時間：2023-05-30 09:38:48
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇船舶優(yōu)化設(shè)計，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
【關(guān)鍵詞】 長江口船舶定線制；船舶交通流；優(yōu)化設(shè)計；上海港；繞航
0 引 言
近年來，隨著長江“黃金水道”沿岸經(jīng)濟帶的高速發(fā)展，以上海港為龍頭的長江沿岸港口貨物吞吐量增長較快，進出長江的船舶與南北大通道的船舶在長江口水域產(chǎn)生大量的交叉和匯聚，船舶航跡分布復(fù)雜，船舶交通流之間沖突點多。尤其是從中浚前5 h開始，大量外籍船舶按照引航計劃起錨進入長江口，其駕駛員與南北大通道航行船舶駕駛員之間語言溝通不暢，導(dǎo)致一些遲來的船舶“搶”計劃、“搶”位置，從而造成船舶間避讓不協(xié)調(diào)，船舶交通流之間沖突強度大。本文對2008年版長江口船舶定線制未能解決的問題進行分析，力求降低各船舶交通流之間的沖突強度和等級，避免出現(xiàn)外籍船舶起錨后進入長江口與南北大通道船舶直角交會的局面，以緩解現(xiàn)有長江口水域通航安全壓力，降低該水域通航風(fēng)險，為海事管理部門決策提供建議和理論依據(jù)。
1 長江口船舶定線制概況
長江口地處我國南北海岸線中部的長江黃金水道與沿海南北大通道的交匯處，自2002年9月1日起，長江口開始實施船舶定線制，由3個圓形警戒區(qū)、11個通航分道和11條分隔線組成。而后海事管理部門根據(jù)實際運行效果對該水域進行優(yōu)化，將原先3個警戒區(qū)簡化為A、B兩個警戒區(qū)，簡化通航分道并調(diào)整相關(guān)燈浮和錨地分布。2008年6月1日起施行的新版本長江口船舶定線制見圖1。
2 長江口船舶定線制擬解決的問題
2.1 長江口警戒區(qū)存在安全風(fēng)險
2008年版長江口船舶定線制在2002年版的基礎(chǔ)上作了簡化，并很好地對接了長江口深水航道治理三期工程，對梳理船舶交通流有著較為理想的效果。[1] 但是，當(dāng)南北大通道的船舶與東西向的船舶因下列3種情況積聚時，其間的交通流沖突并沒有得到解決。
（1）在正常天氣條件下，中浚前5 h左右，長江口水域開始初漲，大批船舶開始從海上或錨地起錨駛進引航作業(yè)區(qū)水域或進入通航分道、警戒區(qū)，然后分別從長江口深水航道、南槽航段進入，直至中浚時結(jié)束。
（2）因風(fēng)、霧等惡劣天氣導(dǎo)致上海港南北槽封航，待天氣和能見度好轉(zhuǎn)、船舶交通管理系統(tǒng)（VTS）解除禁令后，此時耽擱的船舶必然魚貫而入，從而導(dǎo)致船舶積聚。
（3）因特殊船舶進出、發(fā)生船舶故障、海事和軍事演習(xí)等導(dǎo)致臨時交通管制，待管制結(jié)束后出現(xiàn)船舶交通流積聚情況。
當(dāng)船舶交通流積聚時，大量外籍船舶與南北大通道上的本國船舶密集交匯且溝通不暢，導(dǎo)致避讓難度加大，存在重大安全隱患。排隊等待進長江口上引航員的外籍船舶與南北大通道上的船舶之間交通流沖突見圖2。
2.2 船舶交通流復(fù)雜
根據(jù)對A警戒區(qū)內(nèi)交通流量長期觀察結(jié)果，該區(qū)域船舶交通流較為復(fù)雜，主要有以下幾個情形：大型船舶進出長江口深水航道、采用我國沿海南北習(xí)慣航線、出港的小型船舶在A警戒區(qū)附近轉(zhuǎn)向北上、從長江口1號錨地起錨駛往南北槽進港等。
按照常規(guī)，D3通航分道沿南北方向的延長線為管制線，也就是說船舶在進入管制線以前都是根據(jù)自身計劃（其中交管時間期間按交管批復(fù)時間）安排進入長江口的。那么，在長江口初漲或臨時管制解封后，進入長江口的船舶分別從A、C1通航分道匯聚至長江口A警戒區(qū)（見圖3），其中不乏有大型重載船舶和大型超寬船舶。由于長江口燈船至D3通航分道水域過于狹小，造成很多船舶間來不及溝通便已經(jīng)匯聚至報告線水域的尷尬，往往還會出現(xiàn)按照計劃原本應(yīng)該優(yōu)先進入長江口的船舶卻被堵在后面的情況。
2.3 長江口錨地容量不足
由于長江口現(xiàn)有錨地?zé)o法滿足進出上海港船舶錨泊的需要，經(jīng)常會有船舶錨泊于長江口錨地邊線以外，甚至侵占A通航分道。
3 優(yōu)化方案設(shè)計
3.1 優(yōu)化方案的主要原則
3.1.1 安全第一
海上航行安全最為重要，航道規(guī)劃應(yīng)充分滿足通航的安全性，以適應(yīng)港口未來發(fā)展的需要。
3.1.2 兼顧經(jīng)濟、環(huán)保效益
在確保通航安全的情況下，航道規(guī)劃應(yīng)充分考慮航運企業(yè)的經(jīng)濟效益，減少不必要的經(jīng)濟支出；同時不能對海上環(huán)境構(gòu)成威脅，確保海上環(huán)境不因航道規(guī)劃而遭受破壞，以促進海上交通和諧。
3.1.3 充分考慮航海習(xí)慣
長江口是大型船舶進入長江的唯一入口，中外船舶匯聚于此，對于長江口船舶定線制而言，最終的受用者是廣大國際海員。因此，在制定優(yōu)化方案時需要充分尊重國際海員的航海習(xí)慣，同時充分考慮優(yōu)化后通航分道與原有航道之間的延續(xù)性，盡可能少作改動，以便于航經(jīng)此水域的駕（引）人員掌握、理解和執(zhí)行。
