淺談PSPC對(duì)海洋平臺(tái)供應(yīng)船結(jié)構(gòu)送審設(shè)計(jì)的影響

趙建華　李巖

摘 要：針對(duì)PSPC新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)制性實(shí)施，船體結(jié)構(gòu)送審設(shè)計(jì)需要做一些改進(jìn)性的措施，以降低船廠施工的難度和強(qiáng)度，從設(shè)計(jì)源頭上減小壓載艙涂裝工作強(qiáng)度，最大程度降低造船成本，提高造船能力。

關(guān)鍵詞：PSPC；壓載艙；涂裝；打磨；結(jié)構(gòu)送審設(shè)計(jì)

2006年12月8日，在土耳其伊斯坦布爾召開(kāi)的國(guó)際海事組織（IMO）海上安全委員會(huì)第82次會(huì)議（MSC82）上，正式通過(guò)了《船舶專用海水壓載艙和散貨船雙舷側(cè)處所保護(hù)涂層性能標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡(jiǎn)稱“PSPC ”Performance Standard for Protective Coatings）。

1 PSPC標(biāo)準(zhǔn)概述

當(dāng)前，世界范圍內(nèi)每年都有不勝枚舉的由于壓載艙腐蝕而造成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低后致使的海難事件，造成了巨大的人員及經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也對(duì)國(guó)際海洋環(huán)境造成污染。IMO在各船東國(guó)的強(qiáng)烈要求的壓力下制定并出臺(tái)了《船舶專用海水壓載艙和散貨船雙舷側(cè)處所保護(hù)涂層性能標(biāo)準(zhǔn)》。本規(guī)范的目的是使壓載艙涂層能夠達(dá)到15年的目標(biāo)有效期限，以減少船體的腐蝕。

2 標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行時(shí)間和范圍

（1）500總噸以上所有類型船舶專用壓載艙（包括雙層底壓載艙，邊壓載艙及艏艉壓載艙等）和船長(zhǎng)在150m長(zhǎng)度以上的散貨船雙舷側(cè)處所；（2）簽訂建造合同日期在2008年7月1日及以后的船舶；（3）如沒(méi)有簽訂建造合同的，在2009年1月1日及以后鋪龍骨的船舶；（4）在2012年7月1日及以后交船的船舶。

3 海洋平臺(tái)供應(yīng)船設(shè)計(jì)建造周期現(xiàn)狀，壓載艙分布及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

因目前全球海洋鉆井平臺(tái)的建造猛增，導(dǎo)致海洋平臺(tái)供應(yīng)船（以下簡(jiǎn)稱海工船）隨即需求量急劇增加，船東為盡快接船盈利，從而要求船廠造船周期越短越好，迫使此類型船造船周期非常短，快則5到6個(gè)月，通常送審設(shè)計(jì)開(kāi)始后1～2個(gè)月船廠建造就開(kāi)始，形成一個(gè)設(shè)計(jì)。建造和送審幾乎同步進(jìn)行模式，因此有許多因設(shè)備訂貨原因，導(dǎo)致其部分結(jié)構(gòu)需后續(xù)增加，如甲板機(jī)械基座加強(qiáng)等，因此結(jié)構(gòu)送審設(shè)計(jì)無(wú)法保證它的完整性，盡管如此，對(duì)于比較重要的結(jié)構(gòu)部分，還是應(yīng)著重考慮，特別是壓載艙區(qū)域結(jié)構(gòu)的完整性。此區(qū)域考慮的應(yīng)該是設(shè)備基座等加強(qiáng)，如邊壓載艙區(qū)域有系泊設(shè)備，甲板機(jī)械設(shè)備等加強(qiáng)；雙層底壓載艙區(qū)域的內(nèi)底板上機(jī)艙內(nèi)主輔機(jī)基座加強(qiáng)，水泥罐底座加強(qiáng)等等，盡量在送審設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)此結(jié)構(gòu)區(qū)域一并考慮，保證其結(jié)構(gòu)的完整性，避免后續(xù)因部分結(jié)構(gòu)增加破壞分段的涂層，達(dá)不到PSPC標(biāo)準(zhǔn)要求，最終導(dǎo)致返工。

