綠色造船工藝在船舶結構中的設計及應用

馬牧原，馬振中

（上海興海聯船舶工程技術有限公司，上海 201913）

1 綠色造船技術介紹

1.1 綠色造船技術應用到船舶結構中

將綠色造船技術運用到船舶結構中，也可稱為綠色船舶技術，是基于當代社會所提倡的保護環境、珍惜資源的價值觀。綠色船舶技術要求在船舶結構的設計以及所有生產環節中都要遵循著綠色工藝的宗旨，包括在后期的船舶運行以及部件回收工作中也要遵循綠色公益的宗旨。保護生態環境是每個人的義務，防止在制造船舶過程中對環境造成破壞。為了更好地將綠色環保理念由造船行業傳播出去，在船身的設計以及材料的運用中，也要用綠色的設計想法和材料，去貫徹保護環境防治污染的理念。

1.2 綠色造船技術的優點及特色

綠色造船技術有著技術先進、節省成本、環保等優點。在此將分別介紹綠色造船技術的幾個特色概念的引用和推論。

制造行業是一個國家整體工業水平的表現。只有當一個國家的科學技術水平達到一定高度，才可以更好地去發展綠色造船產業。我國的綠色造船技術與國外的綠色造船技術相比較落后一些，也存在著一些技術上的問題。由于在核心技術上受限，所以我國的綠色船舶制造業的核心技術一般都是采用國外比較先進的綠色造船技術。同時為了保證船舶的可靠性及運行效率，要求造船技術人員采取最先進的工藝技術。制造出來的船舶還要遵循國家環保法制的規定，保證綠色的船舶設備更具競爭優勢[1]。

無論什么行業，都有一個共同特點，就是盈利效益，造船業也是一樣。如果一個行業沒有盈利，那么該行業的發展與其他行業相比較便會落后很多。所以在制造綠色船舶的過程中也要注重制造費用，控制好造船成本，一旦超出造船企業成本預算，便使得造船企業無利可圖，以最低的費用成本去創造高效的盈利效益。

保護生態環境，節約資源，是秉著節約能源、保護生態環境以及人類的生命安全為準則。為了更好地使綠色船舶擁有協調環境的特性，需要造船技術人員根據船舶不同生命階段所產生的不同特點與現實相結合來進行完善。

2 使用綠色造船技術制造船舶的注意事項

2.1 嚴格選擇綠色造船材料

在選取綠色造船材料時要特別注意選擇沒有有害物質材料、可以回收再利用、對水生物沒有傷害的材料。舉個例子，在東南亞發生過一起海洋生物大量死亡事件，原因是船舶材料不慎落入海洋，對海洋生物造成中毒事件。還要禁止使用不易分解的造船材料，因為一旦落入海底將會造成海水污染。所以要使用綠色材料來制造船舶，盡可能去降低對海洋以及對海洋生物的傷害，嚴格遵守綠色造船工藝的設計要求。

2.2 嚴格遵循船舶的設計要求進行制造

在建造綠色船舶期間，要熟讀船舶的建造注意要求以及船舶制造零件的相關規定。根據國家標準化的規定來設計綠色船舶，在此基礎之上完善船舶整體結構，使各個材料之間相關聯，使每一個零件都可以充分發揮它的功能，提高對能源的利用，高效發揮綠色船舶資源，實現綠色船舶對環保與節能的要求[2]。

3 如何應用綠色造船工藝

3.1 加強綠色船舶制造技術

如果想要完成綠色造船工藝技術在船舶結構上的應用，就要去重視對綠色制造工藝的應用。通過對當前存在的2 種加工制造方式原理的引入、轉化應用，有效吸收并投入到船舶的制造工藝中去。

1）凈成形制造工藝概念在船舶的應用

目前的凈成型制造工藝可以盡量減少資源的浪費，制造出與零部件功能一樣的零件，在很大的程度上減輕了材料的消耗。本公司建造的22KTEU 集裝箱船，主尺度為399m×58.6 m×71.3 m，最大吃水16 m，載重量約為197 kt。在船舶的設計和建造中保證總體強度的同時減少了投鋼量對公司成本的控制，提高航速尤為重要。根據集裝箱船的結構特點，依據凈成形制造工藝概念，嘗試對橫隔艙以及抗扭箱進行結構優化設計。通過對鋼材出爐規格的統計，在結構設計中進行自然排版和斷縫，減少板材的切割、焊接、打磨工時和能源。通過有限元計算得出橫隔艙所受力主要為船舶舷側對橫隔艙的橫向拉力（空船為壓力），一定程度和范圍上減少橫隔艙縱向結構和縱向斷縫，有效減少鋼材投鋼量和板材斷縫。通過此推論進行建模驗證后，橫隔艙總投鋼量減少7%，板材斷縫減少5%。

