船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建造細(xì)節(jié)優(yōu)化處理研究

鹿雙龍，劉重慶，董立玉

（招商局郵輪制造有限公司，江蘇 南通 226000）

0 引言

船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)好壞直接影響船舶與海洋工程建造質(zhì)量，并對(duì)船舶建造產(chǎn)業(yè)以及水路運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)有著深遠(yuǎn)影響。而對(duì)船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，則能為船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，繼而為保障船舶建造質(zhì)量提供便利，這正是本文圍繞船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開(kāi)展具體研究的原因所在。

1 船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念及要求

1.1 船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念

在對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)船體結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況進(jìn)行分析。按照船體建造任務(wù)量來(lái)看，船體結(jié)構(gòu)的建造量是整個(gè)船體建造量的一半，船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)好壞，將直接影響整個(gè)船體建造質(zhì)量，而且船體結(jié)構(gòu)建造十分復(fù)雜，所涉及的內(nèi)容較多，使得船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)綜合性較高，所以為了確保船體建造質(zhì)量，使船舶性能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)人員在對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須了解相關(guān)知識(shí)，并加強(qiáng)與其他專業(yè)之間的聯(lián)系，以此來(lái)確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，使船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合相關(guān)要求。

不僅如此，在建造船體結(jié)構(gòu)時(shí)，需要明確建造要求，并根據(jù)工程的具體情況科學(xué)、合理設(shè)計(jì)船體結(jié)構(gòu)，從而為船舶建造打下基礎(chǔ)。同時(shí)設(shè)計(jì)人員還要加強(qiáng)與管理人員的溝通，使管理人員能夠按照設(shè)計(jì)方案對(duì)整個(gè)船體建造工程進(jìn)行管理，以此來(lái)保障船舶質(zhì)量。

1.2 船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

船體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要總布置圖、典型結(jié)構(gòu)剖視圖、結(jié)構(gòu)施工圖、工藝圖等[1]。在對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先要確保船體結(jié)構(gòu)的性能符合標(biāo)準(zhǔn)，然后再考慮船體結(jié)構(gòu)的外觀。因此，在對(duì)船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須要遵循船體穩(wěn)固這一理念，以此來(lái)確保船舶建造質(zhì)量，避免船舶在航行過(guò)程中出現(xiàn)安全隱患。同時(shí)，在設(shè)計(jì)時(shí)要以力學(xué)原理為基礎(chǔ)，使船舶結(jié)構(gòu)符合力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，并充分考慮到船舶在航行過(guò)程中可能受到的影響，以此來(lái)提高船舶性能，使船舶結(jié)構(gòu)能夠應(yīng)對(duì)各種極端天氣，保證航行安全。

不僅如此，需要根據(jù)船舶的實(shí)際情況，科學(xué)、合理設(shè)計(jì)船舶結(jié)構(gòu)的承重能力，使其符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，避免出現(xiàn)安全隱患。另外，在設(shè)計(jì)船體結(jié)構(gòu)外形時(shí)，應(yīng)該遵循力學(xué)原理，從而有效提高船舶航行動(dòng)力。

除此之外，為了確保船體結(jié)構(gòu)具有良好的穩(wěn)定性，在對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行建造時(shí)，要選擇適合的施工技術(shù)和施工材料，保障船體結(jié)構(gòu)質(zhì)量。例如：在選擇板材時(shí)，應(yīng)根據(jù)船體設(shè)計(jì)的彎曲度進(jìn)行選擇，確保選擇的板材符合設(shè)計(jì)要求。同時(shí)在對(duì)船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，還要考慮到實(shí)用性，并將實(shí)用性這一理念帶入到船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，從而設(shè)計(jì)船體的甲板以及船底等。通過(guò)這種方式可以使設(shè)計(jì)的船舶符合裝載方面的需求，提高船舶裝載能力，而且也能夠使工作人員更好地進(jìn)行貨物方面的操作，在保障工作有序進(jìn)行的前提下，營(yíng)造一個(gè)良好的工作環(huán)境。

