“育鵬”輪實習船的電氣優化設計分析

司忠良

（大連中遠海運重工有限公司，遼寧大連 116113）

0 引言

2016年10月16日，大連中遠船務交付我國首艘現代化多用途載貨教學實習船，命名為“育鵬”輪，見圖1。目前，“育鵬”輪為我國最先進的教學實習船，在世界教學實習船領域也處于領先地位。該船為無限航區，具備航海教學、科學研究、遠洋運輸等多種功能，主要用于航海類專業學生的教學實習，也可裝運散雜貨、重大成套工程設備及集裝箱，并可用于交通信息工程與控制、航海科學與技術、輪機工程和環境工程等學科的科學研究和試驗。“育鵬”輪載重約30 000 t，總長約200 m，船寬27.8 m，型深15.50 m，服務航速17.5 kn，續航能力為15 000 n mile。該輪以大連中遠船務曾建造的30 000 t多用途重吊船為母型船，由上海船舶研究設計院開發設計，根據中國船級社規范進行設計建造。在“育鵬”輪的設計過程中，電氣專業對比此前已完工交付的系列多用途重吊船相關電氣設計經驗，結合遠洋載貨運輸、教學實習船的特點、功能和需求，進行電氣生產設計多處優化，形成優化設計方案，優質順利地完成設計任務。

圖1 “育鵬”輪

1 電氣優化設計的提出

船舶建造初期，作為設計者的任務是將設計圖紙構畫完成，為現場施工建造提供精準的高質量圖紙。雖說該船是以原30 000 t多用途重吊船為母型船，但增加的航海類專業的教學實習功能及容納90人實習生的學習生活服務功能，導致該船的設計施工復雜度大大增加。僅以生活區為例，除常規駕駛甲板外，還有另外7層生活甲板來容納大量學生學習生活，同時還設置教室、實驗室、網絡中心、圖書室、健身房和多功能室等特殊場所。極大地增加了照明、通信、報警、防火和網絡等系統的布置難度。這就要求船舶設計時要充分考慮各方向的協調。另外，該船閥門遙控和液位遙測報警點數量多，增大了電纜敷設量和敷設難度。這對電氣專業來說是一次挑戰。

因此，在設計初期就提出設計高度優化，來應對空間小、設備多、電纜數量多等各種困難。

2 電氣優化設計的應用

在設計中主要運用電氣設備空間布局優化、跨區域電纜通道電纜核對、電纜路徑敷設率優化設計、電氣控制箱合理分線等設計方法。

2.1 電氣設備空間布局優化

在核查全船電氣設備信息階段，由于增加了航海教學和模擬駕駛等特殊系統，使得在原常規船基礎上增加了很多電氣設備，而船內空間又被更大的水艙油艙（相比原30 000 t船型）占用，這些都對電氣設備的布置提出挑戰。

生產設計要與電氣詳細設計緊密溝通，把電氣設備布置圖中的所有設備逐一研究核查，在滿足規范公約要求的前提下，將每個設備的最優位置標記定位。原則是：便于施工、操作、維修、美觀。當設備本身的尺寸不滿足要求，這時需向詳細設計方提出設備意見，發送給設備供應商，積極協商變更設備外形尺寸。遇到其他專業的干涉（如管系設計/鐵舾設計）問題，生產設計方出面進行協調溝通，達到滿足設備安裝的空間需求。

圖2是詳細設計方與設備廠家協調后，將2個電氣控制箱外形尺寸進行修改，并且電氣生產設計方與管系方協商，將冷水管閥門向船尾方向移動500 mm距離，讓出設備空間，高度調整一致，面板平齊，優化布置的典型案例。

圖2 電氣控制箱優化布置

2.2 跨區域電纜通道電纜核對

核查全船電纜信息發現，全船電纜約8 300根。生活區到機艙、機艙到貨艙、貨艙到生活區的跨區域電纜數量較大，涉及教學科研和模擬駕駛等新系統。如果按照以往的設計經驗去預估電纜通道的托架及貫穿件接口尺寸，可能會出現偏差。針對這一問題，電氣生產設計方進行跨區域電纜主干模型定位，定位后對接口編號，再制作相對簡化的全船區域接口圖，最后所有區域負責方以會議形式對線，按電纜模板順序核對跨區域電纜走向（本地電纜跳過，負責方自己統計電纜路徑），將電纜經過的所有接口點填進電纜冊，完成后，篩選節點即可判斷接口處電纜數量、托架寬度、貫穿件型號。

