輕量化結構設計的新穎度評價及安全評估方法

吳嘉蒙 湯雅敏 朱文博 蔡詩劍 韓 濤 朱俊俠 王 元

（1.上海市船舶工程重點實驗室 上海 200011；2. 中國船舶及海洋工程設計研究院 上海 200011）

0 引 言

目前，作為國際海事組織（international maritime organization，IMO）公認的節能減排技術措施之一，輕量化（lightweight）技術不僅已成為未來船舶發展的重要趨勢，也是提升我國船舶核心競爭力的有效措施。工業和信息化部已將突破新材料與船體輕量化設計技術作為海洋工程裝備和高技術船舶重點領域的關鍵共性技術之一[1]。從船舶結構設計領域來看，輕量化技術雖有應用但成果有限，較多仍集中于構件尺寸優化和有限的方案優選等，在新穎或替代設計方面開展較少，特別是在國內[2]。

隨著輕量化技術的發展，特別是拓撲優化技術和復合材料的不斷工程化應用，突破規范或超規范的新穎設計將不斷出現，各自呈現不同的新穎度。而現有規范的安全評估要求大多針對傳統結構形式，可能無法直接保證其適用于輕量化結構設計（特別是那些已突破傳統結構形式的新型結構，以及采用新材料、新穎度較高的結構設計等）。因此，深入研究并建立1 套評估輕量化結構設計的安全性評估方法，已成為滿足船舶安全規范規則以外更高層次保證船舶輕量化結構設計安全的必要手段。

中國船舶及海洋工程設計研究院（下文簡稱“本院”）自2016 年成立輕量化技術研究團隊以來，一直致力于將輕量化結構設計技術實用化，借助“船體實用輕量化設計技術研究”科研課題，結合多種船型的輕量化實船結構設計，對輕量化結構設計的新穎度評價及安全評估方法開展了深入研究。

1 船舶結構安全評估體系綜述

1.1 基于規范的結構安全評估體系

船舶結構規范是船舶入級應達到的結構強度的最低安全標準。基于規范的結構安全評估體系，是目前船舶結構安全設計與評估的主要方法之一。

船舶行業的規范雛形源于18 世紀下半葉由倫敦勞埃德咖啡館的海運保險商所制定的船舶安全性評價系統。與其他國際技術標準的發展相似，船舶結構規范也遵循著從單純“經驗”到“經驗+經典理論”，再到“經驗+經典理論+計算理論”，直至目前的“經驗+經典理論+計算理論+管理理論”四位一體格局[3]。其中，經驗性規范在目前結構規范的最小厚度要求方面仍有體現；二位一體規范所采用的經典力學理論，形成了目前結構規范的描述性尺寸要求；2015 年由國際船級社協會（international association of classification societies，IACS）發布實施的散貨船和油船共同結構規范（common structural rules for bulk carriers and oil tankers,CSR）[4]，已經成為三位一體規范體系的重要標桿；而目前最能體現四位一體格局的新規范標準，就是近年來由IMO 推出的針對散貨船和油船的目標型船舶建造標準[5]，這是采用確定性/描述性方法制定的目標型標準（goal-based standards，GBS），也稱GBS 建造標準，其集中了IMO、主管機關、船級社、國際船東組織或行業組織等海事相關利益方的技術力量。

1.2 基于風險的結構安全評估體系

相較于偏重經驗性和描述性的基于規范的結構設計方法，基于風險的方法則更偏向于全壽期的安全管理[6]，以確保在全壽期內船舶處于可接受的風險水平，即在設計階段通過基于風險信息的規范或基于第一原理的分析工具等盡可能降低風險；在營運階段監控管理殘余風險；在突發事件時有相應的應急管理。從1990 年起，基于風險的方法在海工領域已被廣泛接受和普遍使用；而在船舶領域的應用，則主要集中在IMO 層面的綜合安全評估[7]（formal safety assessment，FSA）和采用安全水平法（safety level approach，SLA）制定的目標型標準方面[8]。

FSA 是一種結構化和系統性的分析方法。在采用SLA 制定GBS 時使用FSA，目的是全面、綜合地考慮影響安全的諸多因素；通過風險、費用和受益評估，提出合理且能有效控制風險的規范要求，從而不斷改進和提高規范的水平。GBS 原則上屬于基于風險評估的標準，無論是采用確定性/描述性方法或是以SLA 來制定GBS，GBS 自上而下都包括5 層要求，如下頁圖1 所示。