海工船壓載艙主要分布為邊壓載艙，雙層底壓載艙和艏.艉尖壓載艙等。因目前海工船船長(zhǎng)在30～120m之間，船型都比較小，其壓載艙空間狹窄，結(jié)構(gòu)繁瑣，通常邊艙寬度最小1m左右，雙層底艙高最小約0.9m左右，并且普通型材一般選用角鋼（主要原因?yàn)榻卿撓啾惹虮怃搯挝恢亓坷寐矢?，降低船體重量，另外使用角鋼，船舶空間利用率高），如此狹窄的空間和繁瑣的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致施工空間比較小，施工難度大，以及角鋼的設(shè)置造成型材自由邊多，打磨長(zhǎng)度增加，這些是對(duì)PSPC的實(shí)施是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。

4 結(jié)構(gòu)送審設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)PSPC的對(duì)策實(shí)例

顯然，船舶送審設(shè)計(jì)是應(yīng)對(duì)PSPC的源頭，尤其是船舶結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理直接影響到船廠施工，優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將對(duì)船廠施工應(yīng)對(duì)PSPC標(biāo)準(zhǔn)有直接的幫助。

下面從船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)主要典型的優(yōu)化設(shè)計(jì)以應(yīng)對(duì)PSPC：

4.1 邊壓載艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

邊壓載艙結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)空間在船寬方向狹窄，在垂直方向通常設(shè)舷側(cè)肋骨和縱艙壁扶強(qiáng)材，水平方向的水平桁，以及甲板處設(shè)有縱骨，如此狹小的空間和復(fù)雜的舷側(cè)結(jié)構(gòu)設(shè)置，對(duì)船廠焊接，打磨，涂裝符合PSPC標(biāo)準(zhǔn)無(wú)疑是一巨大困難。

設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)對(duì)PSPC策略：

（1）甲板縱骨和舷側(cè)外板縱骨由角鋼改成球扁鋼。優(yōu)點(diǎn)：球扁鋼自由邊少，直接減少自由邊打磨長(zhǎng)度，減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度；另外，同等剖面模數(shù)的球扁鋼和角鋼，球扁鋼腹板高，球頭寬度比角鋼面板寬度小，增大了焊接.打磨及涂裝空間，降低了施工難度；缺點(diǎn)：因同等剖面模數(shù)的球扁鋼和角鋼，球扁鋼單位長(zhǎng)度的重量稍大，從而增加部分船體的重量，但因結(jié)構(gòu)修改僅在壓載艙，對(duì)總的船舶重量影響不大。

（2）綜合考慮此設(shè)計(jì)的優(yōu)化，利大于弊，船東和船廠都可以接受。壓載艙周邊艙壁扶強(qiáng)材朝向改變。扶強(qiáng)材由通常設(shè)置在壓載艙內(nèi)改到艙外或背面其他液艙內(nèi)。優(yōu)點(diǎn)：①直接減少壓在艙縱艙壁的扶強(qiáng)材，大大降低了壓載艙結(jié)構(gòu)，增大了施工空間增加，降低了打磨和涂裝工作強(qiáng)度和難度；②扶強(qiáng)材朝向艙外，如壓載艙緊臨機(jī)艙或者舵機(jī)艙，改變扶強(qiáng)材后，避免將來(lái)因后續(xù)在縱艙壁焊接工作對(duì)壓載艙涂層的破壞，如某些設(shè)備的重量油柜需安裝在縱艙壁，可以直接焊接到機(jī)艙內(nèi)的扶強(qiáng)材上，不會(huì)破壞壓載艙縱壁內(nèi)的涂層；缺點(diǎn)：機(jī)艙由于空間變小，對(duì)機(jī)艙空間放樣有所影響。

綜合考慮此設(shè)計(jì)的優(yōu)化，利遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于弊。

（1）壓載艙上面甲板機(jī)械基座等加強(qiáng)提前考慮，盡量保證此部分結(jié)構(gòu)的完整性，另外結(jié)構(gòu)加強(qiáng)的優(yōu)化處理，如使用用扁鐵或球扁鋼加強(qiáng)，避免采用角鋼和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式，也是對(duì)壓載艙涂裝工作有幫助；（2）流水孔透氣孔的布置在滿足規(guī)范要求下盡量少并且注意位置布置；漸少打磨工作量，以及避免死角，降低涂裝工作難度。

