船體結構設計課程模塊項目化教學研究與實踐

杜友威，田玉芹，周新院

（青島黃海學院，山東青島266427）

0 引言

船舶結構設計課程在船舶工程技術專業核心能力培養中占有非常重要的地位。該課程涉及知識面廣且工程實際結合度高。如果在講解的過程中以軟件功能模塊為核心授課，那么學生只能學會操作命令，缺乏主動思考的能力，在真正遇到工程實際問題時，所學的知識往往不能學以致用[1]。因此，引進項目化教學十分必要。項目化教學即以實際工程項目為主線，以學生為中心，通過教師引導進行教學的教學方法。

通過對部分船舶類高校走訪、調研，發現絕大多數船舶類院校相繼引進了SPD系統，開設相應的課程，且基本依照滬東培訓說明書的內容，按照參數初始化、平面板架、曲面板架及肘板建模、船體圖紙報表的處理和輸出等功能性模塊進行教學，且僅限于指導學生進行簡單的建模和出圖的基本操作。這種教學模式直接導致學生缺乏學習的積極性和主動性。因此，需要通過項目驅動的形式，按照船體的結構區域進行分析和講解，并分組對結構區域計算、出圖，提高學生學習的積極性和教學效果[2]。

基于船舶設計公司的工作模式，課程完全從生產設計實踐的角度出發，結合學生的實際情況，將船舶設計的流程分成具體的工程項目，按每一個項目的要求分配工作任務。

以某一實船的某部分的幾個典型分段為例，每一個分段即為一個工程項目，講解的過程完全按照項目實施過程進行。具體教學中，首先學習一些實例模型以提高學生的學習興趣，將分段設計應該考慮的內容和規定進行講解，從規范選擇、材質確定、型材選擇到尺寸計算，完全按照實際設計生產過程進行。這種教學中“以項目為核心”的理念，能強化學生使用軟件處理實際問題的能力。

1 項目化教學過程實施

該項目采用65 000DWT散貨船作為研究對象，結合《鋼質海船入級規范》，對該船進行規范計算，通過規范計算結果確定各外板的最小厚度及型材的最小截面模數，從而確定各外板和結構的尺寸和形式[3]。該項目過程劃分成五大環節共計64學時，即船體結構設計基礎（8學時）；數據的收集和準備（2學時）；總段結構劃分（2學時）；結構規范計算（24學時）；分段結構設計（28學時）。

1.1 船體結構設計基礎

首先，講解結構設計的要求，如安全性、工藝性和經濟性等，在滿足船舶總體設計要求的情況下，解決船體結構的形式、構件的尺度與連接等設計問題，保證船體具有恰當的強度和良好的技術經濟性能。其次，進行結構設計方法講解，主要采用規范設計法，即根據船舶主尺度和結構形式，及各種營運、施工要求，按船級社制定的船舶建造規范的有關規定，決定構件的布置與尺度，再進行強度和結構穩定性等校核。最后，介紹船體結構設計的一般規定，及確定船舶所在的航區、用途、材料、骨架類型和結構布置的一般原則和規定等內容。

1.2 數據的收集和準備

收集所要研究的船舶的主尺度和船型參數，包括船長、型寬、型深、吃水等。另外，還需要繪制該船的型線圖，導出該船的型值文件，包括肋骨型線、縱骨型線和水線，這些數據是進行船體結構規范計算和結構設計的基礎。該項目采用的65 000 DWT散貨船主尺度及主尺度系數如表1所示。

表1 散貨船主尺度及主尺度系數

1.3 總段結構劃分

根據船體分段劃分圖設計規范，對貨艙總段進行劃分，確定分段的數量及位置，此時要充分考慮結構特點與強度、工藝和施工條件、生產計劃和勞動量、起重運輸能力以及各分段的長度和劃分部位要求。教師可以對學生強調分段劃分的原則和一般要求，總段結構劃分的依據，該劃分對施工工藝和結構方面有什么影響。分段劃分結束以后，還需要對每個分段進行編碼。每個企業和每個項目的分段編碼不盡相同，可以按照一般的編碼原則給學生進行講解，大體包括：a.工程碼；b.分段碼；c.作業階段碼；d.組立碼；e.零件種類碼；f.零件碼；g.拼板/加工碼等，具體編碼可以參考《船體分段結構零件編碼規則》。為了簡單起見，本文將65 000 DWT散貨船貨艙總段分為4個分段，即底部分段、舷側分段、甲板分段、艙壁分段。