圖1 GBS 的5 層框架體系

IMO 推出的FSA 框架主要包括5 個步驟，即：危險識別、風險評估、風險控制方案、成本效益評估、提供決策參考建議。將FSA 的5 個步驟和GBS 的5 個層次結合起來看：FSA 的第1 步“危險識別”，可用來確定GBS 的研究范圍；第2 步“風險評估”，包括結構可靠性分析（structural reliability analysis,SRA），其可對某種船型或其中某個系統進行整體風險分析，確定研究對象的風險水平，根據所得結果設定安全目標；FSA 的第3 步“風險控制方案”，是為了找出符合成本效益比的風險控制方案，以達到符合風險接受標準的安全水平，在GBS 框架中對應的是功能性要求的符合驗證；FSA的第4步“成本效益評估”和第5 步“提供決策參考建議”，對于GBS 第4 層的船級社規范的建立及替代設計的選擇有積極作用。

因此，可以認為SRA 和FSA 都是發展基于SLA 的GBS 的重要工具。GBS 第1 層的安全環保等目標均是通過第2 層的具體功能性要求來實現，而這些功能性要求則需通過SRA 和FSA 等風險分析方法來量化。

1.3 基于極限狀態的結構安全評估體系

極限狀態安全評估[9]是一種系統的方法，其要求每個結構構件都應按既定設計場景下可能的失效模式（見表1）進行安全評估。每種失效模式可能與1 個或多個極限狀態關聯，因此船體結構的極限狀態是多種失效模式與特征載荷的組合。

表1 不同極限狀態涉及的可能失效模式

船體結構的極限狀態主要包括以下幾種：

（1）正常使用極限狀態

正常使用極限狀態（serviceability limit state，SLS），指超越了該狀態則不再滿足特定的要求，如局部損壞或局部過大變形。

（2）最終極限狀態

最終極限狀態（ultimate limit state，ULS），指完整（無破損）條件下，對應于最大載荷承受能力的極限狀態；或在某些情況下對應于最大應變或變形的極限狀態，如大變形、失穩或結構成為塑性鉸等。

（3）疲勞極限狀態

疲勞極限狀態（fatigue limit state，FLS），指由于時變（交變）載荷而引起的結構失效。

（4）事故極限狀態

事故極限狀態（accidental limit state，ALS），指結構抵抗事故的能力。

基于極限狀態的結構安全評估，就是根據上述劃分的不同極限狀態，確定其包含的不同設計場景，通過合理的技術方法確定各場景下結構構件能承受的最小極限載荷，可認為各場景在一定極限載荷下結構構件的響應滿足安全衡準，避免出現結構失效。

每種極限狀態下的結構安全評估，可采用基于規范或基于風險的結構安全評估方法?，F行CSR的制定原則之一就是參照了極限狀態安全評估理念，其中SLS、ULS和FLS所對應的是營運工作危險。這些危險的直接原因雖然是各類工作及環境載荷的作用，但其本質還是由于結構本身安全能力不足而引起，因此分析危險事件出現頻率實則是分析結構在正常工作狀態下的失效概率。這相當于研究孤立的結構系統的失效，只需考慮結構本身特性（如彈性模量、構件尺寸等），采用SRA 即可得出結構失效概率。而ALS 的事故危險與結構系統并無直接關系，內在原因是其他非結構系統存在功能缺陷，結構破壞也只是事故的后續效應，因此ALS 的事故頻率分析其實是分析其他非結構系統的可靠性。

就結構本身的安全目標而言，工作與環境載荷無法避免。若載荷水平不高，船體結構在其作用下必須正常工作。因此，在SLS、ULS 和FLS 下，只需確保結構正常工作的能力達到目標水平，而無需考慮結構損傷后的情況。多數情況下可采用工作應力衡準作為安全水平目標，部分情況下可采用SRA指標作為安全水平目標（如船體梁極限強度或剩余強度等）。而當低頻率的ALS 出現且載荷水平較高時，結構在其作用下難以保持完整，此時的控制重點是確保損傷后結構體系不進一步崩潰并引發災難性后果。ALS 設計評估既需減少事故發生，又需控制事故后果，可采用FSA 臨時導則制定風險指標作為安全水平目標。