4.2 雙層底壓載艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

雙層底壓載艙結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：雙層底層高較低，最小約0.9m左右，導(dǎo)致施工空間狹小，并且肋板有扶強(qiáng)材，以及減輕空. 貫穿孔.流水孔和透氣孔的布置繁瑣，都會(huì)給結(jié)構(gòu)的打磨涂裝帶來(lái)困難。

設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)對(duì)PSPC策略：

（1）取消肋板的扶強(qiáng)材，合理布置肋板上開(kāi)孔（減輕空，貫穿孔，流水孔和透氣孔）。此結(jié)構(gòu)形式最大程度地改善了雙層底結(jié)構(gòu)內(nèi)施工空間，施工強(qiáng)度及施工難度，是比較好的優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)船廠來(lái)講幾乎全都是有利的，只是對(duì)送審設(shè)計(jì)來(lái)講，增加了部分工作量。

現(xiàn)就設(shè)計(jì)對(duì)此結(jié)構(gòu)形式作簡(jiǎn)單概述：取消肋板扶強(qiáng)材的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因規(guī)范對(duì)此形式?jīng)]有明確的直接計(jì)算條款，屬于規(guī)范中特殊結(jié)構(gòu)形式，需作具體結(jié)構(gòu)分析（to be considered case-by-case）。因不同位置肋板受力形式及大小不同，需作不同位置的受力分析，但就肋板強(qiáng)度要求分析，主要研究其屈服強(qiáng)度和屈曲分析即可，根據(jù)其受力及不同位置，可創(chuàng)建局部雙層底肋板結(jié)構(gòu)有限元模型進(jìn)行受力分析，圖3和4是對(duì)屈服強(qiáng)度和屈曲有限元分析的實(shí)船建模截圖。

取消肋板的扶強(qiáng)材的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式雖然給結(jié)構(gòu)送審設(shè)計(jì)工作增加了部分工作量，但大大減少了生產(chǎn)設(shè)計(jì)及船廠施工工作量，對(duì)造船整個(gè)過(guò)程是非常大的幫助；

（2）提前考慮雙層底壓載艙區(qū)域內(nèi)底板上設(shè)備基座加強(qiáng)，盡量保證此部分結(jié)構(gòu)的完整性，避免后續(xù)結(jié)構(gòu)增加對(duì)涂層的破壞，防止返工；優(yōu)化內(nèi)底板上設(shè)備基座加強(qiáng)，降低雙層底艙內(nèi)施工難度，如用扁鐵或球扁鋼加強(qiáng)，避免實(shí)用角鋼和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式。

4.3 艉壓載艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）甲板縱骨選用自由邊少的球扁鋼；（2）盡量減少朝向壓載艙的扶強(qiáng)材；（3）提前考慮尾部分段上設(shè)備基座加強(qiáng)，保證其結(jié)構(gòu)的完整性。（4）流水孔透氣孔的布置在滿足規(guī)范要求下盡量少并且注意位置布置；漸少打磨工作量，以及避免死角，降低涂裝工作難度；

5 結(jié)語(yǔ)

本文是根據(jù)目前海工船舶送審設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)部分為應(yīng)對(duì)PSPC標(biāo)準(zhǔn)作出的幾點(diǎn)簡(jiǎn)單切實(shí)可行的優(yōu)化方案，分別對(duì)舷側(cè)壓載艙，雙層底壓載艙和艉壓載艙作出簡(jiǎn)單的描述性優(yōu)化方案，希望對(duì)目前在建或?qū)⒁ㄔ斓念愃拼吞峁┮恍┧悸泛蛦l(fā)。隨著設(shè)計(jì)人員對(duì)PSPC標(biāo)準(zhǔn)的不斷深入認(rèn)識(shí)，相信必將會(huì)在船舶設(shè)計(jì)，特別是結(jié)構(gòu)送審設(shè)計(jì)中不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及研發(fā)新的結(jié)構(gòu)形式，以更好的應(yīng)對(duì)PSPC標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，提高我國(guó)造船能力和水平。

參考文獻(xiàn)

[1]何秀容.75m海洋平臺(tái)供應(yīng)船生產(chǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案[J].機(jī)電技術(shù)，2013，（4）：126-128.

[2]現(xiàn)代造船模式研究的應(yīng)用研究[D].上海船舶工藝研究所，2007.

（作者單位：1.青島遠(yuǎn)洋船員職業(yè)學(xué)院 航海系；2.青島遠(yuǎn)洋船員職業(yè)學(xué)院 機(jī)電系）