內的競爭力和可持續發展。
2.2.2 營運成本結構變化
航運企業的營運成本包括船員工資以及燃油、船舶折舊和港口使用等費用，其中，燃油和人工成本是航運企業的主要成本，占營運總成本的比例較高。例如，中遠集裝箱運輸有限公司2010年度可持續發展報告顯示，該公司燃油費用占營運成本的23.1%，若油價上漲10%，公司營運成本將增加約2.3%。在燃油價格居高不下的背景下，由于我國航運企業技術相對落后，在營運管理方面存在諸多缺陷，導致燃油成本居高不下，人力成本持續上漲，從而使營運總成本增加。
2.3 市場層面
由于我國數量眾多的小型航運企業難以發揮規模經濟效益，抵御市場風險的能力較弱，導致市場同質無序化競爭加劇。在發展綠色航運背景下，航運市場競爭主要體現為技術、資金來源、成本控制、經營管理等方面的競爭，無形中為小型航運企業進入綠色航運領域設置了壁壘。一些小型航運企業因難以承擔過高的減排成本而退出市場；一些企業因為技術落后，達不到減排要求而被迫暫停營運；一些企業采取兼并方式抱團取暖，利用各自在技術、資金及營運管理等方面的優勢，共同面對低碳經濟提出的要求，從而推動航運企業走向寡頭壟斷經營模式，嚴重壓縮中小航運企業生存空間。[3]
3 我國航運業應對綠色航運浪潮的策略
3.1 加快技術研發和創新
航運技術是綠色航運發展的支撐力量，航運業綠色化包括船舶綠色化，航運活動機械化、自動化和信息化以及航運材料的可重用性和可降解性等，都是未來發展的趨勢。強化船舶優化設計技術研發和創新是提高我國航運業水平的關鍵因素。針對我國大型船舶配套設備和關鍵零部件生產能力不足、新能源技術水平較低等問題，我國航運業界應努力加快技術研發和創新，推進新一代節能環保型船舶投入營運，為航運業可持續發展提供強有力的技術支撐。
3.2 加強成本控制
實施綠色航運可能導致航運企業技術和人工等成本增加，鑒于我國航運企業融資較為困難，加強成本控制可以避免航運企業面臨資金短缺的困難。為此，可以從以下方面入手加強成本控制：（1）實施科學預算，并制定成本標準，使成本控制在合理范圍之內；（2）兼顧企業眼前利益和長遠利益，平衡單艘船舶與整個船隊之間的成本控制；（3）在船舶同等技術水平下，盡量選用國產設備；（4）在船舶日常營運期間，采取控制航速、選擇航線、使用岸電等多種措施，實現燃油消耗最少，滿足綠色航運的要求。
3.3 加強航運企業聯合
我國發展綠色航運面臨的巨大挑戰在于資金不足、技術落后及成本上漲。要解決行業困境，僅憑單個航運企業的力量寸步難行，建立航運企業戰略聯盟、采取合作共贏的模式是實施綠色航運的必然要求。航運企業相互聯合不僅有利于緩解短時期內融資困難，而且有利于避免行業內同質無序化競爭，提高服務水平，節約資源，實現共同發展。
4 結束語
我國發展綠色航運任重而道遠：一方面，多數航運企業的綠色航運意識薄弱，只有少數大型航運企業能夠真正實施綠色航運；另一方面，綠色航運相關法律制度有待完善，航運技術有待提高。盡管如此，相信隨著我國相關法律逐漸完善、綠色技術水平逐漸提高以及綠色理念逐漸增強，我國航運業競爭力將越來越強。
參考文獻：
[1] 馮春賓，徐志剛.我國綠色航運現狀分析[J].中國港口，2011（6）：52-53.
[2] 田靖.綠色、低碳引領航運新革命[J].航海技術，2011（4）：73-75.
【關鍵詞】船舶結構；耐撞性；雙殼船舶舷側結構
船舶碰撞是影響水運建設的重要因素，雖然船舶設計理念不斷提升、制造工藝也日趨完善，但是水上特別是海上航道狀況的復雜性以及各種不確定因素的存在使船舶碰撞事件時有發生。碰撞事件通常會造成較為嚴重的后果，如人員傷亡、財產損失、船舶沉陷、水域污染等，當前的技術條件還不可能完全杜絕船舶碰撞狀況的發生，因此怎樣增強船舶結構的耐撞性，降低碰撞影響，使船舶能夠在發生碰撞后不至于發生毀滅性的事故是當前船舶設計研究的重點內容。
1 船舶碰撞類型
將計算機處理技術、衛星導航以及智能化操作等運用到船舶航行中能夠大幅度減少船舶碰撞的發生率并且提升事故發生后的救援質量，但是由于人為判斷失誤、操作失誤或者機械原因世界范圍內每年都會有很多的船舶碰撞事件發生。研究船舶碰撞類型及施力特征是優化船舶耐撞性結構設計的必經之路，按照被船舶撞擊物體種類，可以將碰撞分為兩種類型。
1.1 船-船碰撞
不同船舶之間的碰撞是船舶結構設計研究的重點問題，由于這種碰撞通常存在雙向動力并且涉及到至少兩艘船舶，因此撞擊強度往往很大，造成的事故也相對慘烈。在船-船碰撞類型中，最危險的狀況是撞擊船的船首部位與被撞船的舷側結構呈垂直方向碰撞，由于船首結構剛度遠遠大于舷側剛度，因此會對被撞船只造成嚴重的破壞。目前對船-船碰撞的研究主要有方面，即碰撞發生的外部機理和內部機理。
1.2 船舶擱淺
船舶擱淺屬于碰撞的一個特殊類型，其碰撞部位發生在船舶底部，而被碰撞物體通常為礁石、水底等地表結構。礁石類擱淺通常會引發船舶底部產生嚴重的撕裂型破損，而沙灘或者其他軟性地表擱淺則會造成船體失穩，這兩種類型分別稱為硬擱淺和軟擱淺。其中對船體本身結構產生更大破壞的是硬擱淺，一旦發生通常會引起大面積的變形和破裂。
2 新型船舶耐撞性結構的實現
對船舶碰撞的研究目的是設計出具有合理結構的新型船舶，提升其結構的耐撞性。實現船舶結構耐撞性的主要途徑是通過對結構進行重組或者改進，使碰撞事故中發生的能量傳遞機制發生改變，進而對船舶重要結構部位進行最大程度的保護。
2.1 雙殼船舶舷側結構耐撞性設計
從以上對碰撞類型的闡述中可以發現，船舶舷側是影響船舶整體耐撞性的關鍵部分，同時也是最需要進行結構強化的部位。隨著現今國際社會對大型油輪碰撞安全性的重視，其耐撞性設計也被提升到了新的高度，其中一種重點領域即是將傳統單殼船舶舷側結構優化為雙殼舷側結構，從而提升舷側對碰撞的應受度。
典型的雙殼舷側結構以下主要構件：外殼板、內殼板、橫框架、舷側縱桁、舷側縱骨等。在進行船舶碰撞研究時，可以將情況設定為最嚴重的狀況，也即是船首撞擊舷側，將撞頭設定具有一定的初速度，且為剛性結構，這樣其就具有了強大的撞擊動能，在實際的碰撞事故中，撞頭最有可能撞擊在舷側縱桁以及橫框架的交界處，在碰撞力傳遞過程中，內殼板材料極有可能發生失效現象，因此內殼板的破裂將成為撞擊的最嚴重后果。
通過對設定標準的撞擊類型進行模擬可以得出結果，也即是被撞擊船只損傷區域較為明顯，內外殼均被擊穿，縱骨破損程度尤為嚴重，由于與撞頭沒有發生直接的接觸，縱桁和橫框架破損相對有限，往往會出現小幅度的變形，而這種變形通常是由殼板破裂形成的連帶作用所引起。
研究船舶撞擊強度和影響，必須從能量轉化角度考慮。簡答來看，船舶碰撞過程也即是船舶航行動能向船舶結構改變的動能轉化的過程，在此過程中不可避免地出現摩擦動能、沙漏能以及船舶結構局部功能等，由于這些能量形式對船舶結構形成的影響較小，因此可以忽略不計。舷側是接受撞擊動能最多的部位，并且這些能量大量釋放到了外殼板上，造成相關構件的嚴重變形和位移。而內殼板由于距離初始撞擊位置有一定距離，因此剛開始接受能力有限，但是在與撞頭接觸之后，其吸收能量的效應大副增加。總體來講，船舶碰撞過程中，被撞船舶吸收能量具有以下特征，強度大的構件并不一定接受最多的能量，而與撞頭最先接觸的構件則吸收很多能量，結構嚴重變形。
