淺談綠色制造工藝在船舶結(jié)構(gòu)中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王金雙 張宇 李鵬

摘要：綠色船舶是破解船舶污染的治本之策。船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中借助綠色制造工藝能夠?qū)崿F(xiàn)資源能源的節(jié)約和環(huán)境保護(hù)。綠色船舶的設(shè)計(jì)與制造日益成為船舶行業(yè)的綠色標(biāo)準(zhǔn)，本文通過分析綠色船舶的內(nèi)涵，分析了綠色工藝在船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用，以期保障船舶的功能性并促進(jìn)綠色船舶的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：綠色船舶;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);應(yīng)用

前言

船舶工業(yè)發(fā)展直接關(guān)系到國(guó)防安全以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?fàn)顩r。早在黨的十八大召開時(shí)，已經(jīng)對(duì)海洋發(fā)展極其重視，要求建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)，努力提高海洋資源開發(fā)能力，加快發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)。經(jīng)過這些年的努力發(fā)展，國(guó)家對(duì)于海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重視程度只增不減，在黨的十九大報(bào)告中進(jìn)一步提出要加快建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)，對(duì)海洋強(qiáng)國(guó)的建設(shè)速度有了更高的要求。實(shí)現(xiàn)“中國(guó)制造2025”需要大力發(fā)展節(jié)能環(huán)保新產(chǎn)品，提高資源利用效率。因此，掌握我國(guó)船舶綠色制造工藝，走綠色船舶的發(fā)展道路，對(duì)于促進(jìn)船舶企業(yè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要作用。

1綠色船舶的內(nèi)涵

綠色船舶是指在船舶設(shè)計(jì)、制造、營(yíng)運(yùn)的整個(gè)壽命周期內(nèi)，通過應(yīng)用“綠色”技術(shù)，在確保船舶質(zhì)量、滿足船舶的使用功能基礎(chǔ)上，最大程度上實(shí)現(xiàn)低能耗、低排放、低污染;高能效、安全健康的功能目標(biāo)。其基本內(nèi)涵為：船舶設(shè)計(jì)選用無毒無害材料，并盡量選用較少類型、可再生材料，使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化;船舶制造使用性能優(yōu)良的材料，先進(jìn)的制造工藝，以降低加工難度和廢品率，減少能源消耗，減少?gòu)U料污染;船舶運(yùn)營(yíng)要盡量控制排放物和廢氣排放量，減少有毒有害氣體污染環(huán)境，防止燃料油、有害液體的泄漏，嚴(yán)格控制艙底油的卸載，同時(shí)采取控制噪聲的措施，減少噪聲污染。

2綠色制造在船舶結(jié)構(gòu)中的設(shè)計(jì)

2.1框架設(shè)計(jì)

針對(duì)綠色船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說，應(yīng)該全面實(shí)現(xiàn)船體框架的優(yōu)化，在對(duì)能源和資源應(yīng)用情況進(jìn)行思考的基礎(chǔ)上，結(jié)合船舶框架以及規(guī)模加以科學(xué)設(shè)定，盡量提高船舶運(yùn)行效率，保證船舶運(yùn)行的平穩(wěn)度，提升船舶承載能力，確保船舶運(yùn)行安全。

2.2節(jié)能設(shè)計(jì)

鑒于綠色船舶節(jié)能設(shè)計(jì)，首先，應(yīng)該給予新型能源開發(fā)和應(yīng)用充分注重，例如全面應(yīng)用風(fēng)能、太陽能等，將新型能源在船舶節(jié)能設(shè)計(jì)中的效果充分激發(fā)。其次，可以選擇提升促進(jìn)優(yōu)化的方式，例如尋找具備高效性以及節(jié)能性的優(yōu)化推行形式，促進(jìn)優(yōu)化推動(dòng)效果的提升。船舶在馳航的過程中，通常都會(huì)遇到遠(yuǎn)航動(dòng)力供應(yīng)不足的情況。太陽能光電系統(tǒng)是一種電子技術(shù)的逆變電源，可靠性高使用壽命長(zhǎng)，不僅能夠獨(dú)立發(fā)電又能并網(wǎng)運(yùn)行。相比常規(guī)的特性發(fā)電機(jī)而言，光電系統(tǒng)在受到外界無先兆壓力時(shí)，僅產(chǎn)生很小的變形和斷裂破壞。

