船舶綠色設(shè)計(jì)的原則與方法

齊京濤

本研究以船舶設(shè)計(jì)工作的實(shí)際和發(fā)展趨勢(shì)作為研究基礎(chǔ)，提供了船舶設(shè)計(jì)中綠色設(shè)計(jì)應(yīng)該堅(jiān)持的主要原則，提出了船舶的模塊化設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)輔助船舶綠色設(shè)計(jì)，虛擬設(shè)計(jì)和制造在船舶綠色設(shè)計(jì)的應(yīng)用等方法，希望為更為準(zhǔn)確而全面地實(shí)現(xiàn)船舶綠色設(shè)計(jì)有所幫助。

當(dāng)今，以計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)為特征的信息化社會(huì)改變了我們的生活方式，也改變了船舶設(shè)計(jì)師的工作方式，設(shè)計(jì)的形式和內(nèi)涵都在發(fā)生變化。電腦微型處理器的運(yùn)用解放了機(jī)械化時(shí)代對(duì)產(chǎn)品形式的束縛，設(shè)計(jì)師可以更多地在形式上發(fā)揮自己的創(chuàng)造性和想象力。發(fā)生在設(shè)計(jì)品內(nèi)在的變化則是人們對(duì)工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程中一些問題的認(rèn)真反思和嚴(yán)肅認(rèn)識(shí)，工業(yè)化造成的環(huán)境污染使設(shè)計(jì)師意識(shí)到了保護(hù)自然的責(zé)任，對(duì)人本身的關(guān)懷使設(shè)計(jì)更多地體現(xiàn)出人性化的另一面。而且，數(shù)字信息技術(shù)的發(fā)展為船舶設(shè)計(jì)帶來了新的設(shè)計(jì)方法、思維和工具，促進(jìn)了船舶設(shè)計(jì)的研究、實(shí)施和發(fā)展。

1、船舶綠色設(shè)計(jì)的主要原則

如何在船舶設(shè)計(jì)體現(xiàn)綠色理念，如何實(shí)現(xiàn)船舶綠色設(shè)計(jì)？應(yīng)該在船舶設(shè)計(jì)體現(xiàn)出如下原則和要點(diǎn)，船舶設(shè)計(jì)才可稱之為船舶綠色設(shè)計(jì)，也正是如下原則和要點(diǎn)才能體現(xiàn)出船舶綠色設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：

1.1 體現(xiàn)綠色的目標(biāo)取向

船舶設(shè)計(jì)中必須具有綠色目標(biāo)取向才能成為船舶綠色設(shè)計(jì)，在船舶綠色設(shè)計(jì)過程里應(yīng)該具有明確的綠色目標(biāo)，指導(dǎo)船舶功能設(shè)計(jì)、船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這樣才能夠使船舶設(shè)計(jì)符合環(huán)境特征和具體要求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)船舶綠色設(shè)計(jì)。

1.2 體現(xiàn)全壽命周期的設(shè)計(jì)

船舶綠色設(shè)計(jì)與船舶的復(fù)雜性有著直接的關(guān)聯(lián)，因此必須在船舶綠色設(shè)計(jì)體現(xiàn)全壽命周期的思想，要有從原材料到裝配、從制造生產(chǎn)到使用、從回收到處置等重要環(huán)節(jié)全過程的設(shè)計(jì)理念，要協(xié)調(diào)和控制船舶設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，使船舶方案能夠在設(shè)計(jì)的過程中進(jìn)行重新調(diào)整和全面控制，進(jìn)而滿足綠色理念和設(shè)計(jì)的要求。

1.3 要有綠色評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)

船舶綠色設(shè)計(jì)方案必須有環(huán)境、安全方面的考量，同時(shí)也應(yīng)該通過環(huán)境和安全的評(píng)價(jià)和檢驗(yàn)，只有在環(huán)境和安全兩個(gè)方面通過驗(yàn)證的船舶設(shè)計(jì)才能被社會(huì)認(rèn)可為船舶綠色設(shè)計(jì)。要在船舶設(shè)計(jì)中體現(xiàn)綠色評(píng)價(jià)的部分，使船舶設(shè)計(jì)的過程更加完善，在實(shí)現(xiàn)船舶綠色設(shè)計(jì)的同時(shí)，達(dá)到提升船舶設(shè)計(jì)市場(chǎng)競爭力和適應(yīng)力的目標(biāo)。