針對以上分析可以得出改進船舶結構耐撞性的設計方案，主要實施途徑是對船舶結構進行整體上的改進，促進其碰撞載荷的有效分散。通過分析對比本文提出三種設計方案：第一是斜縱骨夾層板雙殼結構，這種結構將雙殼結構改造為夾層板結構，從而增大了其平面變形，使其具有很好的吸能效果；第二種是箱型梁雙殼結構，主要是應對船舶滿載水面下部位的撞擊過程；第三是槽形筋雙殼結構，將船舶縱骨改造成為具有槽形截面的型鋼，從而降低了其在發生撞擊時的彎曲和變形程度。
2.2 船舶結構抗擱淺功能的實現
船舶在航行過程中碰撞到礁石可能引發擱淺事故，由于這種擱淺對船體本身造成的破壞較為嚴重，因此又被稱為高能擱淺。船舶如果經過橫向加強處理，其主尺度往往會變小，因此發生硬擱淺的概率不計大型船舶。油輪擱淺造成的危害輻射面較廣，在國際社會引起了廣泛的重視，由于單底大型油輪發生擱淺的可能性很大，因此目前已經呈現出被淘汰的趨勢。
對船舶結構抗擱淺功能進行優化設計，必須將擱淺事故發生過程中船舶底部的結構吸能最大值作為優化對象，在設計環節可以應用兩種形式，第一是對船舶底部結構進行革新，第二是將原有結構進行尺度和厚度的優化。具體結構尺寸的優化方法可以采取混合離散變量法。但是要注意對傳統船舶底部結構優化時，其尺寸存在一定的變化范圍；船舶結構的型材以及板材厚度都要去整數處理；船底結構構件的數量要嚴格按照實際船舶結構不知情況進行確認；抗擱淺設計必須考慮船體重量對船舶整體運行性能的影響，在設計時應將重量作為重要的限制因素。
3 結論
船舶碰撞引起的后果較為嚴重，并且很難對其進行有效的控制，提升船舶耐撞性是降低撞擊事故不利影響的關鍵措施。通過對撞擊類型以及撞擊能量進行研究可以為新型耐撞性船舶結構提供依據。對雙殼舷側結構船體進行結構改造能夠最大程度發揮各構件的功能，減少結構變形，從而對船舶起到有效的保護作用。
參考文獻：
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關鍵詞：船舶舾裝；設計優化；模塊化
中圖分類號：U662 文獻標識碼：A
船舶舾裝工作在整個船舶制造過程中起著至關重要的作用，主要包括主體設備和舾裝管件的安裝、電氣設備安裝、船舶室內設備安裝、油漆涂裝、敷料絕緣敷設等。在現代船舶制造行業中，規范船舶舾裝制度，制定標準化舾裝流程，利用科學的舾裝方法、建立嚴格的監管制度必定會使船舶舾裝行業效率更高，質量更優，成本更低，綜合性能更好。本文就以下幾個方面探討船舶舾裝的優化與設計。
1.國內船舶舾裝設計現狀
我國船舶舾裝歷史悠久，伴隨著對船舶制造的需求不斷變化，船舶制造工藝也日趨完善。但仍與發達國家差距比較大，尤其是在舾裝行業標準方面，目前我國的舾裝標準僅相當于日本20世紀末的水準，落后的技術決定其標準相對較低，從而制約了我國船舶制造的發展步伐。我國傳統造船技術模式為系統導向型造船模式和系統區域導向型造船模式。第一種模式包括船臺散裝、碼頭舾裝和整船涂裝，第二種模式包括分段制造、預舾裝和預涂裝。我國現代造船技術模式包括區域、類型及階段型造船模式和中間產品導向型階段模式。前一種模式包括分段建造、區域舾裝和區域涂裝，后一種模式主要為殼舾涂一體化。隨著我國對造船行業需求的變化，國內舾裝發展逐漸呈現模塊化、標準化和數字化趨勢。自20世紀70年代左右便提出了模塊化設計理念，后來在船舶的設計、制造、管理及維護各個方面都起著重大作用。模塊化技術是將控制系統、機電裝置系統、舾裝設備系統及自動化系統等從整體劃分到部分，從而優化整個建造周期，也使舾裝過程更加標準、規范。目前我國造船的突出問題主要為生產周期長、效率低、成本大、工作環境差，這些因素制約了我國船舶舾裝的發展。
2.船舶舾裝的模塊化創新設計思路
2.1船舶舾裝模塊化的設計特點
船舶舾裝包括內舾裝和外舾裝兩個部分。
2.1.1船舶外舾裝的工程進度會受到總體裝配進度的影響，因此，船舶外舾裝就要完善設備的配套功能模塊化，嚴格按制度執行。舾裝設備的詳細設計布置比較分散，且外舾裝影響著船體的整體美觀性，在設計的過程中需重點考慮。詳細設計的布置圖按不同的系統來分，主要有錨、系泊、舵系統、桅檣信號系統和救生消防系統等，不同的系統有不同的配備設備和布置方法。
2.1.2船舶內舾裝模塊化設計時一般考慮主甲板以下的艙室多為機械處所，不做內裝，這樣可在一定程度上控制重量，保證設備及管通的凈空高度。但需對大型設備及高聲源處所進行減振降噪、防火和隔熱處理；主甲板上的居住區艙室、醫療間、公共處所等以內裝圍壁分隔，可采用復合棉板或鋁質蜂窩板作為裝飾材料；廚房及潮濕處所一般采用不銹鋼或防潮型內裝板。傳統的現場拼裝方法在生產節點和成本及質量上嚴重制約了船舶舾裝的發展。因此，設計一種新的模塊化建造方式來適應船舶舾裝的發展是非常有必要的。
2.2船舶舾裝模塊化設計的方法和應用
舾裝設備模塊化的設計首先要考慮設備功能方面。子系統的設計是其中的重點。對于子系統的設計，首先要了解各個系統原理、功能、包括部件及與其他部件協同構成成體系統成分的方法，設計幾個可行性方法，通過各個方案在系統功能、質量、協同性、成本預算方面進行比較，綜合選擇最優方案。在船舶舾裝的設計中有著幾個子系統的設計，主要包括：管通設計、電器設計、艙室布置設計和鐵舾裝件模塊設計。在模塊實施過程中，也包括多系統模塊化設計、整體式單元模塊化設計和集控室單元模塊化設計等。
管系設計分為3個模塊，分別為：管系原理設計模塊、管路建模模塊和生產信息提取模塊。三維模式的應用極大地促進了船舶舾裝設計的發展，設計時可應用Tribon軟件進行三維建模。管系原理設計要綜合考慮設計過程中的管材、閥門零部件等因素，管路建模模塊主要是對綜合管線的布置，使之具有立體直觀感，使設計思路更為清晰，減少施工圖紙的同時又縮短施工的周期，使效率大大提高。生產信息模塊主要為生產信息的生成和輸出，便于管路建模后的查看與編輯，同時，可以從模型中直接導出圖和生成表格，對各種信息進行管理。電纜設計模塊主要為電纜原理圖設計和電纜放樣。電纜原理圖設計過程可以方便調出電纜布放圖及相關配套設施的列表，在對電纜進行放樣的過程中，電纜的具體路徑及托架布置中可以調入船體分段、電器設備等，在檢查線路聯通性過程中非常方便。艙室布置設計過程中，通過軟件進行繪制，設計將每個房間作為一個單位進行，同時各個設備的配套參數，重量重心一應齊全。各種鐵舾裝件的模塊設計，是使之能夠與相關模塊信息能夠共享，主要包括鐵舾裝件、扶梯及設備支架等的模塊設計。以上每項模塊設計都具有獨立性，但又需設計相應的輸入和輸出接口。通過模塊的組合配置來滿足優化設計的目的。
2.3船舶舾裝標準設計
由于船舶設計工程復雜，各個系統結合緊密，專業綜合性要求較高，因此在設計相關研究的標準也顯得相對復雜，包括相應的舾裝托盤數據標準（其管理流程如圖1所示）、舾裝設計圖紙目錄標準、和舾裝圖紙編碼標準。
結語
船舶的發展是社會經濟發展的一個重要部分，在一定程度上體現出綜合國力的強弱，在未來將會發揮更為重要的作用。船舶舾裝的研究對整個船舶制造行業有著決定性作用。健全船舶舾裝設計標準，完善舾裝技術技術指導手冊，采用合理的管理方式，必定會使我國船舶制造行業更為精進一步，進而逐漸縮短與發達國家在船舶設計與建造上的差距。
參考文獻
[1]董煒.船舶外舾裝模塊化設計應用研究[D].江蘇科技大學，2013.