3.2 優(yōu)化方案調(diào)整的主要內(nèi)容
從緩解既定方案的突出矛盾、提高通航安全性、兼顧航運企業(yè)經(jīng)濟效益和海上環(huán)保效益及優(yōu)化方案實用性等角度出發(fā)，充分征詢有經(jīng)常航行于長江口水域經(jīng)歷的船長、引航員的意見，建議性地描繪出長江口船舶定線制優(yōu)化方案（見圖4），其主要內(nèi)容如下：
（1）取消原有C1和C2通航分道。
（2）將A通航分道向正東方向延長20 n mile，并相應(yīng)增加C警戒區(qū)和C1、C2、C3通航分道。
（3）將B通航分道向正東方向延長20 n mile，并相應(yīng)更名為B2通航分道；相應(yīng)增加D警戒區(qū)和D1、D2通航分道，并保留B警戒區(qū)和原有C3通航分道。
（4）將長江口1號錨地向正東方向延展并擴充為長江口1號錨地和2號錨地，將原有長江口2號錨地向正東方向延展并擴充為長江口3號錨地和4號錨地，深水航道D5燈浮正北面的錨地維持原狀不變。
（5）A警戒區(qū)與B警戒區(qū)之間及A警戒區(qū)北側(cè)水域?qū)嵤┫拗菩酝ê?，即航行于北槽及江蘇、浙江附近口岸的船舶可以使用該限制性分道，但必須提前報備，謹(jǐn)慎駕駛，同時現(xiàn)場必須征得VTS同意。
（6）其余相應(yīng)增加相關(guān)燈浮和虛擬浮標(biāo)。
4 優(yōu)化方案總體評價及說明
4.1 安全性評價
李松等[2]提出兩艘或多艘船舶在一定的時間和空間上彼此接近到一定程度時，若不改變其運動狀態(tài)，就有發(fā)生碰撞的危險，這種現(xiàn)象稱為水上交通沖突，同時引入“交通沖突技術(shù)”對水上交通沖突的發(fā)生過程及其嚴(yán)重性進行定量測量和判別，并應(yīng)用于安全評價和預(yù)測。評價警戒區(qū)交通沖突嚴(yán)重性的4個指標(biāo)分別是沖突點數(shù)量、沖突區(qū)域的復(fù)雜性、沖突出現(xiàn)頻率和沖突等級。本文以北槽與南槽水域作為比較單元，按照以上4個指標(biāo)對船舶定線制優(yōu)化前后兩個水域的警戒區(qū)沖突情況對比作簡要評價（見表1）。[3]
由表1可知，船舶定線制優(yōu)化以后，北槽水域警戒區(qū)外移，避讓余地更大，對緩解在錨地起錨進入引航作業(yè)區(qū)的船舶與南北大通道上的船舶之間水上交通沖突作用明顯，水域安全性將會明顯提高；南槽水域雖然“多”出一個警戒區(qū)，沖突點數(shù)量有所增加，但優(yōu)化方案會分隔一部分船舶流，減小局部水域船舶密度，使船舶沖突強度和等級均有所下降，水域安全性將會有所提高。[4]
4.2 兼顧經(jīng)濟效益
南北大通道整體向東“搬遷”，將會大大提高該水域的安全性，從而減少航經(jīng)此地的船舶因航行安全引發(fā)的經(jīng)濟損失，但同時會使得部分船舶產(chǎn)生一定程度的繞航，增加繞航船舶的經(jīng)濟負擔(dān)，尤其是從上海港至江蘇、浙江附近港口的船舶繞航明顯。
在提高船舶通航安全性的基礎(chǔ)上，設(shè)計方案充分考慮航經(jīng)該水域船舶的經(jīng)濟效益，減少不必要的繞航，保留B2通航分道，對南槽出口南下的船舶以及浙江沿岸北上由南槽進口的船舶均不會造成影響。同時，保留A警戒區(qū)北側(cè)水域、A警戒區(qū)與B警戒區(qū)之間的限制性通航，減少船舶在北槽水域和浙江附近港口之間的繞航。
4.3 兼顧社會和環(huán)保效益
船舶主機在額定功率的60%以下運行時，將會造成柴油機氣缸內(nèi)柴油燃燒不良，運轉(zhuǎn)效率下降、滑油消耗率增加，使燃燒室部件、排氣系統(tǒng)和增壓系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的燃氣污染。因此，優(yōu)化方案實施以后將大大提高長江口水域船舶運轉(zhuǎn)的通暢度，減少主機換擋、停復(fù)主機及低速航行的次數(shù)，減少主機內(nèi)柴油不充分燃燒及其產(chǎn)生的污染氣體排放。
4.4 尊重航海習(xí)慣
長江口船舶定線制優(yōu)化方案是在現(xiàn)有基礎(chǔ)上將南北大通道整體向正東方向“搬遷”20 n mile，盡可能地少作改動，以便于航經(jīng)此水域的國際船舶海員對“新”方案的理解和適應(yīng)。
5 結(jié) 語
長江口是整個長江航道系統(tǒng)的咽喉，是長江深水航道和南槽航道的重要組成部分。本方案從實際問題出發(fā)，在理論上尋求突破口，為海事管理部門在制定方案時提供理論建議和參考。但是，長江口船舶定線制優(yōu)化設(shè)計方案在提高長江口船舶通航安全性的同時，也造成部分船舶繞航和海事部門監(jiān)管投入成本增加等不利影響。長江口船舶定線制的設(shè)置直接影響到整個上海港的船舶安全及進出上海港船舶交通的暢通或阻滯，因此需要作進一步深入研究和評估，權(quán)衡利弊。
參考文獻：
[1] 陳旭海，詹海東.長江上海段圓圓沙警戒區(qū)航行規(guī)則的思考[J].航海技術(shù)，2009（3）：18-19.