2 船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

在對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先，需要對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，并明確整個(gè)船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。其次，設(shè)計(jì)人員還要根據(jù)船舶建造的成本以及船舶設(shè)計(jì)要求從而確定建造材料的型號(hào)，使設(shè)計(jì)的船體結(jié)構(gòu)方案符合相關(guān)要求。最后，要對(duì)船體合成技術(shù)進(jìn)行上報(bào)，讓工作人員能夠按照技術(shù)要求開(kāi)展船體建造工作。同時(shí)，還要使船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案具有實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，并根據(jù)船體設(shè)計(jì)的彎曲度科學(xué)、合理選擇板材，使板材在符合建造要求的同時(shí)，擁有良好的承重性。但需要注意的是，在選擇板材時(shí)，需要結(jié)合船體結(jié)構(gòu)對(duì)重量的要求，盡可能地選擇輕便的板材，這樣可確保板材符合相關(guān)要求。

在對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)合船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及對(duì)于建造技術(shù)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，為整個(gè)船體結(jié)構(gòu)建立一個(gè)框架，為后續(xù)的設(shè)計(jì)工作打下基礎(chǔ)。同時(shí)，需要建立一個(gè)船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙，并對(duì)建造船體結(jié)構(gòu)所使用的材料、設(shè)備、技術(shù)以及建造成本進(jìn)行明確，建立一個(gè)完整的預(yù)算報(bào)告，使管理人員能夠根據(jù)預(yù)算報(bào)告對(duì)船體結(jié)構(gòu)有直觀了解。然后要結(jié)合預(yù)算報(bào)告，設(shè)計(jì)船體的大小以及船體結(jié)構(gòu)，使建造的船舶符合相關(guān)要求。

之后需要對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。但設(shè)計(jì)具體的結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)船體結(jié)構(gòu)建造要求以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并根據(jù)審批意見(jiàn)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)要兼顧船體建造細(xì)節(jié)，對(duì)建造過(guò)程中所使用的施工材料再次進(jìn)行明確，通過(guò)這種方法，不僅可以確保設(shè)計(jì)的合理性，使船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，還可以為后續(xù)的船舶建造提供依據(jù)，使工作人員可以按照設(shè)計(jì)圖紙對(duì)船舶進(jìn)行建造。

最后，要對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)，使船體設(shè)計(jì)方案符合實(shí)際船舶建造情況，使船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足生產(chǎn)要求，并且對(duì)施工材料以及技術(shù)進(jìn)行明確，讓工作人員建造船體結(jié)構(gòu)時(shí)，按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行，避免建造的船舶與設(shè)計(jì)方案之間存在誤差。

3 船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程

船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)為后期建造提供相應(yīng)的輔助支持，這是一項(xiàng)艱難且需要多方配合的繁雜工作，每一步都應(yīng)該安排恰當(dāng)[2]。只有這樣，才能確保后期船舶建造有序進(jìn)行，保證船舶建造質(zhì)量，使其符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。但是，由于船體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且涉及專業(yè)較多，因此在對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，并不會(huì)直接設(shè)計(jì)整個(gè)船體結(jié)構(gòu)，而是將整個(gè)船體結(jié)構(gòu)拆分成幾個(gè)部分，然后按照設(shè)計(jì)要求分別對(duì)不同部分的船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后將所有船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)組合在一起，通過(guò)這種方式，可以有效保障船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，使其符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)階段，船舶建造技術(shù)和設(shè)備不夠完善，無(wú)法滿足船體結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)船體結(jié)構(gòu)時(shí)，沒(méi)有采用分段設(shè)計(jì)的方式，可能會(huì)導(dǎo)致局部結(jié)構(gòu)存在安全隱患，從而影響整個(gè)船舶性能，無(wú)法保證船舶航行安全。雖然將船體結(jié)構(gòu)拆分成幾個(gè)部分會(huì)增加設(shè)計(jì)工作量，還要考慮船體組合、連接等問(wèn)題，但是這種設(shè)計(jì)方法可以降低船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建造的難度，從而使船舶設(shè)計(jì)以及建造更容易實(shí)施，提高船舶建造效率。同時(shí)，為解決船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的生產(chǎn)工藝問(wèn)題，并最終提升船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量，船體設(shè)計(jì)要逐層優(yōu)化，需采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)[3]。