一、船舶主體結構設計的要求
船舶主體結構設計過程中，要綜合考慮航運可靠性、船舶使用性、生產工藝性、維護便捷性等多方面因素，其中尤以可靠性因素最為關鍵。在設計船舶主體結構時，必須嚴格依據相關設計規范，科學選取設計依據，這是保證船舶結構穩定性的先提條件。船舶設計最終是為船舶制造服務的，因此所設計出來的結構必須易于制造，便于進行質量控制等活動。一般情況下，船舶主體結構要盡可能多地使用標準化型材或者軋制型材，各骨材間要保持合理的間距，這樣一方面有利于提高船舶制造的工藝性，另一方面也易于開展各項成本控制工作，提升船舶制造的經濟性。使用性也是船舶主體結構設計的重要考慮因素，例如，在設計貨船時要提前規劃好艙口尺寸的大小，避免因艙口過小而對對貨物裝卸造成不便；在設計客船時要設法減小船體的總變形，防止航運過程中出現過大變形而造成乘客的不適或恐慌。
二、船舶主體結構設計的考慮因素
1.工作環境
船舶在營運期間長時間地與海水等腐蝕性介質接觸，很容易出現結構腐蝕問題，若保養工作跟不上，腐蝕不斷加重，最終可能出現構件銹穿，導致船體強度大幅下降。與此同時，受不良氣候、波浪拍擊、貨物裝卸等方面的影響，船體很容易出現疲勞性損傷，在腐蝕與疲勞損傷的雙重作用下，很可能出現船殼破損進水等嚴重事故。同時，船舶航行過程中，不可避免地會受到波浪的沖擊，這種沖擊輕則造成船體外板腐蝕、變形，重則引發船體中垂彎曲等問題，使船體應力出現較大變化。此外，當船舶遭遇大的浪涌沖擊時，波浪反復交替作用，會使船體扭曲、中垂等負面狀態進一步惡化，嚴重時會造成荷載分布的嚴重失衡，影響整個船舶的航行安全。
2.船體載荷
船舶航運期間，同時受到多重荷載影響，如船體自重、海水浮力、風力、慣性力、物資壓力等，此外，個別情況下還可能產生爆炸、撞擊等突發性荷載。在設計船舶主體結構過程中，應充分考慮上述荷載的影響，通過一定的結構設計來抵消、分散不良荷載的影響，保持船舶整體荷載均衡。船舶主要荷載分布情況如圖1所示。
三、船舶主體結構設計相關問題及對策
1.縱橫向構件
在設計船體的主要構件時，應保證結構具有較好的連續性，盡量不要出現結構斷層或高度、剖面上的突變。通常情況下，可將主要構件設計成完整的閉環框架，且把框架上各接合部位設計成具有一定半徑的圓角狀，形成平滑、連續的船體支撐結構。如果是縱向構件，在設計時應確保強度的連續性，個別縱向部件直接關系到船體梁總縱強度，在布置時應將其向端部延長足夠的距離。尤其是在貨艙設計中，需將位于貨艙部分的縱艙壁中幾個關鍵支撐構件延伸至貨艙外部，并在雙層殼體部分進行加強處理，通常做法是加設強肋骨和舷側縱桁。為保證船舶總縱強度，建議將散貨船的頂邊艙與底邊艙都設計為高強度的箱型三角結構，同時輔以高強度的雙層底結構。對于單殼體散貨船，在設計貨艙部分的雙層底高度時，不但要考慮總布置要求，還必須符合規范中對于普通貨船的設計要求。散貨船所采用的雙層底一般為縱骨架式結構，在機艙部分，建議設置主肋板，一般每隔一個肋位設一個即可，如果肋位處于主機座、鍋爐座等基座下方，則必須設置主肋板。距艏垂線0.2L以內可以每隔一個肋位設置一個主肋板，其他部位可以每隔3或4個肋位設一個。根據中國船級社相關規定，主肋板的間距不得超過3.6m，船體中縱刨面需要設置龍骨，但目前大型散貨船大都以箱形龍骨取代之。龍骨兩端應設置旁龍骨，根據新版船舶結構共同規范，兩個相靠龍骨的間距應保持4.6m以上，抑或船底一般扶強材間距的5倍以上，在實際設計中，可以取其中較小者。
2.底邊艙結構
船舶底邊艙斜頂板和雙層底內底板交接處可以采用焊接連接或圓弧連接兩種不同形式。如果采用焊接方式，旁龍骨必須和斜頂板保持對齊，且內底板伸出旁龍骨的部分不得大于5cm，若伸出部分過長，在后續焊裝橫向框架上的扇形補板時會遇到一些麻煩。同時，內底板伸出部分的末尾需設計為圓形，各構件之間一定要焊透。船舶貨艙部分的底邊艙斜頂板采用縱骨架式結構，船舷與底板交接的彎曲部分不做特別要求，采用橫骨架或縱骨架式結構皆可，但一般以前者居多。船舶底邊艙斜頂板和內底板面應當保持45°~50°左右的夾角，肋板處需要設置橫向強框架，以對縱骨起支撐作用，同時框架上需要設置足夠大的通道孔，通道孔邊緣用扁鋼做加強處理，且扁鋼和縱骨間通過加強筋進行穩固。縱骨穿過通道孔的部分需要安裝補板，補板與兩層底板及船舷外板相連，具體尺寸大小可參照相關規范來決定。
3.箱形中桁材
箱形中桁材俗稱箱形龍骨，可設置于散貨船雙層底中線面處，用來取代普通龍骨。箱形龍骨由兩道平行設置的水密性側板與骨材、內外底板等組成。箱形龍骨通常用來對管系進行集中布設，防止管道從貨艙直接穿過而影響裝卸作業。在機艙前端壁上需設置通往箱形龍骨的人孔，并安裝水密裝置，以便工作人員進入其中開展檢查活動。同時，在箱形龍骨與露天甲板之間也要設置一個應急通道。箱形龍骨的側板厚度不得小于水密肋板，為確保船舶進塢后底縱桁可以順利擱置到墩木上，應將兩側板間距控制在2m以下。同時，考慮到橫向強度被削弱，對于箱形龍骨部分的船底板、內底板需略微增加厚度，以提高強度。箱形龍骨內可用橫向骨架取代肋板，骨架可采用環形架或船底橫骨等形式。肋骨和肋板之間可以采取搭接的方式，且搭接長度至少要達到肋骨高度的5/4倍，以確保受力的均勻傳遞。
4.構件連接
構件連接向來是船舶結構設計的重點，船舶主要構件之間的連接形式有3種：一是設置連接肘板；二是采用整體式端肘板；三是設計成整體型，具體如圖2所示。在具體設計過程中，可利用疲勞強度校核等手段，對各結構節點進行優化改進，確保船體構件尤其是受交變載荷影響的構件具有一定的抗疲勞性，進而提高其使用壽命。船舶貨艙部分的船舷一般設計為橫骨架式結構，各肋位的端部均做成軟趾狀，起到分散節點應力的作用，減輕構件所受到的疲勞損傷。在縱向強構件的間斷處，應采取相應的過渡處理，確保結構整體的連續性，防止出現應力集中的情況。
結語
船舶主體結構設計是一項科學性極強的工作，同時也是一個動態優化、不斷改進的過程。設計人員要在堅持相關設計原則的基礎上，不斷對結構設計進行優化調整，在確保船體結構強度的同時，盡量減輕船體自重，提高船舶航運的經濟性，充分發揮船舶的使用性能。
參考文獻
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【關鍵詞】艦艇船體防腐 陰極保護 優化設計
艦艇船體長期處于海洋環境之中，艦艇船體很容易出現腐蝕的問題，特別是以合金鋼為主要船體材料的各類艦艇長期與海水接觸，金屬設備其受海水腐蝕情況十分嚴重，因此有必要以其為主，對相應的防腐以及陰極保護過程進行優化設計。
