綠色船舶的設(shè)計與制造初探

吳桂軍 徐光旗 趙明超

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的大力發(fā)展，船舶的制作工藝得到了大大的提升，人們在對船舶進行設(shè)計和制作的時候，已經(jīng)不僅僅是追求效率和數(shù)量，更加注重其質(zhì)量。隨著環(huán)保意識的不斷延伸，綠色船舶的設(shè)計和制造理念應(yīng)運而生，有利于對于船舶制造業(yè)綠色、環(huán)保、健康、可持續(xù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：綠色船舶；設(shè)計；制造

引言

在我國，越來越多的企業(yè)引進了船舶綠色設(shè)計和制造技術(shù)，并且在設(shè)計、制造過程中，融入了“綠色”的理念，從各個層面著手，使得綠色船舶產(chǎn)品在設(shè)計、制造、運營的過程中實現(xiàn)節(jié)能降耗、簡約成本、減少污染等特點，有利于促進船舶業(yè)快速、高效、可持續(xù)的發(fā)展。

一、綠色船舶的概念

所謂“綠色船舶”顧名思義，就是與綠色象征的健康、環(huán)保有關(guān)，將綠化的健康環(huán)保理念融入到船舶的設(shè)計、制造、運營、報廢、處理等環(huán)節(jié)中，同時滿足人們的日常使用需求，并且可以通過環(huán)保的科研技術(shù)，減低成本，如人力成本、資源投入成本等，除此之外，還可以降低或避免造成的環(huán)境破壞和污染，更好的維護船舶的可持續(xù)使用，形成長期、穩(wěn)定的保護性能。對綠色船舶的概念主要融入在以下三個方面：

1、設(shè)計理念。關(guān)于綠色船舶的設(shè)計理念是由設(shè)計師提出來的，因此，設(shè)計師的綠色理念的建立極為重要。如果船舶設(shè)計師具有先進、健康、環(huán)保、以人為本的綠色設(shè)計理念，那么在設(shè)計的過程中，會處處呈現(xiàn)綠色船舶的設(shè)計理念，例如，在設(shè)計的初級階段，采用健康、環(huán)保、無污染、零甲醛的材料或配件；在設(shè)計過程中提升材料的二次利用率和再生利用，有效節(jié)約材料成本，同時盡可能優(yōu)化技術(shù)，提升技術(shù)含量，從而提高整個系統(tǒng)設(shè)計的工作效率和質(zhì)量；在使用不能再生的能源或資源時，要秉承勤儉節(jié)約的原則，同時多儲備一些可以替代的資源。

2、制造理念。所謂綠色制造理念就是在制造的過程中堅持綠色、環(huán)保的理念，從施工的技術(shù)層面著手，使用健康的材料和資源，圍繞對環(huán)境污染最少的施工路線開采用綠色制造工藝，主要包括綠色涂裝工藝、綠色加工工藝及綠色焊接工藝等方方面面，實現(xiàn)船舶制造的綠色制造。

3、運營理念。在運營的過程中，時刻秉承綠色的環(huán)保理念，例如，在運營的時候，降低發(fā)動機氮氧化物、硫氧化物等有害物質(zhì)的排放；定時清理發(fā)動機，避免發(fā)生燃料油等有害物質(zhì)漏油現(xiàn)象的產(chǎn)生；定時、定期對產(chǎn)生的垃圾、廢棄物進行清理等。

二、綠色船舶的設(shè)計

在施行綠色船舶的理念中，設(shè)計方案是重要的一個步驟，也是整個造船計劃的第一步，因此，綠色設(shè)計理念是尤其重要的。它首先需要相關(guān)的設(shè)計師具有與時俱進的思想，其次是對環(huán)境保護的認(rèn)可和支持，并且具有較高的專業(yè)知識，可以很好的將兩者有效結(jié)合。

