船體鋼結構成本的估算和結構優化設計的考慮

劉金鳳 錢振源 孫樂兵

摘 要：船體的設計和制造是一項較為復雜的工藝過程，同時在整個過程中需要的成本投入較大，船體機構中的大部分成本都集中在鋼結構方面，因此通過鋼結構成本的估算可在一定程度上控制好船體造價，而在船體鋼結構成本估算過程中，通過結構優化設計可提高船體鋼結構成本的估算。本文主要探討的是船體鋼結構成本的估算和結構優化設計的考慮，在具體的分析中首先論述了船體鋼結構重量預估方法研究現狀，其次分析了船體鋼結構設計階段鋼結構重量預估要求，最后分析了船體鋼結構成本的估算以及結構優化設計考慮。

關鍵詞：船體鋼結構；成本估算；結構優化設計

船體鋼結構成本的估算主要是依據船體鋼結構的重量。因此在一定程度上做好船體鋼結構重量的估算是急性船體鋼結構成本估算的基礎，經過多年的研究，人們發現可以通過簡單的測量以及相關計算方法估算出船體鋼結構的成本，但是由于部分結構上的差異，在重量相同的條件下，成本也存在差異，因而可以通過對結構的優化設計，保證船體鋼結構成本估算結果較為準確，本文主要就船體鋼結構成本的估算和結構優化設計的考慮分析如下：

一、船體鋼結構重量預估方法研究現狀

船體鋼結構在設計過程中主要是通過船體鋼結構重量控制船體的成本投入，從容保證船體的經濟性，當前船體重量預估方法主要有以下兩種：（1）結合船體的設計過程完成船體鋼結構的重量估算，也就是在船體設計過程中建立一個船體鋼結構的三維模型，通過這一模型實施三維設計、修改、計算等工作，當整個船體鋼結構三維模型完成后，可以通過模型完成船體重量的鋼結構的估算，也就是通過結構設計完成了對船體鋼結構的估算，進而實現船體鋼結構成本的估算；（2）采用現代的計算機程序以及船體設計方法理念，通過完善的軟件結合相關程序完成對船體鋼結構重量的估算。這種估算方法需要進行大量的數據分析，而且相關數據還必須要具有一定的代表性。

當前我國用于船體鋼結構重量預估的方法主要有四種，分別是：（1）通過經驗公式與母型船完成相關數據變換，從而預估算出船體的重量；（2）使用EXCEL表格輸入相關數據，然后完成計算；（3）使用三維軟件建立模型，通過三維模型進行分析；（4）借助專業的船舶設計軟件完成船體鋼結構重量的估算，當然不同的方法有著各自的優缺點。

二、船體鋼結構成本估算的相關因素

在上述的分析中船體鋼結構成本的估算主要依賴于船體鋼結構的重量，但是船體鋼結構重量在估算過程中還會受到多種因素的影響，其中關鍵的就是工作量，對于船廠從相關材料訂購到交付造船廠期間的工作均屬于工作量的范疇，具體的包括以下幾點：（1）材料管理人員統計造船過程中需要的材料；（2）使用起重設備完成材料的搬運；（3）型材的切割或者使用NDT對型材進行劃線；（4）材料成形；（5）完成氣割、氣刨；（6）完成焊縫坡口的加工；（7）完成船體的焊接裝配等；（8）將分部連接起來，完成總裝；（9）總裝完成后對其性能的檢測。除了船體鋼結構估算過程中除了受到工程量影響之外，同時還會受到鋼結構的構件尺寸、零件熟練多少、焊接長度等因素的影響。通過這些因素可發現，如果在設計過程中能夠得到某些鋼結構較為準確的參數，那么在后期就可以通過這些參數完成船體鋼結構成本的估算。

三、船體鋼結構成本的估算以及優化考慮

船體鋼結構成本的估算重點在于船體鋼材總重量的計算，結合相關統計數據以及分析結果可得到焊接長度的預測值，通過求取平均值完成計算，下面以成品油船為例進行分析，通過初步估算，船體的鋼結構總重量為6750噸，

對于母型成品油船，船體的鋼材總重量為6500噸，而實際的焊接長度是94000m，經過計算

預測焊接長度的計算

預測焊接長度=平均每噸的焊接長度×船體的總重量=15.2×6750=102600m，實際的焊接長度=實際的焊接長度×船體鋼材的總重量=101000m經過比較可以看出，實際的焊接長度要小于預測的焊接長度。

預測的總平均焊接長度為實際的焊接長度×估算的棱柱體每噸的焊接長度=103200m。

在具體的設計過程中可以采用基本設計預測方法，當然在估算過程中同樣的需要一定的參數，比如：船體的鋼結構整體布置、典型的舯剖面結構圖、船體鋼材估算的總重量等。在具體的計算中首先應該計算出焊接長度以及結構主要項目的鋼材重量，這些都可以用來評估船體鋼結構的復雜性。比如以油船為例，在計算過程中包含了多個項目，具體的主要有：上甲板、船殼板、上甲板中橫向構件、縱艙壁、甲板中縱桁、船底中縱桁、橫艙壁中縱桁、軸線恒緩沖艙壁等。在具體的計算過程中，對于船體總重量以及焊接長度的計算還應該將連接件以及外板計算在內，比如：肘板、防撓板、連接角材等。在具體的計算過程中對于上甲板的相關計算應該將外板的重量以及對接焊接的長度計算在內，特別是在舯剖面結構方面的重量計算以及焊接長度的計算可以真實的反應出在具體的鋼材加工過程中，切口、扇形孔以及減輕孔等重要信息。也就是通過統計多個船體結構的焊接長度，建立相應的數據庫，從而為船體鋼結構成本估算提供依據。

在完成上述計算之后，需要對船體貨倉部分進行詳細的分析和計算，如果貨艙區內的結構部分是連續的，那么就可以通過測量單個貨艙長度以及總的貨艙長度，然后用總的貨艙長度除以單個貨艙長度，就可以得到船艙項目的總數，對于橫向構件、橫艙壁等較為集中的鋼構件，在計算過程中應該按照比例分配的方法實施計算，之后將連續的鋼構件部分計算結果與集中鋼構件計算結果累計求和就可最終得到總的焊接長度以及船體的鋼材重量。

四、結語

船體鋼結構的成本估算對于船體總體經濟性具有重要影響，而對于船體鋼結構成本的估算主要是依賴于船體鋼結構的重量估算，通過直接測量以及相關計算的方法忽略了船體在結構方面的差異，因此需要對結構進行優化設計，上述通過對船體鋼結構焊接長度的估算完成船體總重量的估算，進而估算出船體鋼結構成本。

參考文獻：

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