此外，注重燃油材料應(yīng)用效率，例如應(yīng)用現(xiàn)代化燃油應(yīng)用技術(shù)，保證燃油的高效應(yīng)用，以此達(dá)到節(jié)能的目的。最后，重視能源循環(huán)應(yīng)用技術(shù)，例如回收廢棄再利用技術(shù)以及分離廢棄物再利用技術(shù)等，從而起到綠色船舶節(jié)能設(shè)計(jì)的優(yōu)化和完善。

2.3綠色材料的應(yīng)用

（1）新型環(huán)保涂料。即采用低污染、省資源、低能耗的綠色涂料。船舶外板水線以下涂料，應(yīng)用具有只驅(qū)趕不殺滅海洋生物的性能，既能防止海洋生物附著又不污染海洋的綠色環(huán)保涂料。新型涂料不僅具有一般保護(hù)作用，還具有減阻性能，壓載艙新型涂層可實(shí)現(xiàn)減少噴涂次數(shù)而達(dá)到膜厚要求。

（2）焊接材料。原始焊接材料中存在大量的助焊藥劑，并且助焊藥劑往往需要在高溫環(huán)境下進(jìn)行，將會(huì)使得部分有害氣體揮發(fā)到空氣中，給施工人員的身體造成一定影響，并導(dǎo)致環(huán)境污染。而在綠色制造理念的作用下，在進(jìn)行綠色船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，選擇的焊接材料應(yīng)該具備低煙低毒特性，并應(yīng)用現(xiàn)代化的焊接方式和工藝，將焊接材料自身的作用和功效充分發(fā)揮。

（3）絕緣材料。在我國(guó)船舶工作中，應(yīng)用的傳統(tǒng)絕緣材料一般以玻璃棉、礦棉等材料為主，這些傳統(tǒng)絕緣材料在舍棄之后，無法全面處理和降解，給周圍土壤以及水源等帶來嚴(yán)重影響。因此，不可在綠色船舶設(shè)計(jì)中運(yùn)用該項(xiàng)絕緣材料。在綠色船舶絕緣材料選擇的過程中，應(yīng)該注重對(duì)絕緣材料環(huán)保性以及技術(shù)性的思考，盡量選擇現(xiàn)代化環(huán)保絕緣材料，以保證船舶工程框架滿足綠色環(huán)保設(shè)計(jì)需求。

2.4船舶標(biāo)準(zhǔn)及模塊化設(shè)計(jì)

（1）船舶標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。采用這一設(shè)計(jì)模式可以實(shí)現(xiàn)船體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在選用船舶工程構(gòu)件上，根據(jù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)格選擇，能夠防止由于不科學(xué)采用而產(chǎn)生的浪費(fèi)和消極影響，而且標(biāo)準(zhǔn)化采用零部件及材料能夠最大程度發(fā)揮其自身特性，對(duì)于材料相互銜接運(yùn)用有著積極作用，從而促進(jìn)船體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，最大化資源利用率，符合節(jié)能環(huán)保的設(shè)計(jì)理念。

（2）船舶模塊化設(shè)計(jì)。綠色設(shè)計(jì)過程中采用模塊化設(shè)計(jì)對(duì)于提高工作效率和質(zhì)量有著很大的作用。由于逐一進(jìn)行分裝的過程中會(huì)消耗大量的人力、物力，影響設(shè)計(jì)成本，而模塊化設(shè)計(jì)能夠有效解決這一問題，促進(jìn)人盡其能、物盡其用，同時(shí)能夠緩解噪音污染現(xiàn)象，有助于設(shè)備實(shí)現(xiàn)及時(shí)更新，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化整合，最終達(dá)到船舶設(shè)計(jì)綠色化發(fā)展的目的。

