船体钢结构成本的估算和结构优化设计的考虑

刘金凤 钱振源 孙乐兵

摘 要：船体的设计和制造是一项较为复杂的工艺过程，同时在整个过程中需要的成本投入较大，船体机构中的大部分成本都集中在钢结构方面，因此通过钢结构成本的估算可在一定程度上控制好船体造价，而在船体钢结构成本估算过程中，通过结构优化设计可提高船体钢结构成本的估算。本文主要探讨的是船体钢结构成本的估算和结构优化设计的考虑，在具体的分析中首先论述了船体钢结构重量预估方法研究现状，其次分析了船体钢结构设计阶段钢结构重量预估要求，最后分析了船体钢结构成本的估算以及结构优化设计考虑。

关键词：船体钢结构；成本估算；结构优化设计

船体钢结构成本的估算主要是依据船体钢结构的重量。因此在一定程度上做好船体钢结构重量的估算是急性船体钢结构成本估算的基础，经过多年的研究，人们发现可以通过简单的测量以及相关计算方法估算出船体钢结构的成本，但是由于部分结构上的差异，在重量相同的条件下，成本也存在差异，因而可以通过对结构的优化设计，保证船体钢结构成本估算结果较为准确，本文主要就船体钢结构成本的估算和结构优化设计的考虑分析如下：

一、船体钢结构重量预估方法研究现状

船体钢结构在设计过程中主要是通过船体钢结构重量控制船体的成本投入，从容保证船体的经济性，当前船体重量预估方法主要有以下两种：（1）结合船体的设计过程完成船体钢结构的重量估算，也就是在船体设计过程中建立一个船体钢结构的三维模型，通过这一模型实施三维设计、修改、计算等工作，当整个船体钢结构三维模型完成后，可以通过模型完成船体重量的钢结构的估算，也就是通过结构设计完成了对船体钢结构的估算，进而实现船体钢结构成本的估算；（2）采用现代的计算机程序以及船体设计方法理念，通过完善的软件结合相关程序完成对船体钢结构重量的估算。这种估算方法需要进行大量的数据分析，而且相关数据还必须要具有一定的代表性。

当前我国用于船体钢结构重量预估的方法主要有四种，分别是：（1）通过经验公式与母型船完成相关数据变换，从而预估算出船体的重量；（2）使用EXCEL表格输入相关数据，然后完成计算；（3）使用三维软件建立模型，通过三维模型进行分析；（4）借助专业的船舶设计软件完成船体钢结构重量的估算，当然不同的方法有着各自的优缺点。

二、船体钢结构成本估算的相关因素

在上述的分析中船体钢结构成本的估算主要依赖于船体钢结构的重量，但是船体钢结构重量在估算过程中还会受到多种因素的影响，其中关键的就是工作量，对于船厂从相关材料订购到交付造船厂期间的工作均属于工作量的范畴，具体的包括以下几点：（1）材料管理人员统计造船过程中需要的材料；（2）使用起重设备完成材料的搬运；（3）型材的切割或者使用NDT对型材进行划线；（4）材料成形；（5）完成气割、气刨；（6）完成焊缝坡口的加工；（7）完成船体的焊接装配等；（8）将分部连接起来，完成总装；（9）总装完成后对其性能的检测。除了船体钢结构估算过程中除了受到工程量影响之外，同时还会受到钢结构的构件尺寸、零件熟练多少、焊接长度等因素的影响。通过这些因素可发现，如果在设计过程中能够得到某些钢结构较为准确的参数，那么在后期就可以通过这些参数完成船体钢结构成本的估算。

三、船体钢结构成本的估算以及优化考虑

船体钢结构成本的估算重点在于船体钢材总重量的计算，结合相关统计数据以及分析结果可得到焊接长度的预测值，通过求取平均值完成计算，下面以成品油船为例进行分析，通过初步估算，船体的钢结构总重量为6750吨，

对于母型成品油船，船体的钢材总重量为6500吨，而实际的焊接长度是94000m，经过计算

预测焊接长度的计算

预测焊接长度=平均每吨的焊接长度×船体的总重量=15.2×6750=102600m，实际的焊接长度=实际的焊接长度×船体钢材的总重量=101000m经过比较可以看出，实际的焊接长度要小于预测的焊接长度。

预测的总平均焊接长度为实际的焊接长度×估算的棱柱体每吨的焊接长度=103200m。

在具体的设计过程中可以采用基本设计预测方法，当然在估算过程中同样的需要一定的参数，比如：船体的钢结构整体布置、典型的舯剖面结构图、船体钢材估算的总重量等。在具体的计算中首先应该计算出焊接长度以及结构主要项目的钢材重量，这些都可以用来评估船体钢结构的复杂性。比如以油船为例，在计算过程中包含了多个项目，具体的主要有：上甲板、船壳板、上甲板中横向构件、纵舱壁、甲板中纵桁、船底中纵桁、横舱壁中纵桁、轴线恒缓冲舱壁等。在具体的计算过程中，对于船体总重量以及焊接长度的计算还应该将连接件以及外板计算在内，比如：肘板、防挠板、连接角材等。在具体的计算过程中对于上甲板的相关计算应该将外板的重量以及对接焊接的长度计算在内，特别是在舯剖面结构方面的重量计算以及焊接长度的计算可以真实的反应出在具体的钢材加工过程中，切口、扇形孔以及减轻孔等重要信息。也就是通过统计多个船体结构的焊接长度，建立相应的数据库，从而为船体钢结构成本估算提供依据。

在完成上述计算之后，需要对船体货仓部分进行详细的分析和计算，如果货舱区内的结构部分是连续的，那么就可以通过测量单个货舱长度以及总的货舱长度，然后用总的货舱长度除以单个货舱长度，就可以得到船舱项目的总数，对于横向构件、横舱壁等较为集中的钢构件，在计算过程中应该按照比例分配的方法实施计算，之后将连续的钢构件部分计算结果与集中钢构件计算结果累计求和就可最终得到总的焊接长度以及船体的钢材重量。

四、结语

船体钢结构的成本估算对于船体总体经济性具有重要影响，而对于船体钢结构成本的估算主要是依赖于船体钢结构的重量估算，通过直接测量以及相关计算的方法忽略了船体在结构方面的差异，因此需要对结构进行优化设计，上述通过对船体钢结构焊接长度的估算完成船体总重量的估算，进而估算出船体钢结构成本。

参考文献：

[1]邓太平.焊接钢结构造价限制与焊接质量的关系建模[J].科技通报，2015（08）.

[2]邢遵胜，郦宏伟，陈君，贾尚瑞，邹航.钢结构优化设计基本方法[J].施工技术，2015（20）.