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

徐海軍

摘要：造船業(yè)對(duì)于水源影響作用巨大，為了順應(yīng)社會(huì)環(huán)保的要求，船舶工程需要轉(zhuǎn)變過(guò)去污染水源、浪費(fèi)原材料、破壞大氣等弊端，這就對(duì)船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與船舶制造提出了較高的環(huán)保性要求，在船舶工程的設(shè)計(jì)與制造中需要充分融入綠色理念，要全面遵循環(huán)保要求，積極打造穩(wěn)定性強(qiáng)、航速快、性能高的綠色船舶。要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，必須創(chuàng)新船舶生產(chǎn)建造技術(shù)，減少生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響。

關(guān)鍵詞：綠色制造；工藝；船舶；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1導(dǎo)言

近些年，船舶制造業(yè)的快速發(fā)展，規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，造成的環(huán)境污染問(wèn)題也愈發(fā)嚴(yán)重。通過(guò)對(duì)綠色制造在船舶結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)和應(yīng)用的探究，便于研發(fā)出具備創(chuàng)新特性的技術(shù)，為綠色船舶事業(yè)的健康發(fā)展?fàn)I造良好條件，實(shí)現(xiàn)綠色制造領(lǐng)域的穩(wěn)定發(fā)展。

2船舶綠色制造的全面闡釋

2.1船舶的綠色制造定義

所謂綠色船舶，其實(shí)質(zhì)是一種節(jié)能減排型建設(shè)理念，通過(guò)將這種理念貫穿于船舶整個(gè)設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營(yíng)及報(bào)廢拆解全過(guò)程，并通過(guò)引用現(xiàn)代化技術(shù)形式，在充分滿(mǎn)足船舶性能、運(yùn)營(yíng)效益的基礎(chǔ)之上，達(dá)到對(duì)生態(tài)資源和自然能源的雙重節(jié)約，維護(hù)整個(gè)環(huán)境免受船舶產(chǎn)品生產(chǎn)的破壞及污染。在綠色船舶制造過(guò)程中，船舶的綠色制造作為其中一項(xiàng)較為基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，在其中發(fā)揮著不可磨滅的作用。

2.2船舶的綠色制造內(nèi)涵

與其他行業(yè)相比，船舶產(chǎn)品制造行業(yè)的特殊性較為顯著，當(dāng)船舶停止運(yùn)行廢棄時(shí)，回原船廠進(jìn)行拆解的可能性較小，因此，船舶設(shè)計(jì)以及制造成為綠色船舶生產(chǎn)的重點(diǎn)研究方向。綠色船舶制造的最終目標(biāo)是在整個(gè)船舶生產(chǎn)過(guò)程中，減少生產(chǎn)過(guò)程中不利因素對(duì)環(huán)境的直接影響與破壞，減少對(duì)制造原材料的浪費(fèi)程度，確?，F(xiàn)有資源的有效利用率，確保綠色船舶制作達(dá)到預(yù)期制造效果。

3綠色工藝標(biāo)準(zhǔn)

目前國(guó)際上“綠色船舶”的標(biāo)準(zhǔn)是在現(xiàn)有 SOLAS 和MARPOL 兩大海事支柱性公約體系的基礎(chǔ)上進(jìn)行延伸和發(fā)展的。中國(guó)船級(jí)社發(fā)布的《綠色船舶規(guī)范（2015）》從環(huán)境保護(hù)要求、能效要求、工作環(huán)境要求等三個(gè)類(lèi)別對(duì)綠色船舶進(jìn)行了規(guī)范和界定。其中，環(huán)境保護(hù)劃分為防止油類(lèi)污染、防止生活污水污染、NO X 和 SO X 排放控制、壓載水控制等子要素；能效要求包括船舶設(shè)計(jì)能效指數(shù)（EEDI）、船舶能效管理計(jì)劃（SEEMP）等評(píng)價(jià)指標(biāo)；工作環(huán)境方面分為自動(dòng)化和振動(dòng)噪聲兩個(gè)方面。同時(shí)，該規(guī)范將國(guó)際航行海船和國(guó)內(nèi)航行海船進(jìn)行了綠色船舶附加標(biāo)志分類(lèi)，國(guó)際航行海船分為Green Ship I/II/III；國(guó)內(nèi)海船分為 Green Ship1/2/3，每個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)不同的要求。以環(huán)境保護(hù)方面為例，GreenShip II 類(lèi)船舶的防止空氣污染的硫氧化物（SOX）及顆粒物質(zhì)（PM）排放控制要求為：船舶上使用的任何燃油的硫含量，應(yīng)不超過(guò) 3.0%m/m。當(dāng)船舶位于 SO X排放控制區(qū)或特定港口時(shí)，其使用的任何燃油的硫含量應(yīng)不超過(guò) 1.0%m/m。而Green Ship III 防止空氣污染標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格：船上使用的任何燃油的硫含量，應(yīng)不超過(guò) 0.5%m/m；當(dāng)船舶位于 SO X 排放控制區(qū)或特定港口時(shí)，其使用的任何燃油的硫含量應(yīng)不超過(guò) 0.1%m/m。也可采用廢氣清潔系統(tǒng)，將排放廢氣中 SO X排放量控制在等效水平。