[2] 李松，邵敬禮.水上交通沖突技術(shù)在船舶定線制警戒區(qū)中的應(yīng)用[J].水運工程，2010（7）：111-115.
2012年11月2日，由莎益博設(shè)計系統(tǒng)商貿(mào)（上海）有限公司與CYBERNET集團的Noesis Solutions公司共同主辦的“2012 OPTIMUS中國用戶大會”在杭州福朋喜來登酒店順利舉行。本次大會共邀請到近百名來自航空航天、汽車、船舶、電子等行業(yè)共計70多個企業(yè)的專家?！∽鳛镺PTIMUS全球用戶大會的一部分，本次大會不僅向用戶展示了OPTIMUS的最新應(yīng)用案例，還邀請到吉利、奇瑞、一汽集團、708所等國內(nèi)著名汽車，船舶企業(yè)和研究所的專家，為大家?guī)淼木恃葜v。
大會在CYBERNET公司MBD事業(yè)部總經(jīng)理毛力奮先生的致辭下拉開序幕，CYBERNET MBD事業(yè)部銷售經(jīng)理康友樹向大家介紹CYBERNET的CAE整體解決方案。來自比利時Noesis公司市場銷售總監(jiān)Luc Meulewaeter先生就“仿真及設(shè)計優(yōu)化的前景展望”為主題進行發(fā)言， 他指出“中國的制造業(yè)正在蓬勃發(fā)展，研發(fā)力量正在飛速提升，仿真已成為研發(fā)過程中必不可少的步驟，而OPTIMUS作為一款多學(xué)科集成優(yōu)化軟件，能基于實驗數(shù)據(jù)和仿真流程實現(xiàn)多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化設(shè)計”。他強調(diào)中國未來5年在研發(fā)道路上面臨的機遇與挑戰(zhàn)將超過過去的半個世紀(jì)。
稍后，Noesis中國市場開發(fā)總監(jiān)蔣技赟先生為大家展示在剛剛結(jié)束的OPTIMUS全球用戶會上的最新國際應(yīng)用案例，涉及航空航天，汽車，醫(yī)療產(chǎn)品，電子等領(lǐng)域。
在中國，OPTIMUS優(yōu)化技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用。例如，在國內(nèi)汽車行業(yè)里，優(yōu)化技術(shù)在汽車性能開發(fā)過程中起著至關(guān)重要的作用，來自中國汽車研究中心的謝書港先生在大會上說，CAE優(yōu)化技術(shù)在汽車性能開發(fā)中起著指導(dǎo)作用，不僅能建立設(shè)計目標(biāo)，還能發(fā)現(xiàn)設(shè)計不足并進行優(yōu)化及改進。
目前，汽車低油耗已成為消費者選購汽車的一個重要指標(biāo)，因此如何降低油耗成為整車廠迫切需要考慮的問題。中國兩大著名的整車廠奇瑞汽車和吉利汽車分別就此問題發(fā)表了意見。來自吉利汽車研發(fā)中心的彭鴻先生以減輕車身質(zhì)量為例，通過OPTIMUS軟件的優(yōu)化設(shè)計實現(xiàn)車身減重3.14%，達到降低油耗的要求。而來自奇瑞汽車研發(fā)中心的瞿元先生則認(rèn)為改善空氣動力性能是降低油耗最好的方法，利用OPTIMUS的優(yōu)化算法能有效的縮短開發(fā)周期，提高改進的效率。
除了整車優(yōu)化，OPTIMUS還能應(yīng)用于汽車零部件的優(yōu)化開發(fā)。中國一汽無錫油泵油嘴研究所的王勝利先生演示了OPTIMUS在解決高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)中， 噴油器針閥動態(tài)響應(yīng)的問題上，對提高響應(yīng)速度的作用。上海交通大學(xué)密西根學(xué)院的李冕教授致力于研究發(fā)動機系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，通過優(yōu)化軸承性能實現(xiàn)發(fā)動機系統(tǒng)的改進。
其實船舶工業(yè)設(shè)計同樣需要優(yōu)化技術(shù)。來自中國船舶七零八研究所的陳紅梅博士提出未來船舶行業(yè)也面臨艱巨的“節(jié)能減排”任務(wù)，因此優(yōu)化船體型線在船舶市場競爭中成為關(guān)鍵。利用OPTIMUS軟件進行船體型線整體優(yōu)化，計算結(jié)果顯示經(jīng)優(yōu)化后的阻力系數(shù)比原型減小18%，達到“節(jié)能減排”的效果。
另外，OPTIMUS在空調(diào)風(fēng)機設(shè)計上的優(yōu)化作用也得到體現(xiàn)。英格索蘭公司的靳杰先生表示，利用OPTIMUS的優(yōu)化算法進行優(yōu)化后，能降低15%的功耗，并提高6%的靜壓效率。
關(guān)鍵詞：機械結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；優(yōu)化設(shè)計
中圖分類號：C35文獻標(biāo)識碼： A
一、機械結(jié)構(gòu)動態(tài)優(yōu)化設(shè)計的應(yīng)用概況
在機械結(jié)構(gòu)動態(tài)優(yōu)化設(shè)計理論中，其根本思想是按照產(chǎn)品功能的要求來對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，或者根據(jù)機械結(jié)構(gòu)需要改進的部分進行動力學(xué)建模，并做動態(tài)性分析，然后根據(jù)產(chǎn)品在動態(tài)性上的要求或預(yù)定的動態(tài)設(shè)計目標(biāo)，進行結(jié)構(gòu)的修改、再設(shè)計，以滿足機械結(jié)構(gòu)在動態(tài)性上的設(shè)計要求。