1.4 建立船舶設(shè)計(jì)數(shù)字模型

信息化時(shí)代的船舶綠色設(shè)計(jì)需要以數(shù)字模型的形式加以呈現(xiàn)，應(yīng)該在船舶綠色設(shè)計(jì)工作中通過計(jì)算機(jī)、專業(yè)軟件和數(shù)據(jù)庫建立起船舶的數(shù)字模型，這樣不但方便船舶綠色設(shè)計(jì)信息的交換，同時(shí)也能加快船舶綠色設(shè)計(jì)的進(jìn)程和效率，做到對(duì)船舶綠色設(shè)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確分析和科學(xué)研究，能夠?yàn)榇霸O(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量提供保障，進(jìn)而為船舶綠色設(shè)計(jì)提供可能和平臺(tái)。

2、船舶綠色設(shè)計(jì)的基本方法

2.1 船舶的模塊化設(shè)計(jì)

船舶模塊化設(shè)計(jì)方法應(yīng)該突出模塊的選擇環(huán)節(jié)，在船舶設(shè)計(jì)中將功能作為劃分的前提與設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)，確定船舶模塊的經(jīng)濟(jì)成本、外觀結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品性能、通用化程度等關(guān)鍵參數(shù)，進(jìn)而為船舶功能模塊的劃分提供前提，確定船舶設(shè)計(jì)過程中分析、綜合和設(shè)計(jì)的基本單元和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。一般來講，船舶設(shè)計(jì)模塊劃分要強(qiáng)調(diào)模塊的基本功能、輔助功能，同時(shí)也要重視模塊的特殊功能和適應(yīng)功能，形成各功能和各系統(tǒng)整合下的獨(dú)立化單元和結(jié)構(gòu)，這樣不但可以提升船舶設(shè)計(jì)的效率，同時(shí)也可以為船舶設(shè)計(jì)提供更多的組合方式和方案設(shè)計(jì)，并會(huì)提供船舶設(shè)計(jì)的更多變形與可能，極大豐富了船舶設(shè)計(jì)的內(nèi)涵與外延，通過模塊功能劃分完善設(shè)計(jì)的主體部分和關(guān)鍵體系。在船舶模塊化設(shè)計(jì)中還應(yīng)該突出模塊的接口設(shè)計(jì)，只有提倡高匹配接口和多功能接口的船舶模塊化設(shè)計(jì)才有更大的設(shè)計(jì)空間和整合能力，進(jìn)而為船舶設(shè)計(jì)提供節(jié)能、降耗的可能。船舶模塊接口設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中要把握模塊組合和接口的關(guān)鍵，常見的模塊結(jié)構(gòu)方式有：一，直接組合式結(jié)構(gòu)：船舶各系統(tǒng)和各模塊以系統(tǒng)組合的方式進(jìn)行直接組合，形成具有功能化和系統(tǒng)化的整體；二，集裝組合式結(jié)構(gòu)：船舶各系統(tǒng)和各模塊先構(gòu)成一定的區(qū)域結(jié)構(gòu)或功能木塊，然后進(jìn)行進(jìn)一步總裝形成船舶整體的方式；三是，浮動(dòng)組合式結(jié)構(gòu)：船舶各模塊根據(jù)自身要求前進(jìn)行分裝，最后進(jìn)行船舶各模塊的機(jī)械連接和總裝的方式。在船舶綠色設(shè)計(jì)中考慮到接口的形態(tài)和模塊的體系特點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)船舶模塊的接口，做到對(duì)船舶整體建造速度、效率、質(zhì)量目標(biāo)的綜合保障。

2.2 計(jì)算機(jī)輔助船舶綠色設(shè)計(jì)