1 艦艇船體防腐和陰極保護的重要性
海水腐蝕是影響以潛艇為主的艦艇船體使用性能的關鍵因素，同時，一直以來，解決這一問題都是有關領域的工作難點。調查顯示，受海水侵蝕的影響，潛艇中的電子設備等通常會出現損壞的問題，這對于其戰斗力的保證十分不利，同時對其進行維修也會對我國造成極大的軍事、經濟方面的損失[1]。總的來說，化學腐蝕以及電化學腐蝕是艦艇被腐蝕的主要原因。前者主要指的是由海水與制造艦艇的諸多材料之間發生化學作用而造成的腐蝕。后者指的是受電子流動影響而造成的腐蝕。就目前的情況看，上述兩種情況是導致艦艇腐蝕的主要因素[2]。針對不同的情況，需要采取不同的手段對其進行解決，其中陰極保護以及防腐措施的實施便是兩種重要的方法，踐證明，其應用效果相對良好。因此，有必要將上述措施應用到潛艇的防腐蝕過程中，以為其使用性能的保證以及使用壽命的延長提供基礎。
2 艦艇船體防腐和陰極保護現狀
目前，我國艦艇船體防腐和陰極保護水平已經得到了一定程度的提高，其保護效率與壽命也得到了演唱，但在計算與設計方法的應用過程中卻存在著過于傳統的問題，盲目性相對較強，為解決上述問題，這對于我國艦艇船體防腐水平的進一步提高十分不利。除此之外，相對于其他水面船體而言，潛艇的浸水面積較大，整個艇身都長期處于海水環境中，這是導致其保護電流增加的主要原因。為避免長期受海水腐蝕而對艦艇性能造成過于嚴重的影響，有必要對有關陰極保護的內容進行分析。另外，在艦艇防腐過程中，其防腐措施的應用會對艦艇周圍的電場造成影響，我國存在的問題在于沒有充分考慮上述影響，由此導致的安全性問題已經對艦艇本身性能的發揮造成了阻礙，對此，有關人員必須注意到上述問題，這樣才能艦艇的防腐性能得到進一步的優化。
3 艦艇船體防腐和陰極保護的優化設計
3.1 防腐優化設計
海水對艦艇的腐蝕主要表現在艦艇表面以及內部設備兩個方面，因此防腐的優化設計必須從上述兩方面出發來實現。首先做好艦艇表面的防腐工作，對此，選擇較為優質的防腐材料能夠起到較為有效的作用，且具有簡單便利的優勢，合金結構鋼是當前應用的主要防腐蝕材料，實踐證明，這一材料應用效果較好[3]。除此之外，還要考慮縫隙腐蝕等方面的問題。縫隙的存在是艦艇的弱點，也是導致海水滲透腐蝕到內部裝備的主要原因，因此在艦艇設計過程中，必須對其縫隙問題加以重視。另外，設備被腐蝕會直接導致艦艇設備無法正常投入使用，因此做好設備的防腐蝕工作同樣十分重要。總的來說，在設備的制造過程中，要保證其防腐性能與艦艇整體的防腐性能相互匹配，同時在引進設備時，也要對其防腐參數進行再次確定，以使其性能能夠充分的滿足艦艇防腐的要求。
3.2 陰極保護優化設計
陰極保護措施在解決艦艇及海上裝備被腐蝕的問題方面具有較好的應用效果，以與海水部位接觸的管材為例，必須在其接頭與法蘭之間實施電絕緣處理措施[4]。就目前的情況看，我國已經將這一措施應用到了艦艇船體的防腐過程中，在此之前，軍艦，潛艇往往需要安裝大量的犧牲陽極，但在陰極保護技術下，犧牲陽極的安裝數量大大減少，使艦艇的整體防腐性能得到了優化，同時還達到了節約成本的目的，對于我國軍事等領域整體發展水平的提升以及成本的降低具有重要意義。
3.3 優化設計仿真
為判斷優化設計效果及其合理性，在具體設計完成之后有必要展開仿真實驗：首先，將合金結構剛作為了艦艇船體的主要材料，將其各方面參數輸入到了計算機當中，同時分析其對艦艇本身及其內部設備防腐性能的影響，并從各角度出發，對艦艇的參數進行了計算，建立了具體的仿真模型。全面考慮艦艇所處的海水環境，并對艦艇主體部分進行了網格離散化，以其電學特征為基礎，形成了廣義耦合電池系統仿真模型的邊界條件，并通過其他一系列過程完成了仿真模型的建立過程。其次，通過對計算機技術的應用以及對各項數據的綜合，完成了有關艦艇金屬材料防腐性能的計算工作，并得出了最終的計算結果，在對計算結果進行整理的前提下，完成了具體的分析工作。最后，通過對仿真結果的分析發現，采用上述防腐措施以及陰極保護措施，能夠有效的達到提高艦艇表面防腐水平的目的。將本次仿真實驗所得到的數據與傳統數據對比發現，其防腐參數得到了極大程度的優化，因此認為，上述優化設計過程具有較強的實用性。
4 結語
做好艦艇船體防腐和陰極保護的優化設計能夠得到提高其防腐性能的目的。潛艇長期處于水下環境中，相對于其他水面艦艇而言，其受腐蝕程度更加嚴重，因此做好防腐工作便顯得更加重要。防腐措施的實施以及陰極保護的實現均能夠使潛艇達到較好的防腐效果，因此在具體設計過程中，有必要對上述措施加以重視。
參考文獻：
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關鍵詞：居住艙室；振動級別；噪音級別；照明照度；HAB
1.概述
HAB（WB）是由ABS（美國船級社）近年來推出的一種針對工作船可居住性要求的入級符號，該入級符號對船舶的舒適性提出了明確的要求，從各方面改善船員的工作環境，包括居住艙室的人性化設計、振動級別、噪音級別、室內環境（空調和通風的舒適性）、照明照度共5個方面。HAB（WB）要求從設計和現場測量兩個環節，對這5個方面進行控制。帶HAB（WB）入級符號的船舶，是未來船舶的主流。HAB根據要求的不同分為HAB、HAB+、HAB++，本文僅以HAB要求為例予以說明。
工作船主要指海洋平臺支持船、消防船、拖帶船等具有特殊功能和用途的船舶，其主要特點是內部結構復雜、走道寬度狹小、艙室內部設備多。工作船長期處于復雜惡劣的海洋環境中，而船員長期生活在船上，船上的居住艙室的舒適度至關重要。因此在滿足船舶性能的前提下，需盡可能滿足船員起居的舒適性。
2.居住艙室的人性化設計
居住室的人性化設計，是對上建居住區域的整體布置、空間、使用性及配置都給出明確要求。
以前，海工船在艙室布置（配置）方面一般都是按照規格書的要求進行，參考ILOMLC2006及掛旗國的相關規范即可，不作為船級社檢驗項目。
HAB對房間的配置要求提出明了確要求，并且滿足ILO（92）和ILO（133）、ILO MLC2006的相關要求。但要求更加高和詳細，如：
（1）房間門：寬度不能小于710 mm，甲板面至門框上端高度不能小于1 900mm；
（2）室外欄桿開孔處保護：開孔跨度不能超過1 830mm，否則需要在中間增加可拆立柱，并且開口處的鏈條，安全繩下垂量不能大于25mm，如圖1所示；
