船舶空船重量控制方案研究

王少華　孫楠　向登勇　仲繼虹

摘? ? 要：船舶的載重量是船舶的重要技術(shù)指標。船舶載重量為船舶最大排水量與空船重量的差值，在船舶主尺度、型線和總體布置確定后，船舶的最大載重量也基本確定。如何保證船舶的載重量滿足建造合同要求，在優(yōu)化設計及建造過程中對空船重量進行有效監(jiān)控顯得尤其重要。

關鍵詞：空船重量;過程控制;布置優(yōu)化;數(shù)據(jù)統(tǒng)計

中圖分類號：U673.2? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract：? The deadweight of a ship is an important technical index of a ship. The deadweight of a ship is the difference between the maximum displacement of a ship and the lightship weight. After the determination of the ship's principle dimensions， lines and general arrangement of the ship， the maximum deadweight of the ship is basically determined. In order to ensure that the deadweight of the ship meet the requirements of the construction contract， it is particularly important to effectively monitor the lightship weight in the process of optimizing design and construction.

Key words： Lightship weight; Process control; Arrangement optimization; Data statistics

1? ? 前言

船體結(jié)構(gòu)重量是組成船舶空船重量的重要部分，通過有效方法對船體結(jié)構(gòu)重量進行有效控制，將對空船重量控制起到重要作用。

船舶設計是一個集總體、結(jié)構(gòu)、內(nèi)裝、外舾裝、通風、甲板機械、輪機、電氣等多個專業(yè)的系統(tǒng)工程，需要通過各個專業(yè)協(xié)調(diào)作業(yè)，共同實現(xiàn)降低空船重量的目標。

在船舶建造過程中，對船舶空船重量要進行過程控制。如：分段建造過程中對鋼材使用的嚴格控制;設備訂貨階段對設備重量的嚴格約束;生產(chǎn)設計管路和電纜走向的設計優(yōu)化;對分段、大型設備等進行嚴格的稱重記錄等。以達到在建造過程中對空船重量時時監(jiān)控，從而更有效地進行空船重量控制。

2? ? 空船重量控制方法

2.1? 優(yōu)化主船體結(jié)構(gòu)

通過有限元計算，對各區(qū)域的結(jié)構(gòu)或加強進行局部或整體計算分析，以便進行強度的檢查和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。對于計算結(jié)果不理想的區(qū)域適當進行結(jié)構(gòu)加強，使其滿足規(guī)范計算要求;而對于結(jié)構(gòu)強度富裕的區(qū)域，需根據(jù)計算結(jié)果進行構(gòu)件折減，以提高結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性。

2.2? 優(yōu)化設備底座的甲板下加強

主機、推進器、輔機、錨泊、系泊、拖帶以及甲板起重設備需做甲板反面加強結(jié)構(gòu)，應采用有限元軟件輔助計算，對加強結(jié)構(gòu)強度做定量分析，使加強結(jié)構(gòu)既滿足設備的載荷要求，又避免構(gòu)件尺寸過大。

2.3? 優(yōu)化型材選用

（1）通過比較分析，同樣剖面模數(shù)的球扁鋼、扁鋼的橫截面積要低于不等邊角鋼，因此在結(jié)構(gòu)設計中，橫梁、肋骨、縱骨、扶強材等次要結(jié)構(gòu)采用球扁鋼、扁鋼能有效降低次要構(gòu)件的重量，從而減輕全船的結(jié)構(gòu)重量;

（2）研究證明：對T型材采用增加腹板高度以增加剖面模數(shù)比用增加面板面積來增加剖面模數(shù)的效果更為顯著。在設計中有時為了滿足T型材與周圍結(jié)構(gòu)的過渡關系增加了T型材高度而造成結(jié)構(gòu)重量增加，應在設計中通過增加端部肘部或端部局部放大形式;另外，T型材構(gòu)件的加高勢必造成船舶艙室空間的壓縮，所以設計時應注意加高T型材與管子、風管、電纜以及設備可能造成的干涉情況，并考慮艙室的層高，各專業(yè)間統(tǒng)一協(xié)調(diào)。

2.4? ?刪除冗余結(jié)構(gòu)

（1）縱骨及縱桁等構(gòu)件穿越無水密和無A級防火分隔要求的艙壁時，水密補板可取消;

（2）橫梁穿越縱桁或縱骨穿越強橫梁時，一般為每隔4個肋位或4個縱骨間距設置強構(gòu)件面板防傾肘板，應避免縱桁或強橫梁的防傾肘板過于密集;

（3）防火區(qū)域劃分圖明確為B、C級耐火分隔的艙壁，應取消此處的鋼質(zhì)艙壁;

（4）上建各層甲板下的強橫梁和縱桁可有效地支撐各層甲板負荷，有時為避免船體振動等因素可能會在甲板下設置支撐立柱，應通過振動計算盡量減少立柱數(shù)量;

（5）室內(nèi)的斜梯一般搭接在上下兩個平臺上進行焊接固定即可滿足人員上下的載荷要求，不需要在斜梯背面再設置與斜梯平行的背板，上下艙室有水密分隔要求的除外。

2.5? 優(yōu)化設備配置

發(fā)電機、推進器、錨機、吊機、移貨絞車、泵等大型設備訂貨時，在收到供應商提供的技術(shù)協(xié)議（TP/TA）后，技術(shù)主管部門應對照不同設備廠家的設備重量進行綜合評價，并作為設備選擇的重要指標。