無論FSA 還是SRA，都需要大量的歷史數據支撐。只有根據歷史統計數據評估現有船舶的安全水平，才能以此為基礎尋找適當的可接受風險水平，并制定合適的安全準則。對于輕量化結構（特別是突破傳統形式的新型結構以及采用新材料、新穎度較高的結構）而言，現階段顯然缺乏可靠的數據支持，現有數據的樣本量和覆蓋面也不足以推出可靠的安全水平。在此條件下，采用確定性/描述性方法制定輕量化結構安全評估準則顯然更合適。

無論采用基于規范還是風險的結構安全評估體系，每種極限狀態下的結構安全評估都涉及相關場景下的載荷、結構響應分析方法以及相應的安全衡準[10]。

2 輕量化結構設計的安全評估方法

2.1 替代設計

輕量化設計常常伴隨著新穎設計或者新材料的應用，其安全評估沒有明確的法規和規范要求，通?？刹捎锰娲O計理念。此處的替代設計，屬于一種基于目標的船舶設計方法，是指不直接滿足國際公約、法規和規范的描述性要求，而是通過風險分析等手段，提出符合目標和功能要求并能有效控制風險的新穎或特殊設計，從而在與描述性要求具有同等安全水平下得到最優化的設計方案和最合理（成本效益比）的安全保護[11]。

IMO 在國際海上人命安全公約（international convention for safety of life at sea，SOLAS）中規定了若干項等效替代原則，包括：SOLAS II-1/55 的輪機及電氣裝置的替代設計和布置、SOLAS II-2/17的消防安全系統的替代設計與布置、SOLAS III/38的救生器具及布置的替代設計和布置、SOLAS XIV/I-B/4 的極地水域營運船舶安全措施的替代設計和布置。

替代設計流程一般包括以下4 個階段，如下頁圖2[11]所示：

圖2 替代設計流程

（1）替代設計的準備（概念設計階段）；

（2）定性的初步分析（初步設計階段）；

（3）定量分析（最終設計階段）；

（4）試驗和工程分析。

2.2 新穎度評價

在輕量化結構設計中，除分析其是否偏離任何國際公約、法規和規范的描述性要求外，還要進一步分析其是否已達到需要進行風險分析的程度。針對該問題，本院輕量化技術研究團隊提出采用新穎度來評價輕量化結構設計的新穎性。文獻[10]通過技術狀態及其應用領域來綜合判斷確定替代設計的新穎性，以決定是否需要對其進行風險分析。參照該分類方法，可通過結構技術狀態及其應用船型來定義輕量化結構設計新穎度的技術分值，如表2所示。其中，應用船型分為已有船型和新船型2 種，對應分值分別為0 和1；結構技術狀態分為已驗證、有限使用經驗、全新或未驗證3 類，對應分值分別為1、2、3。

表2 新穎度評價

通過對應用船型和結構技術狀態的組合分析，可以得到輕量化結構設計新穎度的技術分值。若輕量化結構設計僅涉及結構尺寸優化、常規構型或布置的形狀優化，可認為其新穎度技術分值為1，即完全滿足現有國際公約、法規和規范的描述性要求，不存在任何偏離。若輕量化結構設計涉及的船型偏離了規范適用的船型參數范圍（如船長L/船寬B大于5），結構布置、形狀偏離了常規結構布置，或形狀的認知范圍屬于全新或未驗證；采用的輕量化結構設計方案在某些船型或場景下使用過，但在目標船型或特定場景下從未使用過或使用經驗有限；抑或采用的輕量化結構設計方案本身屬于全新或未驗證。此時，相應的新穎度技術分值可能為2 ～ 4，對應的輕量化技術就應認定為新技術，相應的設計方案可認為是結構替代設計或新穎設計方案，應進行替代設計相應的工程分析和評估。

2.3 評估準則及流程

2.3.1 評估準則

對于新穎度技術分值為1 的輕量化結構設計，可完全參照現有結構規范要求的計算評估和分析方法；對于新穎度技術分值為2 ～ 4 的輕量化結構設計，應基于極限狀態的結構安全評估理念，采用“安全等效”原則制定對應的評估準則，即船體結構的破壞準則。此處的“安全等效”是指結構替代設計或新穎設計預期的安全水平，應等效或優于其所偏離的規范要求。

