潘燃陽，羅星星

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基于安全性及合理性的船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)

潘燃陽1，羅星星2

（1.江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，上海 201913；2.上海衡拓實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司，上海 200031）

近年來，我國大力發(fā)展航海事業(yè)，這也使船體結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)變得越來越重要。對(duì)于船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)來說，確保船體結(jié)構(gòu)安全是整個(gè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)過程中的首要目標(biāo)，而船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)的合理性與否更是與其安全性有著密切的聯(lián)系。因此，在對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)的過程中，必須要在確保其結(jié)構(gòu)安全的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)船體結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)。鑒于此，對(duì)基于安全性及合理性的船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)進(jìn)行深入研究。

船體結(jié)構(gòu)；生產(chǎn)設(shè)計(jì)；使用性能；管理人員

在船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)初期，需要根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際條件及具體流程，并結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求來對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以此確保船體結(jié)構(gòu)的自身強(qiáng)度能夠滿足使用要求。同時(shí)，還要根據(jù)船體結(jié)構(gòu)的類型、特點(diǎn)、造價(jià)等來編制生產(chǎn)設(shè)計(jì)計(jì)劃、預(yù)算計(jì)劃等，然后按照這些具體的計(jì)劃嚴(yán)格執(zhí)行，使船體結(jié)構(gòu)的實(shí)用性更強(qiáng)。鑒于此，以下便從安全性與合理性2個(gè)方面對(duì)船體結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)進(jìn)行深入研究。

1 安全性與合理性分析

在船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)中，必須要確保船體結(jié)構(gòu)在滿足安全性的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)船體結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)?？梢哉f，安全性是保障船只順利航行的前提，其能夠確保船員的生命不會(huì)受到威脅。而船體結(jié)構(gòu)的合理性，則能夠提高船只的使用性能，使船只操作更加省力、便捷，從而延長船只的使用壽命。安全性與合理性是相輔相成的，對(duì)船體結(jié)構(gòu)的安全性與合理性進(jìn)行充分考慮后再進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)，對(duì)于提高與優(yōu)化工作質(zhì)量有著十分重要的作用。

在船體結(jié)構(gòu)的整個(gè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)工作中，相關(guān)人員必須要對(duì)船體建造的總工作量有一個(gè)明確而充分的認(rèn)識(shí)，雖然設(shè)計(jì)工作量只占據(jù)總工程量的1/3左右，但設(shè)計(jì)工作卻涉及到許多不同專業(yè)的工作，因此，必須要對(duì)船體結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)工作予以高度重視。

此外，相關(guān)人員還要對(duì)船體結(jié)構(gòu)的具體施工內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)分析，并結(jié)合實(shí)際施工條件制訂一個(gè)詳盡的生產(chǎn)設(shè)計(jì)方案，同時(shí)，還要具備完善的生產(chǎn)設(shè)計(jì)圖紙。在船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)中，還要進(jìn)一步強(qiáng)化管理人員、設(shè)計(jì)人員、施工人員之間的協(xié)調(diào)與溝通，使船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)變得更加系統(tǒng)化?？傊瑢?duì)于船體結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)工作來說，必須要在宏觀層面對(duì)船體結(jié)構(gòu)的安全性與合理性進(jìn)行分析，這樣將更加有助于船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)工作的順利開展。

2 基于安全性與合理性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)所需的必要條件

在船體結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)中，必須要在確保其安全性的基礎(chǔ)上對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。應(yīng)確保船體結(jié)構(gòu)能夠滿足相應(yīng)的力學(xué)條件，并在生產(chǎn)設(shè)計(jì)過程中充分考慮水文、天氣等因素給船體結(jié)構(gòu)造成的影響，同時(shí)，結(jié)合船只的航海規(guī)律，使船體穩(wěn)定性得到可靠保證。相關(guān)人員還應(yīng)對(duì)船只在航線航行過程中可能遇到的惡劣天氣、船體結(jié)構(gòu)的外部形態(tài)及承重性進(jìn)行分析，根據(jù)航行動(dòng)力要求來進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)?？梢哉f，對(duì)船體結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)是需要從多個(gè)方面來進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的，只有經(jīng)過縝密的思考與計(jì)算，才能保證船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。除此之外，材料的實(shí)際性能在船體結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)中也是非常重要的，其直接關(guān)系到整個(gè)船體結(jié)構(gòu)的安全性與合理性，設(shè)計(jì)人員不僅要對(duì)船體的裝載條件進(jìn)行分析，還要考慮到人員與貨物的影響，并針對(duì)生產(chǎn)設(shè)計(jì)過程中的結(jié)算成本問題提出相應(yīng)的改進(jìn)技術(shù)，尋找安全性與經(jīng)濟(jì)性的最佳契合點(diǎn)，嚴(yán)格按照經(jīng)濟(jì)性、安全性、合理性、環(huán)保性等原則來正確選用材料。

