试论船体结构生产设计理念形成研究

试论船体结构生产设计理念形成研究

钱秋宇

钱秋宇

上海中远海运重工有限公司上海200231

摘要：船体结构的设计过程大体可分为三个阶段，初步的船体结构设计、详细的船体结构设计、生产阶段的船体结构设计，三个阶段相互联系但特点及要求不同。为了使船体结构的设计更加科学合理，在设计过程中必须要贯彻并合理利用设计理念。

关键词：船体；结构；设计理念

1生产设计理念分析

要分析生产设计理念需要从船体结构生产设计的主要内容开始分析。船体建造工作量一般约占船舶建造总工程量的一半。它属于多工种的综合性作业，与其他专业的关系非常密切，也是其他专业的基础。因此，充分做好船体建造施工前的准备，搞好船体结构生产设计，是实现“三个目的”的重要途径。船体结构生产设计的工作范围是根据已经确认的详细设计，结合工厂施工的具体条件，编制出建造方针、施工要领以及工艺阶段，并绘制出工作图表等生产信息文件，做到工人拿到图纸就知道干什么和怎样干，管理人员知道在造船过程中的各个阶段如何管理，使设计真正起到组织生产和管理生产的作用。船舶结构生产设计的主要内容可归纳为4个方面，即船体结构生产设计的事先准备、施工图的设计、工程辅助作业的设计及管理图表的编制。

1.1船体结构生产设计的事先准备

1.1.1建造方针的确定

分段划分的确定。全船分段划分按艉部、机舱、货舱、艏部以及上层建筑5个区域进行；分段的划分按照工厂的起重能力、运输条件、加工条件、预装要求以及结构特征等方面综合考虑；还要根据分段吊装的程序来设计全船具体的分段接缝位置和接头要求。分段建造要领的确定，包括胎架设置要求、部件组立要求、分段组立要求及总组组立要求等等。船台（坞）建造方案的确定，包括确定分段（总段）在船台（坞）的吊装顺序，并设计全船分段（总段）吊装要领。根据预舾装方案，设计分段预装和单元预装的结构要领。确定焊接的主要方法和方式，绘制主板坡口布置图。确定精度管理方案，绘制精度布置图，包括全船余量、收缩量的分布原则和切割补偿量的加放原则。

1.1.2全船结构理论线的确定

在船体结构生产设计初期，应先将全船的结构理论线确定下来，以免不同的分段在对接处出现结构理论线相反而导致结构错位的现象。

1.1.3合同设计和详细设计要求的提出

船型必须满足结构工艺性的要求，如艉部艉轴架附近的线型；同时船体结构也必须满足结构工艺性的要求，避免结构走向出现过于狭窄的地方。在确定分段划分的时候对详细设计的某些主要板缝（如外板、甲板、纵舱壁等）布置提出合理的调整要求，会给生产设计带来诸多便利。尤其是要考虑与其他专业的预先协调，包括预装项目和预装时间的确定、管子开孔的控制、结构风管的考虑等等。

1.2施工图的设计

目前应用Tribon系统完成的施工图，主要包括结构图、套料图和加工图3大块。

1.2.1结构图

结构图包括外板展开图、平面图、纵剖面图、横剖面图、局部剖面图及节点详图；应准确无误地反映各种相关的结构内容、连接方式，以及其他专业提出的结构加强，并标注结构的主要尺寸；结构本身的切角或通焊孔、流水孔、透气孔和止漏孔应反映出来，注意勿开错；结构图的各视图中构件理论线方向要标注好；焊接方法、规格、边缘坡口形式、板厚差过度等要表示清楚；施工中的临时工艺孔要反映清楚；永久性吊环要反映清楚；各种开孔表示清楚；余量、收缩量、切割补偿量表示清楚；组立流向、零件编码表示清楚。1.2.2套料图套料图应有与结构图对应的零件编号、组立流向、加工流向、坡口信息及必要的尺寸标注等。