1、船型優(yōu)化設(shè)計

在對船舶造成和構(gòu)造進行優(yōu)化設(shè)計的時候，首先考慮設(shè)計后的船舶的質(zhì)量、承重、航行速度、耗損能源等方面的指標(biāo)，然后按照標(biāo)準(zhǔn)進行優(yōu)化設(shè)計，力求擴大船舶的容納空間和尺度，并且美化其造型流線，有效實現(xiàn)節(jié)能降耗的作用，同時促進經(jīng)濟收益的最大化。例如，對運載萬噸以上級別的散貨船舶而言，設(shè)計師在確保其安全和穩(wěn)定性的前提條件下，在船體結(jié)構(gòu)功能，如對萬噸級散貨船充分考慮環(huán)保的要求，將隔離空艙設(shè)計在舷側(cè)，將燃油艙設(shè)計在頂邊艙上，改變了傳統(tǒng)的雙層底的燃油艙的設(shè)計理念，進行了獨具一格的創(chuàng)新，通過綠色的設(shè)計想法，優(yōu)化了空間尺度和船舶造型型線，使船舶在營運的過程中，更加健康、節(jié)能、環(huán)保。

2、減少多余功能設(shè)計

在船舶設(shè)計的初級階段，合理把控設(shè)計施工的各類工序和細(xì)節(jié)，做到層層把關(guān)，步步優(yōu)化，有條有理，樹立簡約的環(huán)保意識，對整個設(shè)計流程進行全方面把控，只留下關(guān)鍵、重要的功能，縮減不重要、多余的功能設(shè)計，從而實現(xiàn)控制成本的設(shè)計理念，減少不必要的資源浪費。

3、動力節(jié)能設(shè)計

在進行船舶的綠色設(shè)計時，針對動力節(jié)能方面的設(shè)計，可以通過以下方式體現(xiàn)：第一，對于船舶動力裝置、操作參數(shù)等方面，可以利用先進的計算機科學(xué)技術(shù)進行時時監(jiān)控，一方面可以確保處于安全的運作狀態(tài)，另一方面可以節(jié)能降耗，減少成本。第二，對于船舶運作使用的能源進行積極探索，發(fā)現(xiàn)可替代的新能源，如太陽能、風(fēng)能、波浪能等，有效提升可再生能源的重復(fù)使用率；第三，采用綜合性的推薦節(jié)能方式，例如為了更好的進行能源的轉(zhuǎn)換，故采取了柴電聯(lián)合的動力推進方式；第四，積極研發(fā)新技術(shù)，例如主機廢氣節(jié)能技術(shù)、應(yīng)用新型燃油添加劑及采用燃油電噴技術(shù)等。

三、綠色船舶的制造

1、綠色加工工藝

1.1凈成形制造

在船舶制作中，塑性加工、鑄造等方式都屬于凈成形制造技術(shù)中的一種，技術(shù)人員可以通過凈成形制作技術(shù)，可以進行成本把控，減少資源和材料的浪費。例如，組成產(chǎn)品是由成形的部分零件或材料直接或間接進行加工處理而成，其技術(shù)原理就是精密成形或凈成形，從接近零件形狀向直接制成工件形狀進行加工而成的。

1.2干式加工

在我國，對于干式加工的研究仍然處于初步探索階段，作為一種創(chuàng)新的加工方式，已經(jīng)有部分位置運用了該類加工方式，例如，干鏜削、干車削、干磨削等。干式加工的工藝技術(shù)可以減免增加冷卻液的環(huán)節(jié)，不僅縮減了不必要的步驟，還可以節(jié)約成本，并且解決了由于使用冷卻液所造成的麻煩。

1.3工藝模擬技術(shù)

工藝模擬技術(shù)只要利用各類計算機系統(tǒng)，如專家系統(tǒng)、數(shù)值模擬系統(tǒng)、物理模擬系統(tǒng)等進行科學(xué)參考和統(tǒng)計，確定制造的步驟、環(huán)節(jié)、參數(shù)等，從而實現(xiàn)制造計劃的效果最大化，并且可以對可能產(chǎn)生的問題進行預(yù)判和避免，最終目的是確保制造工藝的質(zhì)量。其主要運用的范圍是水火彎板等熱加工過工程。

