绿色造船工艺在船舶结构中的设计及应用分析研究

苏泓珲

摘 要 船舶结构较为复杂，因此造船工艺环节繁多、能耗较大，使得以往造船工艺不符合现代绿色理念，不但带来了过高的成本，还引起了一系列的环境污染。针对这些现象，现代相关领域开始积极探索“绿色造船工艺”，旨在将绿色理念融入到以往造船工艺中，着重针对船舶结构设计进行分析，尽可能去除其中不符绿色理念的部分或者进行优化。通过长期的研究，现代绿色造船工艺已有相关成果，本文将展开相关分析工作，阐述绿色造船工艺是如何在船舶结构设计中应用的，对工艺特征与优点、工艺应用方式、注意事项进行论述。

关键词 绿色造船工艺 船舶结构 设计应用

中图分类号：U66 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2020）02-0017-02

随着我国外贸行业的发展，国内海上国际运输的频次与总量越来越高，这一現象使得我国经济飞速发展，但也暴露出以往船舶结构设计中造船工艺的缺陷，而诸多缺陷纷纷暴露出以往工艺的节能性、环保性不足，不符合绿色工艺理念。因此面对外贸行业的不断发展，船舶作为主要交通工具，其船舶结构设计中应当融入绿色工艺理念，如果继续放任自流，只会使得各项问题进一步恶化，反而不利于行业发展，说明有必要探讨如何根据绿色造船工艺来对船舶结构设计进行优化，其中绿色造船工艺要如何使用是一项值得研究的问题，应当针对这一问题展开相关研究。

1 绿色造船工艺特征与优点

1.1 特征

绿色造船工艺最突出的特征就是污染控制，以往造船工艺在实施过程中会造成很多污染现象，如污水污染、工艺废料污染、重金属污染、油液污染等，这些污染现象对周边环境都造成了负面影响，同时以往工艺下的各类污染在船舶行驶过程中也有一定表现，会对大环境造成负面影响，因此绿色造船工艺非常重视污染控制。绿色造船工艺的污染控制着重于两个层面，首要层面是“零污染”，要求对所有可控的污染现象进行强有力防控，条件允许的情况下可以剔除一些会造成污染的环节，保障此类污染现象不再发生，做到零污染。次之则为“污染最小化”，针对工艺中所有不可完全消除的污染进行优化，使其污染影响力无限接近于零，这样在工艺整体上就可以实现污染最小化，体现出强大污染控制力。另外，除最突出特征以外绿色造船工艺还具有其他特征，如工艺实施效率更快、质量管理难度更低（因为工艺为了控制污染，会对各环节进行优化，甚至去除一些不必要的环节，所以工艺实施效率更快，且降低了管理难度），说明绿色造船工艺具有很高的应用价值，应当在现代船舶结构设计中广泛应用。

1.2 优点

绿色造船工艺的优点有二，分别为成本低、技术先进。首先绿色造船工艺中不同环节的优化与整体调整，在一定程度上就降低了总成本，同时在污染控制下，各环节的耗材与资金投入也会随之降低，很多在现在看来不必要的成本项目都会被提出，且其他成本项目也会得到有效控制，总体而言绿色造船工艺下船舶结构设计的总成本与实际需求高度贴合，除了必要的抗风险额外成本以外，几乎已经没有了多余成本。其次绿色造船工艺中引入很多先进技术，这是工艺得以被优化与调整的关键，而先进技术的引入就使得整个工艺先进程度提升，不但有利于船舶结构设计质量，还能避免以往工艺中经常出现的问题。因此相比之下，绿色造船工艺优于以往工艺，现代船舶结构设计人员应当对前者保持重视。

2 绿色造船工艺应用方式

2.1 绿色制造工艺

秉持绿色工艺理念，船舶结构设计必须对制造工艺方案进行优化，因此经过长时间的研究，绿色造船工艺中出现了两种绿色制造工艺形式，分别为净成形、干式。

2.1.1 净成形

净成形制造工艺最大优点在于资源节省，能够最大限度的降低工艺中材料的投入。例如某企业需要建造集装箱船，规格为400m×59m×70m（长×宽×高），最大吃水15m，载重为200kt，制造工艺中主用材料为钢。而为了节省钢材料的投入，该企业就使用了净成形制造工艺，在船舶结构设计当中对横隔舱进行了优化，首先对钢材生产规格进行了统计，且依照规格采用了自然排版、断缝设计，起到了降低板材切割、焊接、打磨次数的效果，其次利用有限元计算方法得出横隔仓主要受力为船舶舷侧的横向拉力，因此可以对横隔舱纵向钢材料投入量进行削减，设计中主要减少了横隔舱纵向结构的断缝，成功让横隔舱总钢投入量降低了8%、板材断缝减少了7%。

2.1.2 干式

干式制造工艺是一种颇为直接的制造工艺，在整个制造过程中只采用一种工艺技术，因此其最大优势就在于简化工艺流程，而在工艺流程得以简化后，制造效率、材料投入、成本支出等也会随之下降，说明该工艺符合绿色工艺理念。如某企业在制造液化气船时，针对液化气罐就采用了干式制造工艺，即因为该船中的液化气罐为不规则菱形，所以制造时存在很多转角、圆角钢板加工需求，依照传统工艺技术进行生产比较复杂，但在干式制造工艺下可以使用油压机、专用模具进行冷压弯板处理，能够快速完成整个制造流程，同时冷压弯板技术能够保障钢板质量与力学性能，不必担心因工艺更变造成的质量问题[1]。