（3）室內斜梯：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、下端轉角處寬度大于910mm。如圖2所示：
（4）直梯：作為逃生通道的直梯，寬度大于410mm。
3.振動和噪音
為了給海員營造一個可接受的環境，防止對海員發生噪聲級的潛在傷害，國際海事組織（IMO）要求船舶構造應符合MSC.337（91）決議通過的《船上噪聲等級規則》，該文件相比原IMO A.468（XII）號決議技術標準更為嚴格，并且作為強制性文件于2014年7月1日起生效。
船體振動不僅會導致船員生活和工作受影響，而且會加速船體結構和機械設備構件的疲勞損傷。船體振動又是不可完全避免的，只能盡可能的減少及避免設備與結構發生共振。
噪音是由于物體高頻振動產生的，所以其制根源就是減少或者隔絕振動源。
根據振動自身的特性，減少振動對船舶的影響可以從兩個方面入手：
（1）振動源
船舶主要振動源為：主機、發電機、傳動軸承、全回轉（螺旋槳），側推等；次要振動源為：機艙風機等。
由于上述振動源通過剛性基座與船體結構連接，在設備運轉時就會產生振動，故可據此特點進行設計優化：
首先，在設備與基座之間采用彈性連接，常用于發電機、風機等，如圖3所示；
其次，通過改變基座的板厚、跨度等，使基座的振頻不同于設備的振頻，避免產生共振，常用于主機、傳動軸承、側推等大馬力推進設備；
最后，使用阻尼材料，通過在設備基座及周邊的結構上增加阻尼材料，從而達到將震動源隔斷在源頭的目的。當系統產生振動時，涂掛在系統上的阻尼材料受到上下兩個板面（基材和約束層）的約束，產生剪切變形，在剪切變形的過程中，由于阻尼層的粘滯性，振動產生的機械能轉換為熱能損耗掉，減小振動及振動產生的噪音，從而達到減振降噪的目的，如主機座、首側推基座、筒體、機艙風機的結構風管等，如圖4所示。
（2）測試區域
通過更改測試區域內裝材料的連接形式，使測試區域整個系統都是彈性連接（如圖5所示），減少房間內的震動及噪音。如天花與結構連接選用彈性連接桿（如圖6所示）、甲板面敷料選用浮動地板、舷窗外增加隔音窗（如圖7所示）、壁板使用高隔音板（蜂窩板）、房間門使用高隔音門、增加隔音棉并且根據棉的隔音性能來達到不同的隔音效果等。
這樣使測試區域整個系統與船體結構彈性連接，使得振動的傳遞途徑被切斷，從而達到降低振動、噪音的效果。
噪音是振動的具體體現，除了隔絕振動，還可在發聲區域增加消音器。對于工作船，居住區域除了設備運行帶來的噪音外，主要的噪音來自于風機及空調。為了達到降噪的要求，可在風機上增加消音器，如圖8所示。
HAB對各居住處所的噪音要求，如表1所示。
4.室內環境（空調和通風的舒適性）
HAB對船員的生活、工作區域的溫度、濕度、通風量，都提出了明確要求，見表2。
5.照明、照度
照明設計不僅要滿足工作區域人員安全高效工作的要求和生活區域的美觀舒適，還涉及到人員緊急逃生等安全問題。
由于HAB對每個房間的照度都有明確要求并且測試點較多，而傳統的船舶照度計算方法繁瑣復雜，且無法考慮艙室內部設備及家具對照度的影響，所以船廠要對整船的照明提前做出合理的優化設計。
關鍵詞：綠色船舶；設計；制造
1 引言
制造業在為人類提供巨大財富的同時， 也在不斷地產生污染物， 對環境造成嚴重的影響。船舶在制造過程中也存在材料選用不當而造成資源的浪費，以及對空氣、土壤和水體等環境的污染問題。因此，在20世紀90年代中期出現了“綠色船舶”的概念。
2 綠色船舶的內涵
“綠色船舶”概念的核心內容是在其全壽命周期中（包括設計、制造、營運、報廢拆解），通過采用先進技術，能經濟地滿足用戶功能和使用性能的要求，并節省資源和能源，減少或消除環境污染，且對勞動者（生產者和使用者）具有良好保護的船舶。
綠色船舶的綠色度主要取決于設計人員的環境意識、以人為本的設計理念和營運過程中的管理力度。當前綠色船舶在設計、建造和運營過程中主要體現在以下幾方面：
設計中，廣泛采用綠色無污染材料、標準化和模塊化零部件或單元；充分考慮加工制造過程中材料利用率，同時還須考慮船舶產品在營運壽命終止后，報廢、拆解不會對環境造成負面影響，以及部分材料、零部件和設備能夠再生利用；盡量簡化工藝，優化配置， 提高整個制造系統的運行效率，使原材料和能源的消耗最少；減少不可再生資源和短缺資源的使用量， 盡量采用各種替代物資和技術。
制造中，采用綠色制造工藝，即從技術入手，盡量采用物料和能源消耗少、廢棄物少、對環境污染小的工藝方案和工藝路線。目前最有效的綠色制造工藝包括：綠色加工工藝、綠色焊接工藝和綠色涂裝工藝。其中，綠色加工工藝包括凈成形制造、干式加工、工藝模擬技術、網絡技術、虛擬現實技術與敏捷制造等；綠色焊接工藝即選擇使用節能焊機，采用高效、無弧光、無粉塵污染的焊接材料和方法；綠色涂裝工藝即通過合理選擇涂料，減少涂料品種，簡化工序，提高工時效率，采用移動式涂裝系統和環保型分段涂裝房，實現環保型涂裝作業的目標。
運營中，減少發動機氮氧化物、硫氧化物等溫室氣體的排放；防止燃料油、有害液體的泄漏；合理進行垃圾、污水處理；嚴格控制艙底油的卸載等。
通過對綠色船舶的內涵的探討，我們可以得出，綠色船舶產品是指在其全壽命周期中（包括設計、制造、營運、報廢拆解），通過采用先進技術， 能經濟地滿足用戶功能和使用性能的要求， 并節省資源和能源， 減少或消除環境污染，且對勞動者（生產者和使用者） 具有良好保護的產品。
而船舶綠色制造技術是一種在船舶設計、制造中融入“綠色”理念，在保證船舶產品的功能、質量、成本的前提下，綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造技術。綠色造船技術使船舶產品在設計、制造、管理過程中對環境的污染小，資源利用率高，能源消耗低，符合可持續發展的要求。綠色造船技術是融設計、生產、管理于一體的綜合制造技術。
3 綠色船舶的設計
開展綠色造船，設計是先導。傳統的船舶設計僅從結構和功能、外觀造型、加工制造、生產管理等角度考慮，設計概念是以市場需求為基礎，技術方案也是重點考慮設計與制造兩個領域的問題，設計過程中缺乏環境保護的意識。因此，設計人員必須具備良好的環境意識。
3.1 船舶優化設計
3.1.1 船型優化設計
優化船體結構功能，如對萬噸級散貨船充分考慮環保的要求，在總體設計中大膽地將傳統設計中的燃油艙從雙層底搬到頂邊艙，并在舷側設置隔離空艙，這樣可有效地減少燃油泄漏的可能性。優化主尺度和型線，涉及空船質量、穩性、阻力、艙容等技術指標。它不但影響船舶的裝載量、航速、能耗等經濟指標，而且從根本上影響船舶的安全性能。通過優化主尺度和型線，使船舶在制造和未來的營運中，實現節能、環保和提高經濟效益。