2.5實(shí)現(xiàn)綠色船舶要以綠色船舶制造工藝為基礎(chǔ)，綠色船舶制造工藝和綠色船舶制造有著較大的關(guān)系。由于CSR（國(guó)際船級(jí)社協(xié)會(huì)的共同結(jié)構(gòu)規(guī)范）和HCSR（散貨船、油船協(xié)調(diào)共同結(jié)構(gòu)規(guī)范）等對(duì)結(jié)構(gòu)的要求較高，會(huì)增加制造船舶的經(jīng)濟(jì)成本和原材料的浪費(fèi)，需要利用綠色船舶設(shè)計(jì)工藝，也就是輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)。例如在各個(gè)區(qū)域大力使用高強(qiáng)度鋼來減輕船舶結(jié)構(gòu)重量，且要優(yōu)化船體結(jié)構(gòu)中的肋距或縱骨距，對(duì)各個(gè)疲勞節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有效地輕量化創(chuàng)新來降低船體結(jié)構(gòu)的重量，且能保證船舶結(jié)構(gòu)的安全性，該工藝既可以滿足對(duì)船舶結(jié)構(gòu)性能高的要求，還做到了節(jié)能環(huán)保。

3綠色制造工藝的應(yīng)用

3.1工藝模擬制造

在制造綠色船舶的過程中，工藝模擬制造一般用于水火彎板等加熱加工過程中。而在傳統(tǒng)的船舶制造工藝中，采用先實(shí)驗(yàn)后模擬的做法，而在綠色船舶制造中利用工藝模擬可以在制造前獲得各個(gè)機(jī)構(gòu)的參數(shù)，從而確定船舶的生產(chǎn)參數(shù)，既可以提高生產(chǎn)效率，還可以節(jié)約材料的浪費(fèi)，同時(shí)還可以提前發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的不足，及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)救，從而提高船舶的質(zhì)量。通過三維模擬圖，可以更為清楚地找到工藝設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行詳細(xì)模擬與設(shè)計(jì)，不僅增強(qiáng)了設(shè)計(jì)精度，也降低了多次設(shè)計(jì)制造造成的環(huán)境污染與影響。

3.2綠色焊接技術(shù)

在船舶制作過程中起到關(guān)鍵作用的是焊接，焊接技術(shù)的好壞直接關(guān)系到船舶的質(zhì)量。在綠色船舶制造技術(shù)中使用綠色焊機(jī)技術(shù)也可以較大程度地改善船舶制造業(yè)中存在的問題。目前在船舶制造業(yè)中，綠色焊接技術(shù)是指利用綠色環(huán)保焊接的方式去焊接和制造綠色的船舶，從而實(shí)現(xiàn)在綠色船舶領(lǐng)域內(nèi)節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。綠色焊接技術(shù)的高效焊接工藝?yán)萌刍瘶O氣體保護(hù)焊，在焊接過程中有效地降低了煙塵的排放，也是一種易掌握、高效率、節(jié)能的機(jī)械焊接工藝。此外，在綠色焊接技術(shù)中還有較多的焊接工藝既可以提高焊接質(zhì)量，也可以達(dá)到環(huán)保節(jié)能的效果。同時(shí)，利用機(jī)械化的焊接方式可以較大程度提高工作效率，從而提高焊接自動(dòng)化程度。這樣的焊接方式較大程度地提高了焊接效率和焊接質(zhì)量，也為實(shí)現(xiàn)綠色船舶制造提供了保障。

3.3精度造船技術(shù)

當(dāng)下，在綠色船舶制造的過程中，采用精度造船技術(shù)可以較大程度地做到節(jié)能和環(huán)保。精度造船技術(shù)可以使船體的建造參數(shù)更加標(biāo)準(zhǔn)，以先進(jìn)的技術(shù)和工藝為船體各個(gè)部件進(jìn)行精度制造，降低返工和后期修改的工作，一定程度上可以降低制作船體材料浪費(fèi)，從而實(shí)現(xiàn)以綠色環(huán)保來發(fā)展船舶制作業(yè)。

結(jié)語

在進(jìn)行船舶設(shè)計(jì)制造的過程中，會(huì)消耗大量能源，同時(shí)會(huì)給周圍環(huán)境帶來嚴(yán)重污染。為了給人們營(yíng)造良好的生態(tài)環(huán)境，就要把綠色制造理念運(yùn)用到船舶設(shè)計(jì)中，在減少能源消耗的基礎(chǔ)上，提升制造效率和水平。

參考文獻(xiàn)

[1]劉時(shí)進(jìn).綠色制造工藝在船舶結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[J].綠色科技，2018（16）：271-272.

（作者單位：1.大連中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司;2.大連大山結(jié)晶器有限公司;3.展翔海事（大連）有限責(zé)任公司船業(yè)分公司）