4船舶結(jié)構(gòu)中綠色制造工藝設(shè)計(jì)思路

4.1優(yōu)化船舶推進(jìn)系統(tǒng)

在船舶結(jié)構(gòu)中增加綠色制造工藝可以從優(yōu)化船舶推進(jìn)系統(tǒng)著手，按照船舶制造業(yè)中現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)和推動(dòng)器進(jìn)行重新組合，按照每艘船的類(lèi)型進(jìn)行匹配，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化船舶推進(jìn)系統(tǒng)。如淺水的快速船需要的推進(jìn)系統(tǒng)是重量和功率比值小的；而載客類(lèi)型的船要按照其載重量和乘客的需求進(jìn)行匹配推進(jìn)系統(tǒng)，一般會(huì)選用柴-燃-點(diǎn)聯(lián)合的推進(jìn)系統(tǒng)，既可以減小噪音，提高乘客的舒適度，還可以提供船只的所需動(dòng)力。此外，為船舶挑選最合適的推進(jìn)裝置不僅要考慮內(nèi)在因素，對(duì)其相關(guān)的外在因素也需要考慮，如主機(jī)效率、水漿的動(dòng)能以及發(fā)電等設(shè)備都要選用節(jié)能環(huán)保的裝置，才能做到優(yōu)化船舶推進(jìn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)綠色船舶的目標(biāo)。

4.2優(yōu)化船舶節(jié)能體系

實(shí)現(xiàn)船舶綠色還可以在設(shè)計(jì)中加入節(jié)能的理念：①要足夠重視能源的創(chuàng)新性，如對(duì)風(fēng)能、水能等可再生能源提高利用率，讓自然能源在綠色船舶結(jié)構(gòu)中起到重要作用；②利用合理的方法提高船舶結(jié)構(gòu)的推進(jìn)方法，利用節(jié)能環(huán)保的方法提高船舶的推進(jìn)速度；③提高船舶燃油的利用率，可以利用先進(jìn)的相關(guān)技術(shù)對(duì)船舶的燃油進(jìn)行處理，增加其使用率，避免浪費(fèi)，從而做到節(jié)能環(huán)保；④要提高船舶的可再生或回收利用率，將某些廢棄物通過(guò)特殊處理可以再利用，做到優(yōu)化船舶節(jié)能的設(shè)計(jì)。

5綠色制造工藝在船舶結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

5.1優(yōu)化整合船舶設(shè)計(jì)

（1）優(yōu)化整合船體結(jié)構(gòu)對(duì)于綠色船舶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要積極優(yōu)化船體結(jié)構(gòu)，全面考慮資源與能源的節(jié)約，針對(duì)船舶的型號(hào)與尺度進(jìn)行必要的優(yōu)化，盡可能提升船舶的航速，增強(qiáng)船舶的穩(wěn)定性，提高船舶的載重量，保證船舶的安全性。

（2）優(yōu)化船舶節(jié)能設(shè)計(jì)

針對(duì)綠色船舶進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)方面的優(yōu)化，一是重視新能源的研發(fā)利用，如積極利用風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能等新能源，發(fā)揮新能源對(duì)船舶節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)的利導(dǎo)作用；二是有效地提升優(yōu)化推進(jìn)方式，如尋求更為高效、節(jié)能的優(yōu)化推進(jìn)手段，快速實(shí)現(xiàn)優(yōu)化推進(jìn)的效果；三是關(guān)注燃油利用率的提高，如采用先進(jìn)的燃油使用技術(shù)，促進(jìn)燃油使用率的提升，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的效果；四是注重能源循環(huán)使用技術(shù)的利用，如回收廢氣再利用技術(shù)和分離廢棄物再利用技術(shù)的使用，從而有效實(shí)現(xiàn)綠色船舶節(jié)能設(shè)計(jì)的優(yōu)化。