2.2 船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)的主要階段

船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)主要分為3個(gè)階段，分別是前期設(shè)計(jì)階段、詳細(xì)設(shè)計(jì)階段以及生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段。在前期設(shè)計(jì)階段中，需要依據(jù)相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及要求對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行系統(tǒng)制訂，并根據(jù)相應(yīng)的技術(shù)要求及預(yù)計(jì)方案來對(duì)材料使用計(jì)劃等進(jìn)行編制，然后根據(jù)這些計(jì)劃進(jìn)行預(yù)算總結(jié)。在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段中，需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)要求、審批意見等來對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改，在設(shè)計(jì)過程中充分考量各種細(xì)節(jié)，還要反復(fù)核對(duì)構(gòu)造器件的材料及型號(hào)等，以此保證船體結(jié)構(gòu)所使用的零部件、材料等能夠滿足相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求。在該階段中，必須要突出設(shè)計(jì)方案的整體性和全面性，待設(shè)計(jì)圖紙繪制完畢后，應(yīng)將其與相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案相互聯(lián)系起來，交由審核部門進(jìn)行審批。在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段，應(yīng)對(duì)船體結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)設(shè)計(jì)過程中所具備的條件、所使用的材料、材料的應(yīng)用情況等進(jìn)行分析，并確保船體結(jié)構(gòu)的制造能夠嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案來執(zhí)行。

2.3 船體結(jié)構(gòu)的安全性與合理性生產(chǎn)設(shè)計(jì)

在對(duì)船體結(jié)構(gòu)的安全性與合理性進(jìn)行分析的過程中，應(yīng)充分考慮組合及連接問題，考慮到船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)的規(guī)模往往較小，而且為了使設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)及生產(chǎn)等工作能夠變得更加便捷，需要將船體結(jié)構(gòu)劃分成幾個(gè)部分，并對(duì)各個(gè)部分所具備的緊密聯(lián)系進(jìn)行分析后開展設(shè)計(jì)工作。

在對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆分時(shí)，既可按照實(shí)際情況來拆分，也可按照上下結(jié)構(gòu)來拆分。在分組設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)各個(gè)部分在組合以后的具體情況來開展統(tǒng)籌工作，保證船體結(jié)構(gòu)相關(guān)組裝細(xì)節(jié)能夠全面落實(shí)。

船體組合性能受到其構(gòu)造及所使用材料性能的影響，由于船體結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境非常惡劣，必須要將其自身質(zhì)量作為核心，進(jìn)一步加強(qiáng)船體結(jié)構(gòu)加工及連接環(huán)節(jié)的管理工作，同時(shí)，對(duì)船體結(jié)構(gòu)及其質(zhì)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，并在進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，通過現(xiàn)代化技術(shù)手段來開展船體結(jié)構(gòu)的載荷能力預(yù)算，并通過信息化系統(tǒng)的運(yùn)用來進(jìn)行信息整合，以此保證船體結(jié)構(gòu)的承重能力達(dá)到預(yù)計(jì)目標(biāo)。

2.4 船體結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計(jì)

在船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)中，其基礎(chǔ)模式是由型材與板組合后形成的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)又被稱為板架結(jié)構(gòu)。根據(jù)板架結(jié)構(gòu)的位置及功能，可將其劃分為多個(gè)干板架，比如甲板板架、船底板架等。在船體梁中，甲板板架和船底板架相當(dāng)于其上冀板和下冀板，而舷側(cè)板架相當(dāng)于船體梁中的腹板，這些板架都有著不同的功能，在骨架排列上也有很大區(qū)別，通常將板架結(jié)構(gòu)劃分為橫骨架式結(jié)構(gòu)與縱骨架式結(jié)構(gòu)2種。