目前，機械結(jié)構(gòu)動態(tài)優(yōu)化設(shè)計已經(jīng)在我國的機械行業(yè)中被廣泛應(yīng)用，其在汽車、航空航天、船舶行業(yè)、建筑機械等行業(yè)中均取得了重大的成果。在汽車行業(yè)中，隨著社會的發(fā)展和人們需求的更新，汽車行業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了客車車身輕量化的優(yōu)化設(shè)計、汽車車身形態(tài)仿生的優(yōu)化設(shè)計、汽車車身安全性的優(yōu)化設(shè)計以及面向行人下肢碰撞保護的優(yōu)化設(shè)計等目標(biāo)。在航空航天行業(yè)，其作為國家科學(xué)技術(shù)綜合水平和實力的體現(xiàn)，機械結(jié)構(gòu)動態(tài)優(yōu)化設(shè)計在航空航天行業(yè)得到了高度的重視，并應(yīng)用到航空航天技術(shù)中每一產(chǎn)品的設(shè)計上。在船舶行業(yè)，我國經(jīng)過自主創(chuàng)新研究，對潛艇外部液壓艙、油船剖面、潛艇結(jié)構(gòu)等方面的優(yōu)化設(shè)計進行了研究，旨在提高船舶行業(yè)各研究對象的性能。與此同時，結(jié)構(gòu)動態(tài)優(yōu)化設(shè)計在高速公路瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)、液壓縮管機模具、雙層組合套管、基床結(jié)構(gòu)等很多方面的優(yōu)化設(shè)計上也發(fā)揮著重要的作用，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。
二、優(yōu)化策略與流程
1.優(yōu)化策略結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計
根據(jù)設(shè)計變量的類型和求解難易程度，可分為尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化和拓撲優(yōu)化三個層次，每個層次對應(yīng)不同的設(shè)計階段。為了實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計自動化，對產(chǎn)品進行優(yōu)化設(shè)計時：首先，根據(jù)產(chǎn)品功能要求建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，將剛度、強度等約束條件參數(shù)化，利用拓撲優(yōu)化方法計算冗余材料所在單元（即要殺死的單元），并進行冗余材料邊界單元和節(jié)點的遍歷搜索，結(jié)合實際生產(chǎn)資源情況建立邊界關(guān)鍵點，對原模型進行參數(shù)化變形設(shè)計，得到拓撲優(yōu)化后的模型；然后，根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)特性要求對其進行邊界形狀優(yōu)化和尺寸參數(shù)的優(yōu)化，并通過參數(shù)化驅(qū)動實現(xiàn)模型的更新，最終得到滿足剛、強度要求的CAD模型。
2.三級優(yōu)化流程
在參數(shù)優(yōu)化三級優(yōu)化設(shè)計過程中，拓撲優(yōu)化階段主要通過變密度法求解密度較小的單元，自動生成拓撲優(yōu)化后的概念模型。形狀優(yōu)化階段首先針對前期優(yōu)化結(jié)果模型進行微小單元的去除，充分利用曲線擬合技術(shù)構(gòu)建密度較小的冗余單元邊界關(guān)鍵點組成的輪廓，并根據(jù)零部件生產(chǎn)資源情況進行邊界形狀的修正，通過參數(shù)化變形設(shè)計技術(shù)對原模型進行布爾減操作，得到拓撲優(yōu)化后的CAD模型，將其導(dǎo)入CAE系統(tǒng)，然后通過形狀優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型尋找結(jié)構(gòu)的最佳邊界形狀或者內(nèi)部幾何形狀，以改善其力學(xué)特性。尺寸優(yōu)化階段根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力情況確定設(shè)計變量及其變化范圍，建立目標(biāo)函數(shù)，然后通過遺傳算法迭代求解較優(yōu)的參數(shù)方案，從中選取最優(yōu)方案參數(shù)來驅(qū)動模型，生成優(yōu)化結(jié)果模型。方法流程如圖1所示。
三、機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析
1.機械結(jié)構(gòu)的拓撲優(yōu)化
過去一般機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計主要集中在結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化和設(shè)計，而對于機械零部件的拓撲結(jié)構(gòu)很少涉及。但是，隨著人們對機械產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)新意識的提高，特別是機械產(chǎn)品概念設(shè)計的提出和應(yīng)用，人們對結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提出了更高的要求――機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化設(shè)計。1985年，M.P.Bendsoe和N.Kikuchi將均勻化方法應(yīng)用于連續(xù)體的結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化，推動了連續(xù)體結(jié)構(gòu)的拓撲優(yōu)化發(fā)展。同時，連續(xù)體結(jié)構(gòu)的拓撲優(yōu)化已經(jīng)從平面問題擴展到板殼和三維連續(xù)體問題。另外，一些新的方法，如生物生長模擬法、密度法、泡泡法等，被提出并得到應(yīng)用。目前，結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化方法也已被工業(yè)界所接受，例如Ford公司等正在加快研究步伐，推出了一些應(yīng)用的實例。機械結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化將把結(jié)構(gòu)優(yōu)化推到一個新的、更高的產(chǎn)品設(shè)計層次。