2）干式制造工藝概念在船舶的應用

干式制造工藝也就是在對產品進行加工時所運用的一項工藝技術，可以高效地簡化生產的工藝程序，節省生產所需的材料，全方位地減少制造費用。通過對標機械制造中干式制造工藝，將其應用于我國綠色船舶制造中，具有較好的發展前景。本公司建造的超大型液化氣船86KVLEC 船的液罐建造是整個船舶的核心，是高附加值船舶的高附加所屬區域。液罐為不規則菱形罐體，存在大量的轉角、圓角的鋼板加工。按照傳統方法是對鋼板模擬反變形進行水火彎板，不僅效率低，而且浪費水、甲烷、吊車等能源。通過借鑒干式制造工藝概念對船舶制造進行轉化，對彎板進行干式加工成為節能減排的一種有效途徑。通過多次實驗改進，與壓彎機廠家進行協同設計，研制出可以直接采用油壓機和專用模具進行的冷壓彎板。傳統的油壓機因為模具和精度的原因，無法滿足液罐轉角彎板的精度和強度要求，與傳統冷彎機不同，經過研制的油壓機的壓頭材質和壓力步進、保持、退回參數都是經過大批量的實驗后得出的，保證精度的同時也能保證材質的材料力學性能。實驗說明了干式制造工藝在船舶制造的運用可行。

3.2 加大對綠色船舶焊接技術的創新

船舶焊接技術在制造船舶的工程中是必不可少的環節，最近幾年焊接技術伴隨著科學技術的發展也在逐漸進步，朝著節約能源高效工作的目標去努力。傳統的焊接技術，有著不環保、不節能、操控不穩等缺點，所以當代高性能的焊接技術應運而生，將與網絡信息技術相結合，使這一代的高性能焊接技術擁有科技化、精準度高、效果明顯的優點。

對加工作業區焊機進行聯網，統一由控制中心對終端焊機進行參數設置、實時監控和校對，在保證焊接質量的同時，能夠最大限度減少人為操控對焊接電流的不正確干預。同時，利用焊接槍頭的傳感器對焊接熔池的溫度、深度、氣流進行回傳，由控制中心接受后進行分析對比做出實時微調，保證惰性保護氣體的通量，控制電流的波動，并可以解決由焊接速度帶來的熔池深淺不一等問題。通過大數據的收集和分析比較，可以逐步得出最優的參數配比，提高焊接質量的同時減少無效的浪費，并形成可追溯的文件記錄，為完工設計交船提供了輕量完整有效的交付物。

增強綠色船舶焊接技術，使綠色造船技術應用中節約能源和保護環境的效果達到最優，提高高性能焊接技術的工作效率，優化操作程序，使工作人員操控起來更加便捷，將高性能焊接技術更好地應用于綠色造船工程技術中。

3.3 增強綠色造船工藝的涂裝技術

在綠色造船工藝中涂裝技術也是必不可少的。在綠色造船工藝涂裝的過程中要貫徹環保的理念，對涂裝技術做出調整，使用綠色造船工藝技術達到船舶環保涂裝的目的。

現有的噴涂工藝都以空氣壓力泵為終端，工人手持噴槍進行噴涂作業，費時費力，全憑工人的經驗和工作態度來控制膜厚和涂層質量，而且空氣中彌漫的細小油漆顆粒極大地威脅工人的健康。噴涂車間自動化已經成為綠色造船必須要改進的重中之重。通過在噴涂車間建設自行式鋼吊梁，加入升降式操作間，采用機械手臂進行模擬人工作業，是一種可行并有效的解決方案。目前市場上可以進行三維空間作業的機械手臂有很多，雖然不能完全替代人工進入狹小及封閉艙室進行施工，但是對于船體外板及開放結構空間可行，根據不同船型有30%～60%的可覆蓋區域，并且隨著應用的過程，不斷地優化改進，更能帶來可觀的環保效益。建設新一代的智能化噴涂車間將成為國內各大船廠晉升國際先進智能制造的關鍵一步。

4 結語

船舶行業是勞動密集特大型重工業，運用好綠色造船工藝，會對造船業產生巨大的成效，通過技術改進，工藝提升可以減少有限資源的使用，減少能源的需求，同時減少船舶制造過程中的污染排放，提高造船企業的經濟效益，滿足國家對環境保護、生物安全保護的要求，這也將成為國際造船業的風向標。