但需要注意的是，在將船體結(jié)構(gòu)拆分成幾個(gè)部分時(shí)，必須要結(jié)合船舶的首尾以及上下結(jié)構(gòu)，科學(xué)、合理地進(jìn)行拆分，確保各部分船體結(jié)構(gòu)的合理性。同時(shí)還要考慮船體結(jié)構(gòu)組合后的完整性，保障船舶建造質(zhì)量，設(shè)計(jì)人員在對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆分時(shí)，必須根據(jù)船體的實(shí)際情況做好規(guī)劃，只有這樣才能最大程度上保證船體結(jié)構(gòu)完整，使船舶建造質(zhì)量符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

除此之外，在對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，還要加強(qiáng)對(duì)船體的設(shè)計(jì)，使船體的負(fù)荷性能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。這是因?yàn)榇暗拇w構(gòu)造、建造材料以及船舶重量會(huì)直接影響船體的負(fù)荷性能。同時(shí)船體的負(fù)荷性能還會(huì)受到海上條件的干擾，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到海上條件對(duì)船體負(fù)荷性能的影響，從而保障船體負(fù)荷性能，使船舶在航行過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)安全事故。

4 船體結(jié)構(gòu)形式

通常情況下，船體結(jié)構(gòu)由板材以及型材組合而成，因此這種船舶結(jié)構(gòu)又被稱為板架結(jié)構(gòu)。在對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的作用以及所在位置，將其拆分成不同的干板架，然后分別對(duì)干板架進(jìn)行設(shè)計(jì)[4]。這樣可以最大程度上保證結(jié)構(gòu)的合理性和穩(wěn)定性，使其能夠滿足船體設(shè)計(jì)的要求。例如 ：可以根據(jù)船體結(jié)構(gòu)的位置，將整個(gè)船體結(jié)構(gòu)拆分成船底板架、甲板板架以及艙壁板架等，然后按照不同板架的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。

另外，在將整個(gè)船體結(jié)構(gòu)拆分后可以發(fā)現(xiàn)，不同干板架的作用各不相同，導(dǎo)致不同位置的干板架骨架排列方式存在差異，一般來(lái)說(shuō)，干板架的骨架排列方式大體可以分為縱骨架式和橫骨架式2種。

在對(duì)大型船舶進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮船舶的承重標(biāo)準(zhǔn)從而選擇適合的架構(gòu)方式，以此來(lái)滿足船舶承重標(biāo)準(zhǔn)，保障船舶建造質(zhì)量。同時(shí)為了最大程度地保證船舶的性能，提高船舶航行的安全性，在對(duì)船舶甲板以及底部進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以選擇縱骨架式結(jié)構(gòu)，為船舶提供相應(yīng)的支撐力，使船舶性能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，降低安全事故發(fā)生的概率，并且還要根據(jù)船舶的受力情況，科學(xué)、合理選擇適合板材，提高船舶性能，另外還要考慮到海上條件對(duì)船舶性能的影響，因此在對(duì)船舷進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要采取橫骨架式結(jié)構(gòu)，這樣可以最大程度上保證船舶受力均衡，具有良好的載重性能。此外，采用橫骨架式結(jié)構(gòu)可以有效減少占用空間，使船體結(jié)構(gòu)擁有更大的艙容。

不僅如此，在對(duì)船體縱骨架式結(jié)構(gòu)進(jìn)行安裝時(shí)，會(huì)有很多的構(gòu)件需要從橫骨架式結(jié)構(gòu)當(dāng)中穿過(guò)，增加了安裝難度。而且相較于橫骨架式結(jié)構(gòu)，縱骨架式結(jié)構(gòu)的接口較多，提高了安裝難度，很容易便會(huì)在安裝過(guò)程中出現(xiàn)差錯(cuò)，從而影響船舶性能和質(zhì)量，難以保證船舶運(yùn)行的安全性。因此，在選擇船體骨架結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)船實(shí)際情況進(jìn)行選擇，降低船舶安裝難度。在對(duì)甲板以及船底進(jìn)行骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，也可以適當(dāng)選擇橫骨架式結(jié)構(gòu)。