5.2綠色船舶的焊接技術(shù)

焊接在船舶綠色制造技術(shù)實(shí)際開(kāi)展過(guò)程中占有重要地位，在某種程度上影響著船舶總體生產(chǎn)質(zhì)量。在船舶制造過(guò)程中合理選擇焊接方式，如高效的焊接工藝、裝備以及焊接電源等，不僅有助于船舶生產(chǎn)制造作業(yè)的順利開(kāi)展，且符合21世紀(jì)新時(shí)期背景下綠色生產(chǎn)理念。以高效焊接工藝為例，生產(chǎn)作業(yè)的開(kāi)展選擇熔化極氣體保護(hù)焊，操作極為便利，加工效率相對(duì)較高，可以在完全機(jī)械化條件下快速完成焊接工作，焊接過(guò)程中煙塵產(chǎn)生幾率較小。

5.3綠色加工工藝

現(xiàn)階段凈成形加工技術(shù)不斷完善和應(yīng)用，使其在生產(chǎn)綠色船舶過(guò)程中可以得到很好的利用。凈成形加工技術(shù)是將原料直接生產(chǎn)成所需要產(chǎn)品的形狀，并且還附有其功能，省去了中間環(huán)節(jié)，大大降低了物資浪費(fèi)情況，在制造過(guò)程中不僅節(jié)約了成本，提高了工作效率，最主要是在船舶制造過(guò)程中達(dá)到了綠色環(huán)保的作用。將干式加工技術(shù)合理有效地運(yùn)用到綠色船舶生產(chǎn)當(dāng)中，這些技術(shù)和工藝都是基于現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生出來(lái)的，可以有效地避免資源的不必要浪費(fèi)，而且干式加工技術(shù)操作簡(jiǎn)單，還克服了使用冷卻液過(guò)程中帶來(lái)的諸多不便。綠色船舶工藝的構(gòu)建是一項(xiàng)精確度高、復(fù)雜性較強(qiáng)的工藝流程，干式加工技術(shù)可以滿(mǎn)足綠色船舶制造工藝的需求。運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)為我國(guó)綠色船舶制造工藝添磚加瓦。

5.4保證涂裝工藝應(yīng)用的綠色性

首先，綠色環(huán)保涂料的選擇。在進(jìn)行綠色船舶制造時(shí)，涂料選擇非常重要，其直接影響著船舶制造的環(huán)保特性和標(biāo)準(zhǔn)。因此，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)涂裝數(shù)量的把控，應(yīng)該科學(xué)選擇厚膜型，在底漆選擇時(shí)應(yīng)該具備萬(wàn)能特性。通過(guò)應(yīng)用簡(jiǎn)化涂裝流程，促進(jìn)涂裝水平的提升，進(jìn)而更好滿(mǎn)足船舶制造節(jié)能環(huán)保需求。其次，保證環(huán)保作業(yè)的全面性和高效性。綠色船舶制造應(yīng)該把綠色環(huán)保理念貫徹其中，結(jié)合船舶制造模塊化制造，注重涂裝工藝設(shè)計(jì)，實(shí)施涂裝工藝動(dòng)態(tài)修整，在綠色環(huán)保涂裝工藝的作用下，達(dá)到船舶涂裝工作的環(huán)保效果。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在船舶制造行業(yè)飛速發(fā)展的今天，其生產(chǎn)過(guò)程的節(jié)能性與環(huán)保性備受關(guān)注，而綠色制造最為新時(shí)期背景下一種新型生產(chǎn)模式及生產(chǎn)理念，船舶的綠色標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)在船舶的完整使用壽命周期內(nèi)，以安全、環(huán)保、節(jié)能等要求為原則，將日益成為船舶行業(yè)的綠色標(biāo)準(zhǔn)，在應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，保障船舶的功能性、使用性能以及安全等基礎(chǔ)的情況下，實(shí)施綠色船舶的設(shè)計(jì)與制造具有重要意義。

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.

[2]吳楓.關(guān)于船舶綠色制造技術(shù)分析[J].南方農(nóng)機(jī)，2018，49（15）：45+50.

（作者單位：南通中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司）