3.1.2 消除冗余功能設計
在設計階段，從系統導向型的合同設計、初步設計到區域導向型的詳細設計、生產設計，強化設計的節約意識，樹立簡約化的 設計理念，全過程地推行功能成本分析。對船舶設備選型、管系布置、電纜走向等專業設計進行優化分析，全面消除不必要的冗余功能，降低制造成本和資源消耗。
3.1.3 動力節能設計
船舶動力節能設計體現在以下幾個方面：一是探尋船舶新型動力能源，用其他能源輔助或取代石油作為動力能源，如太陽能、風能及波浪能等；二是改進推進效率的節能方式，例如柴電聯合動力推進方式，使能效轉換效率最大化；三是利用主機廢氣節能技術、應用新型燃油添加劑、采用燃油電噴技術；四是綜合使用電子技術和網絡技術，通過對動力裝置和船舶各參數實時監控，使其處于最佳運行狀態，最大限度降低能耗和排放。
3.2 從設計源頭提高鋼材利用率
運用船舶設計軟件的套料功能，合理調整船體零件套料排列，在板材零件的開孔中套補板零件等其他零件，以提高整板的利用率和生產效率；通過利用船體設計軟件中的材料管理程序，從余料數據庫中調取合適的余料進行再次套料，以提高余料的利用率。
3.2.1 材料的選擇原則
在船舶全壽命周期中，對環境影響最大的，一是制造過程中的焊接、涂裝作業； 二是船舶拆解后廢棄的艙室絕緣材料。 因此材料的選擇對船舶的綠色性能具有重要的影響，在材料選擇時應注意下述幾點：
（1） 選用便于回收、生產過程簡便、易于加工的材料，產生的廢料不污染環境；
（2） 選用無毒無害材料，避免生產過程對人體健康造成危害和對環境造成污染；
（3） 選用可再生的材料；
（4） 選用較少種類的材料，簡化設計，盡可能少用復合材料；
（5） 選用工藝性能優良的材料，以降低零件加工的難度與廢品率，節約加工過程的能源消耗。
3.2.2 各類材料的選擇重點
（1） 焊接材料。焊絲（焊條） 的添加助焊藥劑，在電弧高溫燃燒下，隨焊接煙塵一起向空氣中擴散，對操作人員和環境構成危害。因此，設計人員在生產設計上，應首先選用高效焊接工藝和低毒低煙焊絲（焊條）。
（2） 艙室絕緣材料。由于具有防火、隔音、保溫等優良性能和可加工性， 礦棉、玻璃棉被用于船舶艙室的內裝。在船舶營運壽命結束后的拆解過程中，這些保溫材料由于沒有再生利用價值而被大量拋棄。礦棉、玻璃棉的不可降解性，使這些廢棄的材料直接導致周圍的水質和土質的惡化。因此，選用保溫材料，不僅要考慮其技術性能，還應考慮環保性能，研制一種高效、環保的絕緣材料也將成為完善綠色造船技術的一項重要工作。隨著硅質納米孔絕熱保溫材料、聚酰亞胺泡沫材料等新型節能環保絕熱保溫材料的開發與應用，傳統艙室絕緣材料將逐步被替代。
（3） 涂裝材料。船舶涂裝工藝分為鋼板預處理（在鋼材預處理車間完成） 和二次除銹涂裝（在涂裝房內進行）。先進造船國家一般較少進行二次除銹涂裝，這不僅減少了資源浪費，而且生產效率大大提高。我國在引入區域造船方法的同時，也在嘗試減少二次除銹涂裝，采用跟蹤補涂技術。傳統溶劑型涂料因其對人體的危害和對空氣的污染已無法滿足綠色造船的要求，取而代之的應是一些無污染、省資源、省能源的綠色涂料。如水性涂料、粉末涂料和輻射固化涂料等。另外，船舶外板水線以下涂料，應具有只驅趕而并不殺滅海洋生物的性能，是既能防止海洋生物附著， 但又不污染海洋的綠色環保涂料。
3.3 標準化、模塊化設計
隨著科學技術的進步，各國對海洋保護意識日益提高，對船舶結構、性能提出更高的要求。由此，船舶更新換代的周期越來越短。為了避免由此造成的不良后果， 船舶在設計時， 有必要采用標準化、模塊化的設計。
（1）通過標準化、模塊化設計，可以簡化船體結構。采用功能多樣化與復合化的零件以及簡單的連接方法，使整體裝置的零件數減少；合理地設計產品中零件、支撐、載荷的布置，確定適當的整體尺寸，提高材料利用率；設計結構符合工藝性與加工性，以減少加工過程中的材料損耗與能源消耗；設計的結構便于回收，實現資源的重復利用；設計的結構便于維修，延長產品使用壽命。
（2）通過標準化、模塊化設計，船舶設備可以有效地避免舾裝件逐件裝船， 從而降低艙室內的污染和噪聲危害，提高工作效率和工作質量，還可使勞動量和資金的消耗大大減少。而且船舶設備的標準化、模塊化設計，也較好地滿足了設備更新拆裝的互換要求。
（3）標準化設計可以提高零部件的通用性，提高零部件的重復性。標準化設計亦可以促進專業化生產。
3.4 并行設計
根據并行工程的思想，由設計者、制造者和環保工程師參與船舶的初步設計、詳細設計和生產設計整個過程，通過相互協調，綜合考慮船舶由初步設計到報廢拆解的整個壽命周期中影響資源利用與環境污染的所有因素，優化各個設計環節，提高整個制造系統的資源利用率， 降低廢品率，節約資源。另外， 還應綜合考慮產品的結構設計、材料選擇、制造環境設計、工藝設計、回收處理設計等各個方面，實現并行式綠色制造設計。
4 綠色船舶的制造
4.1 綠色加工工藝
4.1.1 凈成形制造
成形制造技術包括鑄造、塑性加工等技術。成形制造技術正從接近零件形狀向直接制成工件形狀即精密成形或凈成形方向發展。成形的零件有些可以直接或稍加處理即可用于組成產品， 這可以大大減少原材料和能源的消耗。
4.1.2 干式加工
加工過程中不采用任何冷卻液。干式加工簡化了工藝、減少了成本，而且消除了冷卻液所帶來的一系列問題，如廢液處理和排放等。目前，干式加工在國外已經得到局部應用，如干車削、干磨削、干鏜削等。我國還剛開始研究，作為一種新型的加工工藝，有望在船舶制造中發揮其應有的作用。
4.1.3 無余量制造。
無余量制造是船體建造過程中以加放尺寸精度補償量以取代余量，通過設計合理的建造公差，采用有效的工藝技術與原理，對船體零部件、結構進行尺寸精度控制的一項精度控制技術。這項技術在減少作業量、降低建造成本、提高產品質量、縮短制造周期上將發揮更大作用，也會為企業帶來經濟效益。
4.1.4 工藝模擬技術
工藝模擬技術主要用于水火彎板等熱加工過程。過去通常必須做大量的實驗才能初步控制和保證加工工件的質量。采用工藝模擬技術將數值模擬、物理模擬和專家系統相結合確定最佳工藝參數，優化工藝方案， 預測加工過程中可能產生的缺陷并采取防止措施， 從而有效地控制和保證加工工件的質量。
4.1.5 網絡技術、虛擬現實技術與敏捷制造