1.4網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)與敏捷制造

在進行操作模型的批量生產(chǎn)前，都需要對樣品進行試驗，如果試驗不合格，會一直重復(fù)下去，浪費精力和原材料。因此，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的廣泛運用很好的解決了這個問題，虛擬現(xiàn)實技術(shù)由虛擬公司及虛擬制造技術(shù)構(gòu)成。虛擬公司是由很多不同產(chǎn)品的公司進行短期、臨時的組建，目的是為了方便各船舶制作企業(yè)和設(shè)計院可以獲取相關(guān)信息，及時進行敏捷、便捷的制造。虛擬制造技術(shù)是指生產(chǎn)一種各類參數(shù)、指標(biāo)完全一致的軟生產(chǎn)模型進行替代真實的樣品，從而進行一些的測算和評估，此類方式可以減低樣品的浪費，節(jié)約制作成本。

2.綠色焊接工藝

2.1數(shù)字焊接電源

數(shù)字焊接電源是建立在現(xiàn)代的電子計算機系統(tǒng)上研發(fā)而來的，主要與數(shù)字送絲機的功能相結(jié)合，標(biāo)志著代表數(shù)字化的高效焊接電源技術(shù)的發(fā)展日益先進化和智能化，因此，對于傳統(tǒng)的焊接電源來說，高效、健康、環(huán)保、節(jié)能的數(shù)字焊接電源已經(jīng)成為了當(dāng)下潮流的發(fā)展趨勢，具有穩(wěn)定、節(jié)能、優(yōu)質(zhì)、高效等優(yōu)勢。

2.2高效焊接工藝

隨著船舶行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，高效焊接工藝已經(jīng)成為其主要使用的重要焊接技術(shù)之一，兼具著節(jié)能降耗、健康環(huán)保等特性，同時可以減少對環(huán)境造成的危害。目前，在我國使用率較高的高效焊接方式有氣體保護焊、熔化極活性氣體保護焊（MAG焊）和熔化極惰性氣體保護焊（MIG焊）和埋弧焊、電渣焊、氣電自動焊、電子束焊和激光焊等，其中運用最廣的是氣體保護焊。除此之外，優(yōu)質(zhì)、快速、高效、便捷、自能化等特性也是高效焊接技術(shù)的標(biāo)簽，因此，合理運用高效焊接工藝可以提升工作效率、節(jié)約資源和成本，更好的推動船舶業(yè)的發(fā)展與進步。

2.3高效焊接裝備

對于高效焊接裝備，主要有兩種形式，第一是門架式雙絲埋弧焊接裝備，其操作簡單明了、焊接速度較快，工作效率較高，而且不需要進行清根，節(jié)約了作業(yè)時間，是拼板焊接的主要運用的裝備之一。第二是橫向?qū)雍缚p焊機，其操作的精準(zhǔn)度較高，質(zhì)量很好，而且工作效率較高，對于傳統(tǒng)的手工焊接而言，可以大大減少了勞動時間和強度，提升了工作質(zhì)量和效率。

結(jié)語

綠色船舶是船舶工業(yè)發(fā)展的大趨勢，綠色船舶的設(shè)計與制造技術(shù)，能夠成為貫徹國家“節(jié)能減排”方針的重要措施，也將為全面提高我國船舶工業(yè)的國際競爭力，為船舶工業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供重要的推力。

參考文獻(xiàn)

[1]程紅波.市政工程施工中的環(huán)境問題與保護措施[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2017（06）：42+46.

[2]韓憲.淺談市政工程施工中的環(huán)境問題與保護措施[J].黑龍江科技信息，2017（12）：127.

[3]秦福元. 市政工程施工中環(huán)境問題與保護措施[J]. 工程技術(shù)：全文版，2016（12）：00134-00134.

（作者單位：南通諾德瑞海洋工程研究院有限公司）