在對(duì)體積較大的船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，出于對(duì)安全性與合理性的考慮，需要根據(jù)船體結(jié)構(gòu)所具備的承重條件來對(duì)架構(gòu)模式進(jìn)行相應(yīng)改變。對(duì)于船體結(jié)構(gòu)的甲板及底部而言，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)采用縱向的承重骨架，這樣能夠使船體的支撐力更強(qiáng)，從而有效提高船體結(jié)構(gòu)的安全性。在選擇板材時(shí)，板材的受力條件應(yīng)滿足具體要求，并且還要對(duì)惡劣環(huán)境下板材所能夠承受的最大力進(jìn)行考慮。船舷則應(yīng)采用橫向結(jié)構(gòu)，以此保證船舷能夠受力平衡，使其兼具良好的載重能力，進(jìn)而提高船體結(jié)構(gòu)的合理性。此外，對(duì)船舷進(jìn)行橫向設(shè)計(jì)還有利于空間的節(jié)約，這樣能夠使船體的艙容量變得更大。

在對(duì)縱向結(jié)構(gòu)進(jìn)行配置時(shí)，有許多縱向構(gòu)件都要與橫向構(gòu)件相穿插，在進(jìn)行分段合攏時(shí)，縱向構(gòu)件中存在的大量接口會(huì)加大縱內(nèi)架式結(jié)構(gòu)的配置難度，因此，在某種情況下，即使是船底與甲板也同樣要采用橫骨架式結(jié)構(gòu)。對(duì)于干貨船來說，如果采用橫骨架式結(jié)構(gòu)，考慮到安全性與合理性，則需要進(jìn)行以下配置：如果船體的長度在10 m以內(nèi)或船只長度在10～120 m時(shí)，長寬比例值應(yīng)控制在1∶11以內(nèi)。此時(shí)，船體結(jié)構(gòu)所受到的整體彎矩不大，且中刨面模數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值較低，需要重點(diǎn)關(guān)注部分強(qiáng)度要求。由于上方甲板需要經(jīng)常放置貨物，這會(huì)導(dǎo)致船體結(jié)構(gòu)所受的橫向荷載過大。此時(shí)，如果采用縱骨架式結(jié)構(gòu)，則橫梁的尺寸過大，會(huì)在很大程度上影響船體結(jié)構(gòu)的艙容量。因此，在干貨船的船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)中采用橫骨架式結(jié)構(gòu)，是最為合理和安全的。

對(duì)于船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)中是否需要采用骨架式結(jié)構(gòu)，可分為3種情況：①船只的長度在10 m以內(nèi)，且長寬比在1∶12以內(nèi)時(shí)，則可不用根據(jù)船體強(qiáng)度來確定船底外板厚度，而是應(yīng)密切注意船底外板的磨損與銹蝕程度。此時(shí)，是需要采用骨架式結(jié)構(gòu)的。②船只的中垂彎矩比拱彎矩大。③船只在航行過程中容易出現(xiàn)擱淺，并且船底部沒有安裝護(hù)板。在這種情況下，船底外板的厚度是由其磨損程度決定的。對(duì)于舷側(cè)結(jié)構(gòu)型式，需要根據(jù)甲板與艙底、橫艙壁的距離來確定。一般情況下，垂向距離不需要采用橫骨架式結(jié)構(gòu)，這能夠保證船只在結(jié)冰區(qū)域航行的安全性。在某些地區(qū)，由于冬季氣溫較低會(huì)使海面中出現(xiàn)冰排，因此，該因素在采用舷側(cè)結(jié)構(gòu)骨架時(shí)是必須要進(jìn)行考慮的。

3 結(jié)束語

總而言之，船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性非常強(qiáng)的工作，在該工作中涉及到諸多專業(yè)的作業(yè)內(nèi)容，且工作量非常大，生產(chǎn)設(shè)計(jì)周期很長，因此，必須要對(duì)船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)予以高度重視，對(duì)相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行不斷研究與改進(jìn)，這樣才能使船體結(jié)構(gòu)的安全性與合理性得到最大限度的體現(xiàn)。

［1］孫亮.船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式的分析［J］.科技風(fēng)，2018（01）：14.

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2095－6835（2018）21－0132－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.21.132

〔編輯：張思楠〕