2.2 绿色焊接技术

焊接技术是造船工艺中的必要技术，主要负责将各结构稳固连接，因此在船舶结构设计当中必须将焊接技术纳入考虑，有必要根据设计需求提出合理的焊接方案。但以往船舶结构设计过于注重焊接质量，忽略了焊接技术造成的污染、能耗及稳定性问题，使得以往造船工艺中焊接技术频繁出现污染严重、能耗大及因不稳定导致工艺反复、结构报废等问题，显然不符合绿色工艺理念。而绿色焊接技术可借助现代信息技术来实施，主要特征与应用方式为：其一，在现场设立信息技术控制终端，并将现场所有自动焊接设备与终端连接，使终端可以对设备进行控制，同时监控设备的参数变化;其二，在自动焊接设备运作之前，人工需要在控制终端对各设备的焊接参数进行标准化设置（标准参数来源于船舶结构设计），主要参数项包括焊接温度、焊接熔池深度、焊接位置坐标、焊接时长等，面对不同自动焊接设备可以根据需求设置不同参数，使整体焊接趋于完善;其三，在自动焊接设备运作过程中，人工可以借助传感器在控制终端观察各设备当前参数变化，如果发现某设备参数发生异常，开始向不利方向发展，则可以针对这一设备重新设置标准参数，使其恢复正常，保障焊接顺利完成。该项技术有效降低了焊接对人工的依赖，这样人工的误差性、不稳定性就不会对焊接质量造成影响，提高了焊接质量稳定性，同时因为整个焊接过程中所有焊接设备的参数都符合标准，所以能耗、污染现象也趋于最小化，符合绿色工艺理念。

2.3 绿色涂料技术

因为船舶在实际运行过程当中会与水体接触，且有相当一部分会长时间处于水下环境，所以船舶外部上的缝隙可能导致水体进入船内，这不但会导致船舶外部缝隙周边生锈，还存在沉船风险。因此，在船舶结构设计中就要通过涂料来加强外部防水性。但以往船舶结构设计更重视涂料性能，忽略了涂料喷涂时的相关污染，如喷涂时涂料中的细小颗粒将飘散到空气中，容易被操作人員吸入体内，而这些颗粒大多为化学物质，显然是对人体有害的，因此被吸入后会威胁到操作人员的身体健康，同时操作人员在喷涂过程中只能依靠以往经验与感觉去把控涂料厚度等质量参数，很难保障整体喷涂质量，无法发挥涂料全面作用。针对这一情况，在绿色造船工艺中就出现了绿色涂料技术，该项技术为自动式，同样可以通过信息化终端进行标准化控制，能避免人工与涂料接触，且标准化控制下能够有效保障喷涂质量，体现出一定的绿色性。此外值得注意的是，虽然涂料喷涂时的细小颗粒不会与人体接触，但依旧会在空气中飘散，可能造成环境污染，因此建议让该项技术在封闭式环境中运作，避免细小颗粒进入外部空气环境，且定期对封闭式环境进行清理，以消除环境污染问题[2]。

3 绿色造船工艺应用时的注意事项

3.1 材料的合理选择

造船材料是绿色造船工艺实施对象，其与船舶结构设计质量有一定关系，因此一定要慎重选择，但在选择中除了要重视材料本身质量以外，也不能忽略其是否存在污染性，结合绿色工艺理念，所选材料必须同时兼顾质量与环保性。符合绿色工艺理念的材料普遍具有无毒、可回收、不易分解、使用寿命长四大特征，因此绿色造船工艺材料选择中要尽可能选择符合这四大特征的材料，尤其是无毒，所选材料必须具备这一特征，否则很容易造成严重污染，例如某造船工艺中就因为选择了有毒材料，导致造船时材料掉入海中，使得周边海域海洋生物大面积死亡，所以材料必须是无毒的，而其余三大特征在条件不允许的情况下可以舍弃。

3.2 船舶设计方案质量把控

船舶结构设计方案是绿色造船工艺的应用方向，如果设计方案本身存在问题，则工艺实施成果就会出现偏差，很容易造成严重的成本、资源浪费，不符合绿色工艺理念。因此为了避免这一现象发生，建议在绿色造船工艺正式实施之前，先采用BIM类的技术对船舶设计方案进行质量检验，确保其中没有质量问题后再开始工艺制造。

4 结语

综上所述，本文对绿色造船工艺在船舶结构中的设计及应用进行了分析研究，阐述了绿色造船工艺特征与优点、应用方式及注意事项。通过分析研究可知，绿色造船工艺在船舶结构中应用价值突出，不但能提高船舶质量，还能避免一系列不符合绿色理念的事件发生，但要做到这一点就要采用正确的方法。而文中提出的应用方式就能充分发挥绿色造船工艺的效用，实现以上目的，加之对注意事项的把控与规避，能够有效提高船舶结构设计绿色性，且对质量作出保障。

参考文献：

[1] 苏如宗.船舶建造工艺发展现状及分析对策[J].大科技，2016 （03）：222.

[2] 盛同范，徐传林.基于绿色造船的涂装保留技术在大型集装箱船上的应用[J].中外船舶科技，2019，118（03）：29-35.

福建省白马船厂，福建 宁德