1.4 結構規范計算

根據CCS《鋼質海船入級規范》 （2015），該65 000DWT散貨船貨艙總段主要結構尺寸計算結果如下:

板材厚度。船底板、舷側外板、舷側外板、旁桁材、實肋板：15 mm；內底邊板：14 mm；中桁材：18 mm。

型材規格。肋骨：T500×10+150×12；強橫梁、艙口縱桁、甲板縱骨：280×11BP。

各分段骨架類型的確定也非常關鍵，通過船體結構與制圖課程的學習，學生對船體骨架形式有了比較充分的認識，基本能夠區分各典型船型的結構特點。現對65 000 DWT散貨船各分段結構的骨架形式描述如下：

船底結構采用縱骨架式雙層底結構，橫向每隔3～4個肋位設置普通實肋板結構，有水密要求的位置設置水密肋板，實肋板和水密肋板設置豎直扶強材支撐，船底縱骨和內底縱骨采用普通球扁鋼結構。

舷側結構采用混合骨架單層舷側結構，底邊艙和頂邊艙舷側結構部分采用縱骨架式結構，以增加抵抗總縱彎曲的能力，而在頂邊艙和底邊艙中間部分采用單一橫骨架式結構，即設置強肋骨結構。

甲板結構采用混合骨架結構，在散貨船艙口與艙口之間采用橫骨架式結構，其他部位采用縱骨架式結構，艙口位置設置艙口端橫梁和艙口縱桁，甲板強橫梁或強縱桁的相鄰間距控制在3～4個肋位，且盡量保持甲板強橫梁和船底實肋板在同一個肋位處以保證整體強構件的整體性和連續性。

散貨船的貨艙部分，艙壁結構采用槽形艙壁加水平桁結構，采用該結構的優點是在保證同樣的強度條件下，可以減輕結構重量，節省材料；取消扶強材及肘板結構，可減少裝配和焊接的工作量，在散貨船上使用，便于清艙，從而增加貨物的裝卸效率，此外，還有利于防止銹蝕[4]。分段骨架形式的確定如表2所示。

表2 分段骨架形式

1.5 分段結構設計

在分段結構設計之前，要求學生先學會SPD-H船體設計系統的工程初始化，平面、曲面板架和肘板建模等基礎操作，在此基礎上進行結構三維設計。各分組設計模型如圖1所示。

圖1 船體分段三維結構圖

2 項目化教學成果

通過參加船舶設計類省級、國家級大賽，發現學生素質提高很多，能夠獨立完成分段的設計和結構分析。教材開發是課程實施的前提和基礎，目前市面上《船體結構設計》教材不多，以SPD軟件為基礎的教材更是少之又少，因此，在該課程項目化教學的實踐過程中，編寫了項目化教學的配套教材和教學視頻，適應人才培養的需要。同時還需要學校和企業建立更深層次的合作，把實際船型設計應用于教學，這樣可以讓學生在實際項目中得到真正的鍛煉，而作為專業教師，亦可依托工學結合的平臺，帶領學生參與實踐創新課題，培養學生的職業技能。另外，通過與企業深度合作，讓企業參與到考核培訓中來，考核合格后，學生可以獲得由學校、企業聯合頒發的合格證書。學生憑該證書可以直接進入企業參與實際項目。

3 結語

教學改革是系統工程，需要長期不斷地努力和探索。本文主要針對船舶結構設計課程的實踐教學環節進行的教學設計和實踐，對于船舶類其他設計和制作方面的課程也同樣適用。以后在教學過程中，還應不斷嘗試該教學方法在其他課程中的應用，以及新的教學方法的應用，從而提高課程的教學質量。