1.2.3加工图

加工图主要包括板材加工图和型材加工图。

1.3工程辅助作业的设计

将辅助性作业纳入生产设计，是生产设计的一大特点。造船工艺复杂，辅助性作业很多，在整个造船生产周期中，辅助性作业占据了一定的位置。如果对这些辅助性作业做一些设计上的周密考虑以及安排，将会大大缩短造船周期，提高生产效率。

1.3.1永久性吊环及其加强设计

永久性吊环也称不拆吊环，其布置原则是从场所考虑一般是在仰视的位置以及狭窄的位置，如甲板的下表面以及双层底内，因为这些位置装了吊环以后，吊环不好拆卸；从美观上一般应考虑安装在不显眼的位置以及封闭的位置，如绝缘层之内或结构密集处；从实用上尽量考虑把吊环设计的美观、光滑以利于保留；从综合布置上应避免与其他系统碰撞；从船的使用性能上应考虑是否影响货物装载等。船体分段为了吊运时加强分段刚性或局部强度所装的加强材，施工后一般要拆除，但是为了减少二次作业，在结构设计时就把分段吊运时的刚性尽可能考虑进去，这就是永久性加强。在有必要时还会对分段做临时性加强。

1.3.2脚手架的架设

脚手架的架设是一项艰巨的工程，因此可以利用生产设计的有利特点，通过周密设计，找准有利时机进行安装，从而使脚手架的架设作业处于最佳的位置和施工阶段。

1.3.3其他设计

其他设计包括临时扶手栏杆、梯子等的设计及永久性和临时性脚手架板眼的设计等等。

1.4管理图表的编制

管理图表的编制包括工艺项目表、按工艺阶段编制的工时定额表、报验项目表、分段重量重心统计表、密性实验图表、无损探伤位置图和拍片数量等。从船体结构生产设计的主要内容可以得出，施工图的设计与工艺设计是密不可分的，二者是交叉进行的。施工图要尽可能多的融入工艺信息、考虑工艺信息文件，而工艺设计是为施工服务的，是以施工图为基础的，是施工图的补充和深化，二者相辅相成不可分割。例如分段划分的确定、分段建造要领的确定、船台（坞）建造方案的确定、精度管理方案、永久性吊环及其加强设计、永久性和临时性脚手架板眼的设计等都是工艺方面的设计，而这些都是施工图设计需要参照的技术文件和需要考虑的技术问题。

2.分析船体结构设计中的主要要求

船体结构的设计中，主要是考虑了使用性能这一主要的参考，因此，这就要求在充分保证船体结构的安全性能之下，进一步地美化船体的外观，在船体设计中，安全是一个主要的问题，只有保证了船只安全的航行，才能将船体所承载的利益充分的保证，同时还能够更好的保证船体结构的稳

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固的理念，所以在船体结构的建构中，一方面要充分的保障各个方面都能够符合力学的原理，另一方面还需要充分参考实际情况，例如航海条件、天气以及水文条件等因素影响，从而使得设计出的船体既能够应对出航中各种极端天气，又能够在结构中充分保证承重性，在这一条件下，使得船体的外形设计能够更好地配合航行中各种动力要求，此外，还需要考虑实用性的问题，这是从设计的角度出发，将各种设计参数充分纳入参考的体系中，例如船体、甲板以及船舱等，在设计中需要根据船体的实际装载而选择一个合理的设计方案，保证其既能良好地容纳预计货物或者是的人员，同时又能够使得船体提供一个安全舒适的环境。

3.分析船体结构设计中基本内容

在设计船体结构方面，基本的工作内容包括：初步确定结构、按照预算而为设计提供要求、选择材料型号与报告以及上报船体的合成技术等，在这些方面的设计中，需要考虑的基本理念主要集中在实用性以及经济性，例如船体结构中板材是否具有良好的承重性，同时还需要考虑其他的重量以及限制条件，因此在选择方面需要充分地考虑一些比较轻便、节约、新型合成的板材，其中的基本步骤可以按照总体规划的过程进行，分为初步设计、详细设计以及生产设计，下面进行分别论述。