虛擬現實技術主要包括虛擬制造技術和虛擬公司兩部分。虛擬制造技術就是在真正產品生產之前在虛擬制造環境下生成軟產品模型來代替傳統的真實樣品進行實驗，對其性能和可制造性進行預測和評估，從而減少損耗，降低成本。虛擬制造技術和網絡技術相結合就可根據市場需求，將產品所涉及到的不同公司臨時組建成一個由計算機網絡聯系的虛擬公司。各造船企業和設計院所可通過因特網建立制造資源信息網絡來實施敏捷制造。
這些工藝和技術或減少了原材料和能源的耗用量，或可縮短開發周期、減少成本，而且有些工藝改進對環境起到保護作用，所以都被歸于綠色制造工藝。
4.2 綠色焊接工藝
4.2.1 高效焊接電源
高效、節能是焊接電源的發展方向。逆變焊接電源具有節能、高效、直流輸出穩定、焊接質量高等優點，成為焊接電源的發展方向。隨著微電子技術和計算機技術的發展，數字焊接電源日趨成熟，如與數字送絲機相配，能獲得最佳的焊接與節能效果。
4.2.2 高效焊接工藝
高效焊接熔敷效率高、速度快、操作方便且易于自動化作業， 具有生產效率高、焊接質量好、節約能源和材料等特點。常用的高效焊接方法主要有氣體保護焊，包括熔化極活性氣體保護焊（MAG焊）和熔化極惰性氣體保護焊（MIG焊）和埋弧焊、電渣焊、氣電自動焊、電子束焊和激光焊等。高效焊接在造船企業已成為船體建造中提高焊接生產效率和質量、節約資源和降低對環境負面影響的重要技術之一。
4.2.3 高效焊接裝備
例如，橫向對接焊縫焊機是針對船體垂直位置橫向對接焊縫的自動化焊接設備，具有施工效率高、焊縫質量好的特點。有效地解決了橫向焊縫采用手工焊接所無法解決的焊縫成形質量差、生產效率低、作業條件差、勞動強度大等問題。門架式雙絲埋弧焊接裝備是拼板焊接的專用設備，其焊接速度高、反面焊接不需清根，既使工藝簡化，又壓縮了作業時間，是一款高效環保拼板焊接裝備。
4. 3 綠色涂裝工藝
4.3.1 應用現代造船理念， 實現涂裝環保作業
實現船舶綠色涂裝，應根據現代造船理念，從全局出發，以系統工程的思想加以實施。應按照船體分道、區域舾裝、區域涂裝的原則，深化涂裝生產設計，注重鋼材預處理質量，縮短分段制造周期，提高預舾裝率和分段完整性，加強涂裝生產的動態管理，通過環保型的涂裝工藝、涂裝設施的應用，以及跟蹤補涂等措施，實現環保型涂裝作業的目標。
4.3.2 合理選擇涂料，優化施工工藝
采用高性能專用涂料，減少熱加工區域的涂膜損傷，以提高保護效果和生產效率：采用長效型車間底漆，減少分段制造期間的銹蝕；采用厚膜型涂料，減少涂裝次數；采用低表面處理涂料，選擇合理的除銹等級；采用萬能型底漆，減少涂料品種，簡化工序，提高工時效率。
4.3.3 推進標準化和計算機輔助管理
以殼舾涂一體化為目標，完善涂裝設計、施工、質量管理、物料管理等標準，嚴格按涂裝作業計劃和標準要求施工作業。同時廣泛應用計算機輔助涂裝生產管理，特別是計算機輔助涂裝工程動態管理，提高工時利用率，降低物料消耗。
4.3.4 推廣移動式涂裝系統和環保型分段涂裝房
移動式涂裝系統，以模塊化設計為指導思想，以輕鋼彩板結構為主體，輔以各類專用系列接扣件、鋼架件以及多種專用緊固件。涂裝系統裝置，可根據工程需要的容積在指定地點按要求快速搭建。工程一旦完工，又可方便地拆卸并運至下一個工程所在地再行搭建， 繼續涂裝施工。
移動式涂裝系統，設有各種標準的設備接口模塊，主要有進氣管道模塊、除塵設備接口模塊、除漆霧接口模塊、噴砂設備接口模塊、吸砂設備接口模塊、溫濕度控制設備接口模塊、傳感系統接口模塊、動力設備接口模塊等。
環保型分段涂裝房內的空氣溫度和濕度可自動控制，為船體分段涂裝提供適宜的環境條件，全天候作業。同時，采用粉塵和漆霧分離技術，有效控制有機溶劑排放，實現環保型的分段涂裝。
4.3.5 室內造船
受技術和資金等因素的限制，目前分段建造，尤其是曲面分段建造仍然以手工電弧焊為主，而且大多數在露天平臺上施工，施工過程中的弧光、煙塵是影響環境的主要因素。隨著國家對環境的生態要求越來越高，這就要求我們改變傳統的露天作業方式，建立擴大室內分段建造比例，最大限度地減少露天焊接作業量，使焊接盡可能控制在室內，并通過空氣循環處理系統凈化焊接煙塵， 把對環境的不良影響在室內消除掉。
此外，為了更快地推進綠色船舶的發展進程，國際海事組織（IMO）、歐盟以及其它一些國家也都紛紛出臺各種規范、標準，從制度上確保全球海洋環境或區域海洋環境盡可能地免受污染。因此，綠色船舶在設計、建造、營運以及后期的報廢拆解過程中都要嚴格地遵守各項規范、標準的要求，同時還須密切關注未來將要頒布、執行的各項規范、標準。
5 結束語
綠色船舶是船舶工業發展的大趨勢，綠色船舶的設計與制造技術，能夠成為貫徹國家“節能減排”方針的重要措施，也將為全面提高我國船舶工業的國際競爭力，為船舶工業的持續發展提供重要的推力。
參考文獻：
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關鍵詞：綠色造船 綠色設計 標準化船型
嘉興目前大多數船企所建造船舶的噸位不大，以總噸200-300噸為主，由整體造船到分段造船的模式難以轉變，做不到殼舾涂一體化，也做不到綠色造船技術體系的要求。但在局部上也可以進行小構件制作，預舾裝、預涂裝等；或在船舶建造中對具體的施工流程、行為進行合理的優化、規范和約束；特別是在船舶設計環節多做一些經濟型船型和基于環境保護的綠色設計因素考量。從而既能提高造船效率，又能減少有害物的排放、提高節能降耗水平。
船舶設計
設計人員必須要樹立綠色設計觀，在船舶設計中對節省資源、降低能耗方面給予重視。加強船型的研究開發和儲備，形成一系列技術經濟性能優良的標準船型和系列船型，從設計的源頭上推動嘉興造船的綠色進程。
1、船舶設計的原則與考量要素
節省資源角度。對于鋼質船舶來說，最大的資源消耗莫過于鋼材的消耗，因此鋼材用量的控制對船舶造價有很大的影響。設計時，①注意船舶主尺度的合理選擇，尤其是船長。因為船長對船體鋼料的影響最大，同時對船舶的總縱強度也敏感；②注意結構的合理確定，樹立等強度概念，減小不必要的結構裕度，在保證船舶總縱強度和局部強度的情況下降低船舶自重；③注意高強度鋼的合理使用，以減輕船舶的自重；
降低能耗角度。作為航行船舶，其消耗包括燃油、淡水、物料等，其中燃油消耗的費用在整個營運成本中占有相當高的比例。即船舶的線型及船上所配主機功率的大小、耗油設備的多少，與船舶的經濟性能關系非常密切。因此，在保證航速的情況下，設計時要注意主機機型的選擇，具體可從三方面來考慮：①選取合理的主要素和船體線型，使船舶的阻力性能優良；②盡量改善船、機、槳的匹配， 提高船舶的推進效率；③優化船舶動力系統。