通常情況下，當(dāng)貨船的長(zhǎng)度不足10 m時(shí)，或者船舶長(zhǎng)度在10 ～130 m，并且L/D小于12，那么在設(shè)計(jì)上甲板骨架結(jié)構(gòu)時(shí)，便可以選擇橫骨架式作為上甲板骨架結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)楫?dāng)船舶長(zhǎng)度較小時(shí)，船舶結(jié)構(gòu)的彎矩較小，導(dǎo)致小型船舶更加注重船舶的局部強(qiáng)度，所以可以采用橫骨架式結(jié)構(gòu)作為上甲板骨架結(jié)構(gòu)。另外,若是船舶上甲板需要放置大量的貨物，導(dǎo)致船舶橫向載荷過(guò)大，那么需要使用縱骨架作為上甲板骨架結(jié)構(gòu)，這樣可以有效保證船舶橫向載荷。但需要注意的是，將縱骨架作為上甲板骨架結(jié)構(gòu)，會(huì)導(dǎo)致船舶艙容變小。

一般來(lái)說(shuō)，在對(duì)船舶船底進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該選擇橫骨架作為船底的架勢(shì)結(jié)構(gòu)，這樣可以有效保證船體結(jié)構(gòu)質(zhì)量，確保建造出來(lái)的船舶性能符合要求。但需要注意的是，如果以橫骨架作為船舶的架勢(shì)結(jié)構(gòu)，那么船舶的長(zhǎng)度應(yīng)該小于10 m，而且當(dāng)L/D低于12，在設(shè)計(jì)船底外板的厚度時(shí)，便不能把板材強(qiáng)度作為依據(jù)，而應(yīng)該磨損情況選擇適合的橫骨架，以此來(lái)保證船底的質(zhì)量。同時(shí),如果船舶的中垂彎矩過(guò)大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了船舶的中供彎矩，這時(shí)便可以采用橫骨架來(lái)作為架勢(shì)結(jié)構(gòu)。最后,若是船舶的船底十分容易擱淺，或者船艙內(nèi)需要用抓斗來(lái)進(jìn)行起貨，但是艙底卻沒(méi)有護(hù)板時(shí)，則需要根據(jù)船底的磨損情況選擇適合的橫骨架，以此來(lái)保障船體結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

5 船體結(jié)構(gòu)鋼材的選擇

對(duì)于船體結(jié)構(gòu)鋼材的選擇，要根據(jù)船體結(jié)構(gòu)的承重量以及航行條件為標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)、合理選擇適合的鋼材，以此來(lái)保證船舶結(jié)構(gòu)的性能，確保船舶結(jié)構(gòu)建造質(zhì)量符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在選擇船體結(jié)構(gòu)鋼材時(shí)，應(yīng)該盡可能選擇結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定的鋼結(jié)構(gòu)，提高船體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，保證船體結(jié)構(gòu)性能。然后還要根據(jù)船體結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，選擇適合的建造材料，其中鋁材料因?yàn)榫哂休p便、結(jié)合性好的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于船體結(jié)構(gòu)當(dāng)中，并發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

另外，在進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)鋼材的選擇時(shí)，應(yīng)該在確保船舶結(jié)構(gòu)性能的情況下盡可能選擇質(zhì)量輕、容易聯(lián)合在一起的材料，如此不僅可以確保船體結(jié)構(gòu)的承重量符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，還可以更好應(yīng)對(duì)船舶建造過(guò)程中對(duì)材料的需求，并且選擇多種鋼材進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)建造，不僅能夠使結(jié)構(gòu)材料符合船體建造技術(shù)要求，還能夠節(jié)省對(duì)鋼材料的使用，從而降低船體結(jié)構(gòu)建造成本。

除此之外，在選擇建造材料時(shí)，還要考慮到海上條件對(duì)船舶性能以及質(zhì)量的影響，提高船體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使船舶在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)安全事故。同時(shí)，還要充分考慮到船舶的大小，以此來(lái)選擇適合的材料，使其滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。例如，在對(duì)小型船舶進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，只需要確保小型船舶能夠安全航行即可，因此可以選擇具有較好穩(wěn)定性的橫式結(jié)構(gòu)，并選擇厚板材提高船體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，保證船舶能夠安全航行，不會(huì)出現(xiàn)安全事故。若是在對(duì)大型船舶進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮船舶整體的承重量以及船舶質(zhì)量，所以要盡可能選擇質(zhì)量較輕的材料，從而控制船舶的重量，使大型船舶的承重量符合相關(guān)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

要想提高船舶建造質(zhì)量，需要科學(xué)、合理地對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并根據(jù)船體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行建造。在此基礎(chǔ)上，才能有效保障船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，從而提高船舶建造質(zhì)量。