2.機械結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化
在機械零部件中，連續(xù)體結(jié)構(gòu)非常多，形狀比較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)分析存在一定的難度，而結(jié)構(gòu)形狀對機械零部件的性能影響很大。因此，機械零部件的結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化可以大大提高其性能。20世紀(jì)80年代開始，機械行業(yè)開始興起結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化的研究，Haftka、Ding和Hassani進行了綜述，國內(nèi)外出現(xiàn)了許多該方面的研究成果，伊莉、錢惠林、林橋等研究了壓力容器部分的結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化設(shè)計；陳汝訓(xùn)、張東旭等研究了航空器部分零部件的結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化；Schwarz研究了對應(yīng)于彈塑性結(jié)構(gòu)響應(yīng)的拓撲與形狀優(yōu)化；等等。靈敏度分析是結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化的關(guān)鍵之一，程耿東和Haftka同時提出了半解析法，并被普遍采用。機械結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化也是提高零部件機械性能的重要方法之一。
3.智能優(yōu)化算法和仿生優(yōu)化
算法優(yōu)化算法的研究一直是優(yōu)化設(shè)計的重要研究領(lǐng)域，特別是機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中一般零部件的結(jié)構(gòu)分析非常復(fù)雜，有限元分析需要很長的計算時間，優(yōu)化迭代次數(shù)很多。因此，機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計對優(yōu)化算法要求很高，主要要求優(yōu)化算法具有強收斂性、高可靠性、強穩(wěn)定性等，研究人員不斷地進行優(yōu)化算法的發(fā)展和改進。目前，數(shù)學(xué)規(guī)劃法中一些算法（如SQP等）比較適合結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計問題的求解，優(yōu)化準(zhǔn)則法也是一種有效的算法，國內(nèi)也開發(fā)了一些優(yōu)化設(shè)計軟件包，例如大連理工大學(xué)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化程序系統(tǒng)DDDU、華中科技大學(xué)（原華中理工大學(xué)）的優(yōu)化方法程序庫OPB―2等。由于現(xiàn)代學(xué)科之間的大量交叉，特別是人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊數(shù)學(xué)、不確定數(shù)學(xué)、基因遺傳等理論和方法的引入，為優(yōu)化算法的發(fā)展提供了新的發(fā)展空間，例如遺傳算法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法、螞蟻算法、模擬退火法等等。這些新的算法已經(jīng)成功應(yīng)用于優(yōu)化問題的求解，用于結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題的求解目前正處于研究階段。這些算法具有很好的特性，經(jīng)過研究人員的努力，一定能夠在機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中得到推廣和應(yīng)用。
四、機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化的發(fā)展展望
結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計隨著最優(yōu)化方法的不斷發(fā)展和改善，已逐漸得以發(fā)展。近些年來，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法方面，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計趨向于采用接近實際的復(fù)雜結(jié)構(gòu)模型模擬大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，由于設(shè)計變量數(shù)目大，研究新的有效的準(zhǔn)則優(yōu)化方法受到重視，但仍有如何去解決針對各種特殊的結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題建立相應(yīng)的公式，解決解析推導(dǎo)和數(shù)值計算的實現(xiàn)問題；再是使用大型系統(tǒng)的分解優(yōu)化方法，對于大型結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可以按子結(jié)構(gòu)分解或者進行多級分解優(yōu)化，對于多學(xué)科的復(fù)雜系統(tǒng)可以按學(xué)科分解優(yōu)化。