面對靈活多變的輕量化結構設計，可考慮采取以下方法確定評估準則：

（1）安全水平法（SLA），該方法可用來確定相關驗證衡準的要素水平；

（2）《經修訂的用于IMO 規則制定過程的綜合安全評估導則》（FSA），其中包括風險矩陣法、F-N 曲線等方法，可用來制定新穎設計或替代設計的評估準則；

（3）類似散貨船和油船基于確定性/描述性制定的GBS 方法，可用來制定評估準則。

如前所述，在缺乏數據支撐的條件下，推薦采用“確定性/描述性”方法制定輕量化結構安全評估準則。

2.3.2 評估流程

對于新穎度技術分值為2 ～ 4 的輕量化結構設計，應當從載荷、描述性、直接強度評估、屈曲強度評估、疲勞強度評估和新材料等要求開展規范適用性分析。分析前，設計方應與船級社充分交流，使船級社了解輕量化結構設計的背景、思路、應用范圍，以及所采用的設計和評估方法，明確輕量化結構設計同常規設計的區別所在。

開展具體規范適用性分析時，應首先判斷輕量化結構設計是否從根本上與規范適用范圍存在區別，例如：超尺度、超尺度比、特殊疲勞設計壽命、限定航行海域等。若存在適用范圍的偏離，意味著必須從載荷評估開始就進行特殊考慮。若分析后認為新穎或替代設計總體上仍在規范適用范圍內，但部分規范要求對特定設計無法適用，則應對無法適用的具體規范要求進行研究，然后梳理規范各條款，篩選并判斷與具體設計是否相關或規范條款是否適用。

分析時，應根據規范技術背景文件，判斷某條規范要求是否適用于特定設計。若判斷為不相關，則無需繼續考慮該條款；若判斷為相關且適用，則可依據現有規范條款進行評估；若判斷為相關但不適用，則應注明分析理由并考慮處理方案，通常分為“改造現有規范要求”和“研究提出新要求”這2 種途徑。對于所有經適用性研究分析后有新制定、新補充的要求，應通過合理的方式檢驗其有效性和合理性，包括但不限于數值分析和模型試驗。

綜上所述，針對輕量化結構設計的安全評估流程如圖3 所示。

圖3 輕量化結構設計的安全評估流程

3 輕量化結構設計安全評估案例分析

基于上述的輕量化結構設計的安全評估方法，以國內公開發表文獻中涉及的油船、散貨船和集裝箱船新穎結構設計方案為例，進行安全評估案例分析。對于新材料的實船應用，因文獻較少，本文暫不進行案例分析。

3.1 油船輕量化結構設計典型案例

針對油船結構的拓撲優化，本院近年來積累了豐富的經驗[12-15]。文獻[13]針對具有1 道中心縱艙壁的油船貨艙區典型主要支撐構件（primary supporting members，PSM），通過結構拓撲優化獲得了如圖4 所示的類桁架式輕量化結構設計。

圖4 類桁架式輕量化結構示意圖

本文對上述類桁架式輕量化結構進行新穎度技術分析，認為其結構布置（特別是撐桿）偏離了常規油船結構布置的認知范圍，屬于全新或未驗證內容，新穎度技術分值為3，故需進行規范適用性判斷。經分析后認為：

（1）CSR 的載荷模型仍適用于類桁架式PSM。

（2）類桁架式PSM 由于將油船常規PSM 對應的單跨梁結構形式改為復雜梁系，致使結構強度和剛度的描述性要求均發生根本變化，因此無法直接采用CSR 關于油船PSM 的描述性要求，而需對原規范條文進行適當調整或研究制定新的描述性要求，抑或采用直接計算方法作為替代驗證手段。

（3）CSR 的三艙段有限元強度評估要求仍然適用于類桁架式PSM。對類桁架式PSM 帶來的典型開孔圓弧和軟趾等需開展強制的細化分析；對類桁架式PSM 彎矩剪力變化所引起的高應力區域，應視粗網格評估結果來判斷并選擇可能的細化分析區域。

（4）CSR 的屈曲強度評估要求原則上適用于類桁架式PSM。除此之外，針對類桁架式PSM 中出現的斜撐承壓構件，一方面要在直接強度評估中校核其構成板格的屈曲強度；另一方面，還應滿足描述性要求的整體屈曲以及極限軸向承載能力校核。校核中的端部固定系數可通過非線性有限元計算確定，屈曲利用系數可參照CSR 中針對支柱或撐桿的要求。CSR 中針對橫撐的描述性屈曲校核要求和流程，可應用于類桁架式PSM 中的斜撐結構。