2.6? 優(yōu)化舾裝件、內(nèi)裝材料、管線及電纜布置

（1）主甲板露天區(qū)域處、甲板機械處，所處選擇玻璃鋼格柵和鋁制花崗板等輕質(zhì)材料，降低鐵舾件重量;

（2）公共場所家具，選擇鋁蜂窩材質(zhì)，降低家具重量;

（3）采用獨立式風管替代結(jié)構(gòu)風道;

（4）采用輕質(zhì)材料的舾裝件標準，并對平臺通道、系泊舾裝件及其布置進行優(yōu)化;

（5）自制箱體或其他自制件，使用輕型規(guī)格;

（6）全船隔熱絕緣材料，采用輕型材質(zhì);

（7）供水管線上層建筑冷水管采用PE管，熱水管采用PB管;

（8）海水冷卻系統(tǒng)、消防系統(tǒng)，采用鎳銅材質(zhì);

（9）主要管線采用維特利接頭，降低管線附件重量;

（10）風管盡可能選用螺旋風管，降低方管使用率;

（11）電纜托架采用鎂鋁合金材料，減少鋼質(zhì)電纜托架的使用率;

（12）優(yōu)化主干電纜走向、簡化相關電氣的配置，減少電舾件和電纜的用量;

（13）管路放樣中，盡可能的減少管路繞路的情況，合理選擇管子直徑和壁厚，從而達到減重的目的。

3? ? 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

3.1? 各專業(yè)目標重量

在生產(chǎn)設計前期，根據(jù)建造合同的載重噸要求，制定空船重量目標值。船體結(jié)構(gòu)、輪機、電氣、舾裝、內(nèi)裝、管系和通風專業(yè)，根據(jù)詳細設計圖紙和以往的設計經(jīng)驗及設計院和廠家提供的信息，對結(jié)構(gòu)形式、機艙布置、設備選型等情況對各專業(yè)的重量進行綜合分析和合理分配。

隨著詳細設計圖紙的不斷深化和設備資料的日趨完善，各專業(yè)的目標重量也在不斷的更新。當發(fā)現(xiàn)本專業(yè)重量數(shù)據(jù)確實需要調(diào)整時，可對重量控制目標進行調(diào)整，比如：

（1）總布置圖有重大修改。如增加艙室、增加設備或其他布置方面的修改;

（2）船級社入級修改所引起的結(jié)構(gòu)板厚增加、管路布置增加、防火分隔增加等;

（3）設備廠家和設備型號變更引起的重量變更;

（4）在制定目標重量時，有個別項目遺漏或出現(xiàn)嚴重偏差;

（5）在滿足規(guī)格書、合同及規(guī)范情況下，現(xiàn)場船東和船檢提出的修改所引起的重量增加;

（6）其它原因引起的船舶重量增加。

3.2? 各專業(yè)重量統(tǒng)計

輪機、電氣和舾裝專業(yè)，可根據(jù)設備認可資料等信息將重量定為確定重量或預估重量;結(jié)構(gòu)、通風、鐵舾件和管路等生產(chǎn)設計項目，可則根據(jù)生產(chǎn)設計進度將重量定為確定重量或預估重量。見表1輪機部分重量控制表。

3.3? 各專業(yè)重量變更記錄

各專業(yè)的重量控制分表完成后，在生產(chǎn)設計階段要嚴格監(jiān)控各專業(yè)中每一項的重量變化，其中包括：

（1）對結(jié)構(gòu)模型重量進行更新;

（2）根據(jù)設備資料更新設備重量;

（3）根據(jù)生產(chǎn)設計管路、電纜、鐵舾件等重量進行時時更新;

（4）根據(jù)生產(chǎn)設計完成情況將預估重量更新為確定重量。

3.4? 空船重量差異統(tǒng)計

將各專業(yè)統(tǒng)計更新的空船重量進行空船重量的匯總，并逐項與目標重量進行對比，對重量超出目標重量的部分進行原因分析并及時采取措施進行重量控制。

3.5? ?分段、設備稱重記錄

分段完工后，對分段進行稱重并形成記錄表;設備到貨入庫檢驗階段，對設備重量進行稱重檢測并形成記錄表，對重量超出部分較多的設備進行原因核查，并與物資部共同與設備廠商協(xié)商解決措施。

4? ? 結(jié)束語

在基本設計和詳細設計階段，對船體結(jié)構(gòu)布置、艙室布置、設備選型等方面的設計將很大程度上決定了船舶的空船重量：生產(chǎn)設計前期準備階段，對船舶結(jié)構(gòu)、輪機設備、管系、電氣、通風和舾裝的重量進行預估是十分必要的，這將為船舶空船重量的過程控制提供數(shù)據(jù)基礎;生產(chǎn)設計階段，各專業(yè)設計人員需嚴格控制空船重量，在滿足規(guī)范和使用要求的情況下，盡可能的優(yōu)化布置、減輕重量，并根據(jù)生產(chǎn)設計進度對各專業(yè)的重量統(tǒng)計進行時時更新及監(jiān)控;現(xiàn)場生產(chǎn)階段，管理人員需嚴格管控現(xiàn)場生產(chǎn)，防止材料濫用等情況的發(fā)生，同時在設備稱重和分段稱重方面準確記錄，對有問題的部分及時反饋以便及時解決。

參考文獻

[1]顧敏童.船舶設計原理[M].上海：上海交通大學出版社，2001.

[2]陳可越.船舶設計實用手冊（總體分冊）[M].北京：中國交通科技出版社，2007.