分解算法的關(guān)鍵在于建立各個子問題之間的稿合關(guān)系，比如通過使用最優(yōu)解對參數(shù)的靈敏度和采用線性分解等法建立起稿合關(guān)系，使得子問題的解相容，從而保證迭代收斂，問題是如何保證一定能求解。并行計算技術(shù)引入結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是一個較新的方向。像遺傳算法，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，在近十年來被引入結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計并發(fā)展很快。它們對離散與連續(xù)混合變量的全局優(yōu)化，對發(fā)展結(jié)構(gòu)近似重分析的專家系統(tǒng)有其獨到之處?，F(xiàn)在的問題是怎樣提高優(yōu)化質(zhì)量、精度、加快收斂，增加方法的通用性。
拓撲優(yōu)化、材料優(yōu)化和形狀優(yōu)化的集成在機械結(jié)構(gòu)和部件設(shè)計中具有重要的實用價值，是近年來出現(xiàn)的并行設(shè)計的重要組成部分，仍將是下一步研究工作的重點。拓撲優(yōu)化能夠為結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計提供科學(xué)的依據(jù)，使復(fù)雜結(jié)構(gòu)和部件在概念設(shè)計階段即可靈活地、理性地優(yōu)選方案，有望用于大型實際結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計求解。但是要處理龐大的有限元和優(yōu)化模型計算量增大，應(yīng)力約束處理、對“多孔狀”材料分布圓整化，單元消失可能會對計算模型造成病態(tài)等問題。動態(tài)特性優(yōu)化是機械系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用研究的一個重要方向f}P-zo。特征向量、動力響應(yīng)量的靈敏度分析、高度密集頻率的動力學(xué)問題的分析和優(yōu)化設(shè)計，大型動力優(yōu)化問題的建模和求解方法，非線性分析在優(yōu)化中的應(yīng)用，使優(yōu)化技術(shù)的作用從對設(shè)計方案的優(yōu)化延伸到加工工藝過程的優(yōu)化，仍是極富有研究和應(yīng)用價值。
綜上所述，未來，機械行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計、動態(tài)化的優(yōu)化設(shè)計和技術(shù)的運用，還需要不斷分析與探討.只有不斷完善技術(shù)力量，才能更好地跟隨科技的變化而不斷地進步。
參考文獻：
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【關(guān)鍵詞】節(jié)能減排；船舶性能；減阻降耗；經(jīng)濟航速
社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展給交通運輸行業(yè)帶來巨大的考驗，車輛、船舶等交通運輸加劇了 的排放，其在一定程度上影響了人們的身心健康以及社會經(jīng)濟的健康可持續(xù)發(fā)展，其中被認(rèn)為是最清潔、最環(huán)保的船舶運輸行業(yè)也不能幸免。因此，研究船舶運輸行業(yè)的節(jié)能減排具有十分重要的現(xiàn)實意義。
一、船舶節(jié)能減排技術(shù)重要性
船舶節(jié)能減排是航運發(fā)展的需要，船舶運輸努力的方向就是利用最合理的航速和耗油關(guān)系來獲得最好的經(jīng)濟效益，對于船舶運輸行業(yè)來說，船舶節(jié)能減排已經(jīng)成為船舶企業(yè)落實科學(xué)發(fā)展觀的關(guān)鍵步驟，其對建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會有著重要意義。在實際的船舶運輸中，工作人員需要根據(jù)船舶運行航線、工況等實際的變化情況，對船舶實際運行中的耗油等進行分析以及修正，以便得到船舶實際的耗油數(shù)據(jù)，從而分析船舶實際的節(jié)能方式，為滿足實際船舶運輸需要奠定堅實基礎(chǔ)。船舶節(jié)能減排也是我國法律法規(guī)的強制性要求，我國明確規(guī)定了到2020年，我國二氧化碳排放量會降低到16%，船舶運輸單位運輸周轉(zhuǎn)耗能量降到15%，因此可以說船舶節(jié)能減排技術(shù)在一定程度上符合我國節(jié)能減排總體戰(zhàn)略。
二、船舶節(jié)能減排的影響因素
1.船舶性能
船舶自身的性能會影響到船舶節(jié)能減排的效果，一般來說，不同船舶主輔機狀態(tài)、涂裝底漆以及污底情況、運營年限、型號以及船體浸水體積等都會對船舶節(jié)能減排產(chǎn)生不同影響。船舶主輔機是船舶運輸過程中重要的耗能設(shè)備和安全設(shè)備，主輔機運行效率越高，船舶燃燒效率就越高，這樣就可以適當(dāng)降低船舶單位耗油量，在一定程度上對船舶節(jié)能減排工作起到重要作用；不同運營年限的船舶主機磨損程度不同，長時間運行的船舶主機磨損較大，其單位耗油量較大，對能源利用效率、污染物排放等存在一定的影響；不同型號的船舶抗風(fēng)浪性能不同，其甲板受風(fēng)面積以及船舶耐波性等都會對船舶節(jié)能減排效果產(chǎn)生一定的影響；船舶船體浸水體積會在一定程度上影響船舶興波阻力，進而影響船舶節(jié)能減排效果。