船舶高效性。通過對船舶進行優化設計，使下列系數更優，從而提高船舶的節能水平。
2、結合以上要素和設計原則，推進標準化船型研究和使用
通過標準化、模塊化設計，可以簡化船體結構。采用功能多樣化與復合化的零件，使整體裝置的零件數減少；合理地設計產品中零件、支撐、載荷的布置，確定適當的整體尺寸，提高材料利用率；設計結構應符合工藝性與加工性，以減少加工過程中的材料損耗與能源消耗；設計的結構便于維修，提高維修的方便程度；設計的結構便于回收、拆解，實現資源的重復利用。
船舶設備的標準化、模塊化設計可較好地滿足設備更新拆裝的互換要求，也可以有效地避免舾裝件逐件裝船，從而降低艙室內的污染和噪聲危害，提高工作效率和工作質量，使勞動量和資金的消耗大大減少。
標準化設計可以提高零部件的通用性、使用的重復性，亦可以促進專業化生產。如對駕駛室、船員室以及客船艙室模塊進行標準化、模塊化生產。
3、綠色設計的其他措施
優化船型，比如船型的方改（圓）尖，降低船舶阻力、提高能耗比。
新能源船型，開展LNG（LPG）燃料代替燃油驅動主機的新型動力船舶的研究設計。據測算，使用LNG清潔能源比使用柴油節約30%-55%的費用，在大幅降低船舶運營成本的同時，可減少環境污染，具有非常明顯的社會效益和經濟效益。
船舶布置優化，如干貨船采用前駕駛、集裝箱船的船首駕駛室布置，解決駕駛盲區問題，減少事故的發生。
新技術的應用。包括船尾附加水動力裝置，如前置導管、槳前反映鰭、槳后葉輪裝置；采用球鼻艏、渦尾船型等優化船舶線型；溢油監視、鑒別等船舶防污染技術。
新設備的應用。推廣使用節能型柴油機、新型燃油添加劑、節油減煙器、主機軸帶發電機、岸電技術；優化電子噴油控制裝置、機艙自動化控制；舵槳一體化裝置、污油水柜和油氣回收裝置；采用高效推進裝置如低轉速大直徑螺旋槳、適伴流螺旋槳、導管螺旋槳等，提高槳機船的匹配度；設置生活垃圾接收處理裝置及油水分離裝置等措施實現達標排放，防止船舶對水體的污染。
船舶制造
1、改善造船模式，提高船舶建造水平
1.1改進船舶構件的裝配，提高造船效率
對船舶骨架，可多進行一些以小構件為中間產品的制作，并實施預涂裝。比如先將船舶底部的龍骨和肋板骨架以幾個肋位為單位裝配焊接成小構件，對構件進行預涂裝，再吊裝到船底板上進行施焊。
1.2控制余量，提高造船精度，盡量實施室內造船
控制好船舶余量，就是要提高放樣的準確度，增強號料、套料的精細水平，采用放樣切割成型加工工藝，控制好船舶構件在加工中的結構余量。而成形的零部件直接或稍加處理即可用于組成產品，從而可以大大減少原材料和能源的消耗。
受技術和資金等因素的限制，嘉興造船仍然以手工電弧焊為主，而且大多數在露天平臺上施工。而鋼板的銹蝕，鋼材邊角料、廢焊材，廢油、含油污的生產用水、密性用水、油漆泄漏，含生活垃圾、含油揩布、廢油漆和廢電子元件等，在露天及下雨中及容易對周邊環境和河道造成污染，有必要盡量實施室內或棚內造船。
1.3升級焊接技術，改善焊接工藝
在船體建造中，焊接工時約占船體建造總工時的30%-40%，焊接成本約占船體建造總成本的30%-50%。焊接過程中，不可避免地會出現有害氣體、粉塵、弧光輻射、電磁、噪音等污染，同時也會消耗大量電力資源，船舶焊接技術的進步對推動綠色造船的發展具有十分重要的意義。
嘉興船企多采用以傳統焊條為材料的電弧焊，該方式飛濺較多、焊條利用率低、電能消耗大，使得船舶建造的效率下降、周期延長、能耗比增加。為此，有必要減少傳統焊條的使用，在船廠中推廣高效焊接工藝的運用。可重點推廣以CO2氣保焊和埋弧焊的工藝方法，既減少焊條額飛濺和丟棄又能高焊接速度，生產效率為普通焊條電弧焊的3～5倍，同時操作簡單，適用范圍廣。
有條件的船企，也可采購更高效的焊接技術。①節能逆變焊機。在美國，逆變焊機的產量占弧焊機總產量的比例已超過30%，日本已超過50%。據統計，2000年國產逆變焊機僅占當年生產的弧焊機總產量的8.4%。②攪拌摩擦焊。攪拌摩擦焊是一種固相焊接方法，可用于對金屬板材全熔深焊接，而不會達到金屬的熔點。攪拌摩擦焊無飛濺、煙塵，不需添加焊絲和保護氣體，無氣孔、裂紋等焊接缺陷，形成的焊縫強度高、變形小，是一項性能優良的環保焊接新方法。③激光焊接。激光焊接過程是一種既快速，又幾乎無任何變形的低熱量輸入焊接過程，目前已能對15mm 厚的不銹鋼和低碳鋼進行激光焊接。
1.4噴砂―采用無灰塵的精砂
由于鋼板存放周期長，且在露天或半封閉的建造中極容易引起鋼板的銹蝕，需要對船板進行噴砂處理。在噴砂過程中，嘉興船企選用的砂灰塵較多，帶上口罩防塵效果也較差，除了污染環境外還會引起呼吸道疾病，鑒于此，建議船企采用無灰塵的精砂。
1.5管理鋼板堆場
鋼板堆場應采取防雨措施，盡可能堆放在室內或搭建簡易棚。通過減少鋼板表面氧化量，可減少噴砂除銹量，從源頭上減少噴砂粉塵排放量。
2、選擇綠色材料
在船舶全壽命周期中，對環境影響最大的有兩項：一是制造過程中的焊接、涂裝作業；二是船舶拆解后廢棄的艙室絕緣材料。因此，材料的選擇尤其重要。
焊接材料。在電弧高溫燃燒下，焊絲（焊條） 的添加助焊藥劑隨焊接煙塵一起向空氣中擴散，對操作人員和環境構成危害。因此，應選用高效焊接工藝和低毒、低煙低毒低塵焊絲（焊條）。
對可再利用價值的艙室絕緣材料的選擇。礦棉、玻璃棉因具有防火、隔音、保溫等性能和可加工性，被用于船舶艙室的內裝。但在船舶營運壽命結束后的拆解過程中，這些材料由于沒有再生利用價值而被大量拋棄，且其不可降解性直接導致周圍水質和土質的惡化。研制一種高效、環保的絕緣材料并制訂相應技術標準，也將成為完善綠色造船技術的一項重要工作。
涂裝材料的選擇。傳統溶劑型涂料對人體的危害和對空氣的污染已無法滿足綠色造船的要求，取而代之的將是毒性較小、省資源、省能源的綠色環保涂裝材料：如水性涂料、粉末涂料和輻射固化涂料等。另外，船舶外板水線以下的涂料，應具有驅趕而并不殺滅海洋生物的性能，是既能防止海洋生物附著，但又不污染海洋的綠色環保涂料。
部分船舶如公務艇等可多采用鋼鋁混合結構、纖維增強塑料。
船舶營運
綠色造船不應僅局限于船舶的建造過程，也應貫穿船舶整個生命周期。在船舶營運到退役的整個過程中，都應使其對環境的負面影響最小，能耗最低。
順應潮水規律利用燃油消耗量與航行速度的線性比例關系，來確定船舶最佳航行速度是船舶在營運中節能減排的方法之一；還有的船戶在燃油中添加燃油添加劑以改善燃油品質，提高燃燒性能，提高燃油利用率，既節約了能源、又減少了廢氣及二氧化碳和硫磺氧化物的排放。