考慮到電氣系統圖的準確性，和船東對電纜托架的余量要求，適當預留敷設寬度。回頭看，此項工作尤為重要，既保證電纜合理敷設，也沒有浪費空間。保證了區域接口的設計合理性。

2.3 電纜路徑敷設率優化設計

在船舶設計中電纜都是以電纜托架、電纜管等支架為依托來進行敷設的。大量電纜必將耗費大量托架材料，這也一定會占用大量空間。“育鵬”輪的電纜用量為8 300多根，總長度為同樣大小普通散貨船的3倍。因此，電纜的敷設優化尤為重要。電氣生產設計過程中，打破了常規先出圖，再設置電纜節點，最后電纜冊的設計順序。大膽地將電纜節點設計提前，提前到在電纜主干路徑設計階段同時進行。具體操作：1）統計每一根電纜在主干電纜路徑上走過后經過多少個電纜節點，逐一記錄；2）掌握這組數據，在模型修改階段（出設計圖前）確定每處電纜托架的容量寬度，只要篩選這一節點的電纜數據，配合電纜的外徑信息，馬上就能確定此處所需要的電纜托架寬度信息；3）合理選擇托架型號，避免托架過寬導致利用率不足浪費材料成本且浪費設計空間，同時也能保證不出現電纜過量敷設（由于托架小電纜多導致）的問題。

為了計算托架敷設率，設計團隊利用 EXCEL軟件自行編制了電纜敷設率計算小工具，使用方法：將電纜信息復制到表格信息區域，這些電纜對應的使用的托架和貫穿件的匹配信息自動生成，作為設計參考值。見圖3。

圖3 excel電纜敷設率計算小工具

2.4 電氣控制箱合理分線

電氣控制箱是控制或服務與其相關的用電設備的控制部件，通過電纜相互連接。如果只是一對一的關聯，那么開關的布置就非常簡單。例如1個開關只控制1個電動馬達，考慮在馬達附近便于操作的位置，電纜越短越好。但當1個控制箱對應多個服務對象，這種情況下，控制箱的布置就非常關鍵。下面以信號采集系統為例，分析設計優化的應用。

初始設計時，整體機艙內共分布4個信號采集箱（圖4），NO.1/NO.2信號采集箱主要服務主機和發電機相關系統，相應地將2個箱子布置在主機發電機附近的位置。問題出現在NO.3/NO.4信號采集箱，這2個箱子各自負責采集信號的源頭分布面較大，除去機艙各甲板區域還涉及生活區的空調間/冷水機組間/應發室/尾井區。此時這 2個箱子的信號源分布沒有規律，NO.3箱采集底部區域，也采集上層區域，NO.4箱也一樣。這就導致大量信號電纜相互交叉，加長了電纜的使用長度，占用電纜托架與空間，增加施工成本。針對這種問題，電氣生產設計方研究了優化方案，根據信號源的位置調整2個接線箱的電纜分布，再報送設計院。收到反饋的系統圖修改版后，最終確定將NO.3信號采集箱布置在上層位置，將原本其控制的下層信號調出，同時把NO.3箱的上層信號吸納，而將NO.4信號采集箱放置在下層，來控制下層區域的所有信號。有效解決了問題，節省了大量電纜成本及敷設施工成本。

圖4 信號采集箱電纜規劃圖（部分）

3 結論

“育鵬”輪交付同年，成功入選“英國皇家造船學會”2016年杰出船型，被世界權威期刊《Significant Ships 2016》收錄。上述的幾點電氣專業的優化設計應用在工程當中，并在電氣設備空間布置上操作方便，在電纜使用等方面收獲了顯著效果。這一案例激勵了船舶設計工作者打破常規的設計思路，尋求改進方案，提高教學實習船方面的研發設計和和建造技術水平，爭取在世界船舶領域有更大的話語權。