2.環(huán)境因素
在船舶實際運行的過程中，環(huán)境因素會在一定程度上影響船舶燃料燃燒效率，進而船舶節(jié)能減排效率。具體來說，環(huán)境因素主要指的是船舶運行過程中的地理環(huán)境和自然環(huán)境，包括溫度、氣壓、航道條件以及氣象條件等，這些環(huán)境因素很大程度上會影響船舶耗油水平以及排放水平。例如大風(fēng)會增加船舶運行阻力，影響船舶主機負荷，進而增加船舶耗油量；在海拔比較高的地區(qū)運行時，大氣壓力會隨著海拔的升高而降低，空氣含氧量也隨之降低，這樣船舶燃料就不能充分燃燒，單位燃料燃燒的實際功率也會降低；航道彎曲角度、交叉情況、航道寬度以及航道深度等都會在一定程度上影響船舶能源消耗以及廢氣排放情況，航道彎曲度越小，燃燒消耗越少。
3.效益因素
船舶資金投入成本以及效益水平在一定程度上反映了船舶企業(yè)給我國國家社會帶來的經(jīng)濟效益以及實施節(jié)能減排的效果。船舶企業(yè)在進行高效低成本投入時，能夠更合理地實施節(jié)能減排工作，促進船舶節(jié)能減排效果的實現(xiàn)，但船舶企業(yè)在進行比較高成本投入時不僅不能帶來經(jīng)濟效益，還有可能使企業(yè)產(chǎn)生負經(jīng)濟效益，進而打擊船舶企業(yè)節(jié)能減排的積極性，嚴(yán)重影響船舶企業(yè)的發(fā)展。船舶企業(yè)的經(jīng)濟效益指的是在船舶運行中，產(chǎn)品投入比值，其效益的高低在一定程度上影響著整個船舶行業(yè)。從國民經(jīng)濟方面來講，經(jīng)濟效益就是說全部的構(gòu)成要素和其中某個構(gòu)成要素之間的百分比，經(jīng)濟效益越高，船舶節(jié)能減排發(fā)展越迅速。因此可以說，經(jīng)濟效益是船舶節(jié)能減排重要影響因素之一。
三、船舶節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用
1.船體減阻降耗
船舶船體減阻降耗是船舶節(jié)能減排重要手段之一。從船舶設(shè)計層面上講，船體減阻降耗可以從船體低阻力線型設(shè)計、浮態(tài)調(diào)整、船舶船體表面減阻以及低風(fēng)阻上層建筑等方面進行設(shè)計研究。低阻力線型設(shè)計主要包括線型優(yōu)化和總體設(shè)計優(yōu)化兩個方面，如下圖3.1所示。低阻力線型設(shè)計中的總體設(shè)計優(yōu)化指的是設(shè)計優(yōu)化人員根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗和母型船等，在保證船舶具有足夠排水量的前提下，調(diào)整方形系數(shù)和浮心位置，選取合適的船型尺寸比。而線型優(yōu)化則指的是船舶船體線型的UV度、水線進流角以及去流角等的設(shè)計對船舶船體阻力具有一定的影響，設(shè)計優(yōu)化人員依靠模型試驗和CFD手段等，反復(fù)調(diào)整船舶線型，并最終確定船體的低阻力線型。船舶在實際航行中的阻力不僅僅取決于船舶的靜水阻力，還與航線上風(fēng)浪流等環(huán)境因素有關(guān)，研究人員對船舶在多種轉(zhuǎn)載工況下的阻力性能進行研究，實現(xiàn)了在全航程多工況下船舶綜合阻力性能全面提升的目標(biāo)，從而形成了船舶船體減阻降耗的浮態(tài)調(diào)整方法。低風(fēng)阻上層建筑則指的是設(shè)計人員通過優(yōu)化船舶船體上層建筑的外形，降低風(fēng)阻力，從而實現(xiàn)節(jié)能減排。
2.使用經(jīng)濟航速
船舶的燃油消耗是一種綜合反映船舶節(jié)能減排技術(shù)與經(jīng)濟性的指標(biāo)，其與船舶航速息息相關(guān)。在實際的船舶運行過程中，經(jīng)濟航速的概念主要有三種，也即最低燃油消耗率航速、最高盈利航速以及最低燃油費用航速，實際意義上的經(jīng)濟航速常指的是最低燃油消耗率航速。船舶主要部分有鍋爐、船舶主機以及發(fā)電柴油機等，其中最重要的耗油就是船舶主機耗油，其重要的耗油特點就是在運行船舶主機時，船舶功率和船舶航速之間具有三次方關(guān)系，因此應(yīng)適當(dāng)?shù)亟档痛昂剿?。從實際的船舶運行方面進行考慮，當(dāng)船舶轉(zhuǎn)速和功率變化時，船舶主機消耗燃油量就會受到船速、換氣量以及噴油量的影響，因此就要找到一個船舶航速和耗油的最佳平衡點。最佳平衡點主要從以下幾個方面進行考慮：船舶航速和主機耗油量關(guān)系、船舶耗油設(shè)備的狀態(tài)、船舶運營年限、船舶航行條件、船舶實際的運行路線等。因此，船舶使用經(jīng)濟航速的基本原理就是工作人員在主機安全的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，根據(jù)主機實際的運行情況，找到船舶耗油和航速最佳的平衡點。
3.提高推進效率
提高船舶推進效率主要有改進尾部伴流場、主機降功率使用等方式，改進尾部半流場指的是在船舶船體上加裝螺旋槳整流罩，這種技術(shù)主要應(yīng)用到對螺旋槳尺寸有限制的以及拖輪等高負荷低航速的船舶。加裝螺旋槳整流罩后的螺旋槳后流場、槳軸上下不完全對稱，其螺旋槳槳軸上方流場偏右，槳軸下方流場偏左。因此，使船舵上下部成一定角度，來分別對齊螺旋槳后流場，進而減少船舵所受扭矩，這種節(jié)能措施可在服務(wù)航速工況下節(jié)省4%的功率。主機降功率使用指的是將船舶主機的功率降低，進而降低船舶燃油消耗率，達到船舶節(jié)能的目的。這種節(jié)能技術(shù)較為成熟，雖然初次投入成本較大，但從整個船舶生命周期來看，該節(jié)能技術(shù)經(jīng)濟性較好。目前，很多的大型船舶公司可以接受這種優(yōu)化設(shè)計方案，其通過主機的優(yōu)化配置可實現(xiàn)3%―6%的降耗。
4.廢熱回收及廢氣處理
