探究船体结构生产设计理念构建

2016-10-21福建东南造船有限公司技术中心

珠江水运 2016年17期

◎ 余　娟　福建东南造船有限公司技术中心

探究船体结构生产设计理念构建

◎ 余娟福建东南造船有限公司技术中心

在造船行业中，船体的结构设计以及生产都是十分重要的部分，同时也是我国近年来加大自主研发力度的重要项目之一，为了更好地服务于市场，因此船体结构的设计需要坚持以现场作为中心的理念，从而达到提高设计水平、降低船体建造成本的双重目的，文章主要对船体结构的生产以及设计理念提出了建议。

船体结构生产设计理念构建

船体结构设计属于一项系统而又复杂的工程，它主要可以划分为三个不同的阶段，第一个阶段是初步设计，第二个阶段是详细设计，而第三个阶段则是生产设计，每一个阶段都具有各自的特点以及要求，同时它们之间又是相互联系的，因此，在船体结构的设计中，需要对设计理念加以理解以及运用，才能更好地设计出更好、更科学的船体结构。

1.分析船体结构设计的理念

对船体结构的设计理念进行分析，可以将其结构中的内容进行展开分析，首先是从船体建造的工作总量来看，船体结构就占据着总工程量的二分之一，在一般情况下，它是多工种参与的综合性工作，因此，在船体的设计中，与其他专业之间的关系也十分密切，在建造之前要做好充分准备，一方面是把船体结构中各种施工具体的条件进行确认，然后再结合工厂的实际情况而制定出合适的建造方案以及施工要点，同时绘制出船体建造图纸；另一方面是与管理人员进行协商协调，针对管理造船的具体过程加以管理，其中的内容主要分为四个不同点，即图纸设计、辅助设计、准备工作阶段、以及管理施工工作，下面一一分析。

图1　

1.1图纸设计

在当前的船体结构图纸设计中，主要采用的施工图是通过沪东SPD系统处理，主要有三大模块，分别是套料图、结构图以及加工图。

（1）套料图。在套料图中，需要和结构图中的组立流向、零件编号、加工流向、尺寸标注以及坡口信息相对应，这能够为船体的结构施工提供科学指导。

（2）结构图。主要涵盖了平面图、横截面图、展开图、节点详解图以及局部剖面的图，对它们每个部分都进行良好的组织以及连接之后，再结合其他专业知识而提出加强结构的具体方案，同时还需要注意船体结构中的各个切角、流水孔、止漏孔、透气孔以及通焊孔的反映，一定要保持它们之间是一一对应的，切勿错开；而对于船体焊接的规格、方法、厚度以及边缘坡口的形式都要切实地标注清楚，尤其需要注意永久性的吊环，在施工的准备中也需要清晰的标注出来。

（3）加工图。在船体设计中的加工图包括了型材以及板材的加工图。

1.2辅助设计

在辅助设计中，需要体现出船体生产设计重要的特点，这主要是由于造船工艺的复杂性，离不开许多具有辅助性的专业进行协助，如果在合理的辅助设计中，将会为船体工作的施工节约时间、材料，同时还可以提升效率。

（1）脚手架的安装。对于船体建造中，需要使用到脚手架的地方较多，而脚手架安装工作又是一项复杂的工作，因此，需要在生产设计中，结合船体的实际情况以及设计中的优点，而进行脚手架的安装工作，使得脚手架能够在作业中置于船体结构的最佳位置。

（2）强化永久性吊环设计。在船体结构设计中，永久性吊环设计的主要原则是处于仰视和狭窄的位置，例如在甲板下表面和双层底中，装上吊环之后，不易拆卸，除此之外，从美观的角度考虑，吊环位置应该安装在不太显眼的位置或者是一个带有密闭性质的位置上，例如在绝缘层或者是结构比较密集的地方，从实用性角度考虑，要把船体的吊环结构尽量成一个光滑的表面，这对保留十分有用，另外，在船体的综合结构方面，应该尽量避免和其他系统之间发生碰撞，而船体结合方面则需要充分考虑到货物卸载的问题，由此在船体的吊环设计中需要实施分段处理，或者采用一个局部性的加强材料，这样便于施工之后的拆除，如果需要避免二次重复作业的发生，则可以考虑加强永久性的作用。

1.3准备工作阶段

在这个阶段中，需要实施一个分段准备，将整个船体结构划分为几大部分进行准备，然后结合各段实际情况而进行施工管理，例如从工厂出发，主要有起重能力、加工条件、运输条件以及预装要求等各个阶段，除此之外，还需要进一步对吊环程序进行设计，从而使得全部船体结构能够在分段中找到一个良好的接头或者是接缝位置，而在分段建造中，需要进一步地确定各个工作要领，主要包括了部件组立、胎架设置、总组以及分段的要求，此外在船台的建造中，需要确定的是分段以及船台各自的吊装顺序，在设计要领方面还需要进一步对船体的总段设计实施吊装，使得船体能够更好地衔接。

1.4管理施工工作

在管理方面主要包括了图表管理，其中所涉及的项目主要有工艺项目、报表项目、密性试验、分段重心表以及拍片数量等，因此在船体结构的生产以及设计中，需要对这些方面的内容进行考虑，主要是因为施工设计和工艺之间具有十分密切的关系，同时二者又是直接的交叉于船体的结构中，因此对施工管理工作而言，工艺和图纸之间的关系十分重要，在相辅相成中为船体的结构设计提供了一个良好的施工工艺，从而使得船体结构能够更好解决其中的技术问题。