（5）類桁架式PSM 雖然會導致較多應力集中區域出現，但CSR 疲勞強度評估中的精細網格評估方法仍然適用。CSR 中的細網格疲勞篩選要求，由于應力放大系數的確定源于常規PSM 的疲勞計算樣本，因此不適用于類桁架式PSM 的情況。

陳倩等[16]針對采用類桁架式PSM 的油船雙層底肋板的描述性要求進行了分析研究。其基于有限元強度評估結果，提出類桁架斜撐下雙層底肋板的簡化梁模型；通過理論推導結合直接計算，給出了適用于類桁架斜撐下雙層底肋板的剪力分布系數，并開展多型船的計算以驗證公式的普適性（參見圖5）。

圖5 類桁架斜撐下雙層底肋板描述性要求及剪力分布驗證

湯雅敏等[17-18]針對類桁架式PSM 中斜撐結構可能出現的屈曲問題，通過數值分析和模型試驗開展分析評估（如下頁圖6 所示）。

圖6 類桁架斜撐的屈曲強度分析及模型試驗驗證

其發現斜撐承載后主要易發生整體彎扭屈曲失效，且斜撐中部為最易失效區域；然后，其通過非線性有限元分析確認了CSR 中關于臨界屈曲應力的計算方法對斜撐仍然適用，但端部系數應近似取為4。

3.2 散貨船輕量化結構設計典型案例

謝小龍等[19]在某散貨船槽形橫艙壁底凳內橫隔板上端靠近折角點的區域設計了應力釋放孔，如圖7 所示。經有限元分析，發現該高應力區域的結構材料在應力釋放孔邊緣得以自由變形，有效減小了局部結構在外載荷下的變形量即應變，進而降低了該高應力區域結構的合成應力水平，有利于折角點處的結構疲勞。應力釋放孔在其他行業有一定使用，但在船舶行業的使用并不多。經新穎度技術分析，認為該應力釋放孔布置的位置屬于國內散貨船上首次使用，考慮到應力釋放孔在船舶行業的使用經驗有限，故新穎度技術分值為3，需進行規范適用性判斷。

圖7 高應力區域應力釋放孔的示意圖

經規范適用性判斷分析，該高應力區域的應力釋放孔屬于局部結構細節，僅與節點的細化應力評估和疲勞強度評估相關，完全適用現行CSR 關于載荷、描述性要求、直接強度評估、屈曲強度評估等要求。其中，細化應力評估時，為真實反映應力釋放孔的幾何形狀，開孔附近的網格尺度應適當減小，但不小于該區域的板厚。

疲勞強度評估方面，需校核鄰近底凳上折角點處橫框架與開孔自由邊緣處的疲勞強度。前者屬于腹板結構上的疲勞評估，可參照CSR 針對腹板疲勞應力的插值方法求解熱點應力，但需考慮應力釋放孔引起的主應力方向變化；后者屬于開孔自由邊緣處的疲勞評估，可參照散貨船開口角隅邊緣的疲勞評估方法。

經輕量化技術研究團隊分析評估[2]，該折角點橫隔板高應力區域4 個典型熱點位置的疲勞壽命都較高，有應力釋放孔的最低疲勞壽命高于無應力釋放孔的，說明應力釋放孔能夠提高該區域的疲勞壽命。另外，對應力釋放孔也開展了疲勞裂紋擴展的試驗研究（如圖8 所示）。

圖8 應力釋放孔的裂紋擴展試驗

研究發現：離折角點直線距離最近的應力釋放孔邊緣一旦存在初始缺陷，在循環次數相同的情況下，其裂紋擴展長度增長最大；此外，在擴展的初始階段，裂紋擴展速率相對緩慢，但應力釋放孔附近的損傷將會隨著循環次數增加而逐漸累積且不可逆，最終會導致裂紋擴展速率越來越快。因此在實際應用時，應力釋放孔必須通過數控來開孔，且邊緣需仔細打磨，避免出現初始缺陷。

3.3 集裝箱船輕量化結構設計典型案例

李丹丹等[20]基于規范和直接計算，探討了不同的集裝箱船橫艙壁并進行設計對比分析，給出了改進后的混合式支撐橫艙壁（如下頁圖9 所示），并通過艙段強度評估方法驗證了其強度滿足規范要求。