船舶設(shè)計(jì)體現(xiàn)綠色理念不應(yīng)該機(jī)械地將多學(xué)科知識(shí)粗暴地組合，也不應(yīng)該簡單地將多領(lǐng)域內(nèi)容簡單地疊加，而是應(yīng)該利用計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和專業(yè)軟件系統(tǒng)，將綠色理念融入到船舶設(shè)計(jì)過程之中，提升船舶設(shè)計(jì)的效率，整合多學(xué)科知識(shí)和多領(lǐng)域內(nèi)容，真正構(gòu)成船舶綠色設(shè)計(jì)的內(nèi)容、過程和核心。當(dāng)前，可以發(fā)揮CAD、CDP等設(shè)計(jì)和加工軟件的優(yōu)勢(shì)，將環(huán)保意識(shí)、綠色理念融入到船舶設(shè)計(jì)的工作之中，降低船舶設(shè)計(jì)過程中人力、物力、資源的消耗，有針對(duì)性地提升船舶設(shè)計(jì)的效率和產(chǎn)出比，增加船舶設(shè)計(jì)各類方案對(duì)比和疊加的內(nèi)容，提升船舶設(shè)計(jì)的合理性和高效性。在船舶設(shè)計(jì)中要利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，模擬船舶設(shè)計(jì)工作的過程和要點(diǎn)，通過專家輔助決策系統(tǒng)高效評(píng)定船舶設(shè)計(jì)的水平和質(zhì)量，找出船舶設(shè)計(jì)存在的不綠色、不合理和不完整的內(nèi)容，進(jìn)而提升船舶設(shè)計(jì)質(zhì)量和水平。未來計(jì)算機(jī)輔助船舶設(shè)計(jì)將會(huì)成為船舶綠色設(shè)計(jì)工作的主流，當(dāng)前應(yīng)該把握船舶設(shè)計(jì)工作這一發(fā)展機(jī)遇，加強(qiáng)船舶設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)、軟件和網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系，構(gòu)建適于船舶綠色設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和軟件體系，為把握船舶設(shè)計(jì)的發(fā)展方向，實(shí)現(xiàn)船舶綠色設(shè)計(jì)夯實(shí)基礎(chǔ)。

2.3 虛擬設(shè)計(jì)和制造在船舶綠色設(shè)計(jì)的應(yīng)用

虛擬設(shè)計(jì)和制造是當(dāng)前船舶設(shè)計(jì)行業(yè)又一新方向，虛擬設(shè)計(jì)和制造就是利用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，以虛擬軟件為平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的船舶設(shè)計(jì)與制造的模擬過程和結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶全壽命、全周期、全過程的專業(yè)性分析，通過系統(tǒng)化的模型和數(shù)據(jù)展現(xiàn)出船舶設(shè)計(jì)的成果和問題，進(jìn)而為提升船舶設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，體現(xiàn)船舶綠色設(shè)計(jì)提供支撐。當(dāng)前虛擬設(shè)計(jì)和制造以CAM、CAE軟件的應(yīng)用為主，虛擬生產(chǎn)和制造更多地將概念設(shè)計(jì)、裝配實(shí)際、使用具體情況整合在一起，將人體工程學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、材料科學(xué)、動(dòng)力學(xué)和心理學(xué)等內(nèi)容協(xié)調(diào)處理，形成對(duì)船舶設(shè)計(jì)更為全面而準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，更進(jìn)一步地為綠色理念融入船舶設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)和基礎(chǔ)提供了平臺(tái)和可能。今后，虛擬設(shè)計(jì)和生產(chǎn)在船舶設(shè)計(jì)中將會(huì)將使用者要求和實(shí)際使用環(huán)境綜合地考量，使船舶設(shè)計(jì)更能體現(xiàn)綠色思維和綠色理念，形成船舶設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和船舶使用環(huán)節(jié)的協(xié)作與溝通，更能滿足不同需求對(duì)船舶設(shè)計(jì)的要求，在增加和提升船舶設(shè)計(jì)水平和質(zhì)量的同時(shí)，將船舶綠色設(shè)計(jì)作為客觀結(jié)果和設(shè)計(jì)精品加以呈現(xiàn)。

結(jié)語

綠色理念已經(jīng)成為21世紀(jì)生產(chǎn)、生活的新理念，綠色生產(chǎn)、綠色設(shè)計(jì)業(yè)已成為船舶制造的核心觀念，應(yīng)該在船舶設(shè)計(jì)過程中堅(jiān)定綠色的理念，明確船舶綠色設(shè)計(jì)的基本原則，不斷將船舶綠色設(shè)計(jì)推向現(xiàn)代化、綠色化。應(yīng)該看到船舶綠色設(shè)計(jì)工作具有復(fù)雜性、艱巨性和過程性，體現(xiàn)船舶綠色設(shè)計(jì)的困難性和多樣性，需要從船舶綠色設(shè)計(jì)理念的深入入手，探尋船舶綠色設(shè)計(jì)的新突破和新結(jié)合點(diǎn)，找尋船舶設(shè)計(jì)與綠色理念的新契合點(diǎn)，形成船舶綠色設(shè)計(jì)體系，為實(shí)現(xiàn)船舶綠色設(shè)計(jì)目標(biāo)提供保障。