2.分析船体结构设计中的主要要求

船体结构的设计中，主要是考虑了使用性能这一主要的参考，因此，这就要求在充分保证船体结构的安全性能之下，进一步地美化船体的外观，在船体设计中，安全是一个主要的问题，只有保证了船只安全的航行，才能将船体所承载的利益充分的保证，同时还能够更好的保证船体结构的稳固的理念，所以在船体结构的建构中，一方面要充分的保障各个方面都能够符合力学的原理，另一方面还需要充分参考实际情况，例如航海条件、天气以及水文条件等因素影响，从而使得设计出的船体既能够应对出航中各种极端天气，又能够在结构中充分保证承重性，在这一条件下，使得船体的外形设计能够更好地配合航行中各种动力要求，此外，还需要考虑实用性的问题，这是从设计的角度出发，将各种设计参数充分纳入参考的体系中，例如船体、甲板以及船舱等，在设计中需要根据船体的实际装载而选择一个合理的设计方案，保证其既能良好地容纳预计货物或者是的人员，同时又能够使得船体提供一个安全舒适的环境。

3.分析船体结构设计中基本内容

在设计船体结构方面，基本的工作内容包括：初步确定结构、按照预算而为设计提供要求、选择材料型号与报告以及上报船体的合成技术等，在这些方面的设计中，需要考虑的基本理念主要集中在实用性以及经济性，例如船体结构中板材是否具有良好的承重性，同时还需要考虑其他的重量以及限制条件，因此在选择方面需要充分地考虑一些比较轻便、节约、新型合成的板材，其中的基本步骤可以按照总体规划的过程进行，分为初步设计、详细设计以及生产设计，下面进行分别论述。

3.1初步设计

在船体的初步设计中，需要对其中的规划方案加以具体化，其中主要包括了对技术标准的分析以及设计框架的构建，在建立的初期主要是运用基本图纸把预想凸显出来，从而形成一个草稿图，然后根据预案以及设计技术进行选择其中的材料、部件型号以及建立预算，最后形成一个预算报告。

3.2详细设计

在船体设计的前期，主要考虑的是对设计框架大体预想，其中需要将细节设计进行处理，从而使得船体的结构设计中能够符号依照相关，最终获得审批意见，而在这个过程中需要充分考虑船体建造中的细节［，然后再次明确材料的型号，从而形成一个符合设计系统的方案。

3.3生产设计

这主要是对船体设计中将方案付诸实践的过程，即就是生产要求，以及在施工中所需要使用的材料和注意事项，从而使得材料能够在施工详细解释中符合设计的图纸以及施工方案。

表1　

4.船体结构设计具体实施过程

船体结构一般情况下是在设计初期就进行分体、分段加以细致构建，其中还有一部分是多重部件之间的组合，因此，在船体结构的设计中，需要实现一体化的目标是目前设计水平难以达到的，并且在一体化中还是会在局部出现问题，所以需要对船体结构进行分段处理，在分段中，需要充分地考虑其中各个要素之间的组合以及连接的问题，这对于船体中小规模的设计以及生产是较为容易实现，而对于船体结合中的分段设计，则需要实施一个有机体分段，在首尾、上下结构方面进行有效拆分以及组建，同时还需要将一体性的技术加以优化，从而更好地统筹船体的总体结构；再者就是充分考虑船体中关于负荷性能和船体之间的构造、重量以及材料内部的性能关系，同时，在结构方面还需要对出航条件进行有效考虑，以免发生海上负面的影响，其中船体的自身质量属于一个十分关键性的因素，因此，在设计与规划中，需要进一步对船体结构加强衔接与加工，使得船体质量以及结构也方面保持一个动态化的过程，这有利于船体结构对载荷能力加以测算，同时还充分地考虑航限制性的条件。

5.对船体结构的分析

船体结构中一个基本结构的分析，主要是针对其中的板以及型材加以组合的分析，这又被称为板架结构，而根据船体结构的位置以及做用，可以进行人为分成一个若干的板架，例如船底的板架、甲板的板架以及舷侧板架等，经过船体梁的分析得到，甲板与船底板架之间就相当于船体梁中的上、下冀板，而其中的舷侧板架则相当于船体梁中的腹板，它们具有不同的作用，而在骨架排列中，其方式也具有不同，通常情况下，可以将其分成两个部分，一部分是纵骨架式，另一部分是横骨架结构，在大型船舶的设计中，需要根据船体的实际结构中所承重的要求而调整相关船体的架构方式，在甲板以及底部设计中，主要采用的纵向架式，它能够更好的承重骨架，其所具有的支撑力也能够更好地增加船体中安全的性能，而板材的要求也满足船体基本受力的要求，同时，在极端情况下，需要进一步的考虑其中承重的上限以及船舷的问题，因此在这个过程中，需要根据实际的设计进行横向结构方式的采用，从而保证其受力的均匀以及载重性，在横向设计中，还可以体现出优点，即占用的空间较小，从而能够使得船体结构中获得更大舱容，而对于其中的工程船，在上甲板中比较宜于使用的是横骨架式的结构，其中需要主要的情况如下表1所示。

因此对于船体结构的设计而言，在船底的结构中，比较易于搁浅的部分或者是其中的舱内，需要承担大量的货物时，这时就要考虑到舱底中的护板，可以通过增加船底板的厚度加以保护，而对于其中舷侧的结构型式，主要是由横舱壁的间距以及甲板之间的距离而定的，当其中的距离较小时，则需要考虑应用横骨架式，其中比较重要的是对于冰区的航行就显得十分重要。