圖9 改進的混合式支撐橫艙壁的示意圖

經新穎度技術分析后發現：相比于現有集裝箱船的常規或混合式支撐橫艙壁，改進的新型支撐橫艙壁取消了較多的垂直桁結構，以T 形材取代傳統的水平角鋼，在2 個垂直桁之間連接作為導軌的支點。由于該方案是基于有限的使用經驗在已有船型上的改進設計，故新穎度技術分值為2，需進行規范適用性判斷。

經規范適用性判斷分析后認為：船級社關于集裝箱船的結構規范完全適用于該新型橫艙壁結構，但需要補充針對水平撐桿及中間撐桿（T 形材或角鋼）承擔的載荷、梁系分析，以及水平撐桿與垂直桁之間連接節點的疲勞強度評估要求。

經輕量化技術研究團隊分析[2]，給出如下評估要求與建議。

3.3.1 載荷分析

對于水平及中間撐桿承擔的載荷，可取為集裝箱箱腳位置支點處的載荷。按以下2 種工況考慮：

① 橫向運動工況：箱腳位置支點處的橫向作用力見式（1）：

② 縱向/垂向運動工況：箱腳位置支點處縱向作用力見式（2）：

上述兩式中：H1和L1分別表示某支點處下一層集裝箱的橫向和縱向載荷，N；H2和L2分別表示某支點處上一層集裝箱的橫向和縱向載荷，N。

3.3.2 梁系分析

對于水平及中間撐桿的梁系分析，水平撐桿通常支撐在左右2 道垂直桁處（搭接焊或對接焊），左右邊界可視為簡支；中間撐桿連接前后2 道水平撐桿，連接節點通常為搭接焊，可模擬為鉸接；在水平撐桿的上下箱位處通常設置水平桁，或隔檔設置水平桁（此時應將鄰近的水平撐桿及中間撐桿一并建模），必要時可在上下2 道相鄰的水平桁中間建模一段導軌，同水平撐桿及中間撐桿一起進行梁系分析（導軌與上下水平桁的交點可為對稱約束）。梁系分析的許用應力見式（3）：

式中：ReH為材料的屈服應力，N/mm2

3.3.3 疲勞分析

對于水平撐桿與垂直桁的連接節點，以角鋼為例，其包含的疲勞熱點位置（HS1 至HS6）如圖10 所示。其中，HS5 處若有肘板，則考察肘板與角鋼連接處的趾端（角鋼處熱點）。熱點類型、應力讀取方法可參照相關船級社規范和指南。

圖10 水平角鋼與垂直桁連接節點的熱點位置

撐桿面板與垂直桁面板的連接存在對接和搭接這2 種情況。如果是搭接（角鋼與垂直桁面板搭接），則可參考CSR。2 個面板均用殼單元模擬且錯開一定距離（兩面板的中面距離），如圖11 所示。

圖11 角鋼面板與垂直桁面板搭接節點的建模方法

在連接的端部采用殼單元將2 個面板連接起來，連接單元的厚度可取為2 個面板凈厚度之和。

集裝箱對橫艙壁的作用力通過導軌與連接肘板來傳遞。較準確的方法是將導軌與連接肘板建在模型中，力作用在導軌上；另一種方法是將連接肘板與垂直桁面板連接處的節點以及導軌作用力處的節點，通過多點約束且非剛性的方式連接。

基于上述評估要求，本文對于新型支撐橫艙壁建立有限元模型，開展橫向和縱向運動下的結構安全性評估，結果驗證滿足評估衡準要求，說明補充的評估要求和建議必要且合理。

4 結 語

本文在船舶結構安全評估體系綜述的基礎上，針對輕量化結構設計，提出了新穎度技術評價指標及方法；基于等效替代的原則，構建面向輕量化結構設計的安全評估流程及評估準則確定方法。在此基礎上，針對國內公開發表的關于油船、散貨船和集裝箱船輕量化結構設計的典型案例，開展了新穎度技術評價、規范適用性判斷分析、現有規范的適應性改造或新評估要求等應用性分析，以及必要的驗證分析。

對于輕量化結構設計而言，參考符合GBS 要求的CSR 等規范要求進行規范要素水平的相對標定，可為相應的結構安全評估提供相對可靠的方法與衡準。隨著“經驗+經典理論+計算理論+管理理論”四位一體規范體系的日趨完善，船舶結構歷史統計數據庫的擴充，以及風險分析方法的不斷完善，未來可針對新穎度技術分值為4 的新穎設計，開展更靈活的基于風險的安全評估方法研究。