3.1初步设计

在船体的初步设计中，需要对其中的规划方案加以具体化，其中主要包括了对技术标准的分析以及设计框架的构建，在建立的初期主要是运用基本图纸把预想凸显出来，从而形成一个草稿图，然后根据预案以及设计技术进行选择其中的材料、部件型号以及建立预算，最后形成一个预算报告。

3.2详细设计

在船体设计的前期，主要考虑的是对设计框架大体预想，其中需要将细节设计进行处理，从而使得船体的结构设计中能够符号依照相关，最终获得审批意见，而在这个过程中需要充分考虑船体建造中的细节[，然后再次明确材料的型号，从而形成一个符合设计系统的方案。

3.3生产设计

这主要是对船体设计中将方案付诸实践的过程，即就是生产要求，以及在施工中所需要使用的材料和注意事项，从而使得材料能够在施工详细解释中符合设计的图纸以及施工方案。

4.船体结构设计具体实施过程

船体结构一般情况下是在设计初期就进行分体、分段加以细致构建，其中还有一部分是多重部件之间的组合，因此，在船体结构的设计中，需要实现一体化的目标是目前设计水平难以达到的，并且在一体化中还是会在局部出现问题，所以需要对船体结构进行分段处理，在分段中，需要充分地考虑其中各个要素之间的组合以及连接的问题，这对于船体中小规模的设计以及生产是较为容易实现，而对于船体结合中的分段设计，则需要实施一个有机体分段，在首尾、上下结构方面进行有效拆分以及组建，同时还需要将一体性的技术加以优化，从而更好地统筹船体的总体结构；再者就是充分考虑船体中关于负荷性能和船体之间的构造、重量以及材料内部的性能关系，同时，在结构方面还需要对出航条件进行有效考虑，以免发生海上负面的影响，其中船体的自身质量属于一个十分关键性的因素，因此，在设计与规划中，需要进一步对船体结构加强衔接与加工，使得船体质量以及结构也方面保持一个动态化的过程，这有利于船体结构对载荷能力加以测算，同时还充分地考虑航限制性的条件。

5.对船体结构的分析

船体结构中一个基本结构的分析，主要是针对其中的板以及型材加以组合的分析，这又被称为板架结构，而根据船体结构的位置以及做用，可以进行人为分成一个若干的板架，例如船底的板架、甲板的板架以及舷侧板架等，经过船体梁的分析得到，甲板与船底板架之间就相当于船体梁中的上、下冀板，而其中的舷侧板架则相当于船体梁中的腹板，它们具有不同的作用，而在骨架排列中，其方式也具有不同，通常情况下，可以将其分成两个部分，一部分是纵骨架式，另一部分是横骨架结构，在大型船舶的设计中，需要根据船体的实际结构中所承重的要求而调整相关船体的架构方式，在甲板以及底部设计中，主要采用的纵向架式，它能够更好的承重骨架，其所具有的支撑力也能够更好地增加船体中安全的性能，而板材的要求也满足船体基本受力的要求，同时，在极端情况下，需要进一步的考虑其中承重的上限以及船舷的问题，因此在这个过程中，需要根据实际的设计进行横向结构方式的采用，从而保证其受力的均匀以及载重性，在横向设计中，还可以体现出优点，即占用的空间较小，从而能够使得船体结构中获得更大舱容，而对于其中的工程船，在上甲板中比较宜于使用的是横骨架式的结构。

结束语

综上所述，船体结构的生产设计需要一个科学合理的设计理念，本文所述是围绕船体设计、管理以及现场的建造工艺等方面展开，论述船体结构生产设计要以施工现场为核心，紧密结合船厂资源状况的理念，使船体结构生产设计高度集成化、信息化，从而指导船体的生产设计向更加科学更加合理的方向发展，旨在降低船舶生产成本、提高造船生产质量、缩短船舶建造周期，从而达到提高造船企业市场竞争力和生存能力的目的。

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