船舶廢熱回收及廢氣處理也是一種較為重要的船舶節(jié)能減排手段，其中船舶廢熱回收主要指的是船舶廢熱利用技術(shù)，其回收原理圖如下圖3.2所示，在船舶燃油消耗中，大概有50%的熱量以熱輻射、廢氣以及熱交換的形式浪費掉。船舶主機廢熱利用透平轉(zhuǎn)化功率為最大功率的0.6%到4%，這種利用技術(shù)初次投入資金較多，多用在大型集裝箱船上；船舶主機冷卻水廢熱再利用則可對船舶掃氣和缸套的廢熱進行再次利用，從而提高2%到3.5%的主機功率，這種回收系統(tǒng)較為復(fù)雜，通常需要與蒸汽透平和廢氣透平等聯(lián)合使用，因此多用在大型集裝箱船上。船舶廢氣處理主要指的是船舶安裝廢氣凈化器以及船舶采用廢氣循環(huán)系統(tǒng)，船舶廢氣凈化器可以有效去除船舶廢氣中的SOX以及微塵顆粒等，其去除率可達到98%、80%，船舶廢氣循環(huán)系統(tǒng)則可以有效減少船舶中的NOX，其主要是加裝一個EGR單元，以降低船舶廢氣的峰值溫度，從而減少船舶的產(chǎn)生。
結(jié)語
總而言之，船舶節(jié)能減排不僅能滿足我國航運發(fā)展的需要，還能符合我國節(jié)能減排的總體國家戰(zhàn)略，因此工作人員要采取合適的措施，對船舶進行節(jié)能減排優(yōu)化設(shè)計，例如船體減阻降耗、使用經(jīng)濟航速、提高推進效率以及廢熱回收及廢氣處理，從而提高船舶節(jié)能減排效果，推動我國船舶運輸行業(yè)的健康發(fā)展。
參考文獻
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1.1 綠色航運的內(nèi)涵
綠色航運將節(jié)能和環(huán)保意識、概念及行動貫徹至船舶涉及的所有業(yè)務(wù)鏈，即船舶生命周期中的每個環(huán)節(jié)（如圖1），以最大限度減少對環(huán)境的污染及對不可再生資源的消耗。在開展綠色航運經(jīng)營的過程中，不僅要注意將經(jīng)濟效益與環(huán)境效益結(jié)合起來，而且要使航運效益與環(huán)境效益相互協(xié)調(diào)，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。[1]
圖1 綠色航運產(chǎn)業(yè)鏈
1.2 實施綠色航運的必要性
近年來，隨著航運業(yè)的飛速發(fā)展，船舶及其相關(guān)作業(yè)活動對環(huán)境的污染日益嚴(yán)重。根據(jù)國際獨立油船所有人協(xié)會的研究報告，目前航運業(yè)每年消耗燃油20億桶，排放CO2超過12億t，約占全球CO2排放總量的6%。據(jù)預(yù)測，2020年全球航運業(yè)燃油需求將達4億t，溫室氣體排放量將在目前基礎(chǔ)上增加75%。與此同時，船舶污染事故頻頻發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計，全世界每年因船舶事故排入海洋的石油污染物達160萬t，其中，油船通過排放壓艙水和洗艙水排放石油污染物110萬t，因油船事故造成的石油污染物排放量為50萬t。
1.2.1 航運業(yè)燃油消耗情況
國際海事組織研究表明，船用燃油質(zhì)量、船舶優(yōu)化設(shè)計水平、船舶航速及裝載率、船齡、海況等通過作用于船舶燃油消耗間接影響航運業(yè)CO2排放。要降低航運業(yè)碳排放，實現(xiàn)綠色航運，關(guān)注航運業(yè)的燃油消耗十分重要。
航運業(yè)燃油需求量較大，2009年世界殘渣型燃油需求量約4.5億t，其中船舶殘渣型燃油（重油）需求量達1.4億t，約占需求總量的31%。1990―2007年航運業(yè)燃油消耗持續(xù)攀升，2007年以后稍有回落，2010年航運業(yè)耗油量比1990年增長約74.4%。如圖2所示，集裝箱船耗油量最大，干散貨船位居其次。隨著國際金融危機對全球經(jīng)濟的影響逐漸減弱，國際海運量增加，預(yù)計2020年世界殘渣型燃油需求量將達3.3億t，船舶對殘渣型燃油的需求量將增至1.9億t；2020年船舶耗油量將比2010年增加萬t，占耗油總量的比例也將從30%提高到60%左右。
數(shù)據(jù)來源：德魯里航運咨詢公司
圖2 2010年航運業(yè)各類船舶燃油消耗情況
1.2.2 航運業(yè)碳排放情況
航運業(yè)承擔(dān)全球近80%的貿(mào)易運量，具有運量大、貨種多的特點，其溫室氣體排放量逐年增加，是導(dǎo)致氣候變暖和環(huán)境污染的主要產(chǎn)業(yè)之一。如圖3所示：1990―2002年，航運業(yè)CO2排放量增長28%；隨著國際貿(mào)易發(fā)展和海運量增長，全球航運業(yè)CO2排放量持續(xù)攀升，2005年CO2排放量達到9.55億t，2007年達到10.46億t，約占全球CO2排放總量的3.3%。受國際金融危機及低碳經(jīng)濟熱潮的影響，自2007年航運業(yè)CO2排放量達到最高點后，2008年以后CO2排放量稍有下降；盡管如此，1990―2010年航運業(yè)CO2排放量的增長率高達74.9%。
圖3 1990―2010年航運業(yè)CO2排放量
2 綠色航運背景下我國航運業(yè)面臨的挑戰(zhàn)
2.1 技術(shù)層面
2.1.1 造船業(yè)受到抑制
相對造船業(yè)發(fā)達的國家，我國無論在船舶建造還是船舶經(jīng)營方面均處在比較落后的制造模式階段，國外先進船廠的生產(chǎn)效率是我國船廠的5～7倍。例如：我國船廠的年造船數(shù)量和造船生產(chǎn)率分別是日本的1/5和1/10；我國造船業(yè)規(guī)模化發(fā)展不足，船廠年均產(chǎn)量僅為韓國船廠年均產(chǎn)量的1/20。
當(dāng)前國際海事組織提出涉及25個領(lǐng)域的綠色減排技術(shù)，雖然綠色減排技術(shù)要到2015年以后才逐步進入成熟階段，但其中大部分技術(shù)目前已被國外船廠應(yīng)用。歐美國家、日本和韓國在綠色動力技術(shù)、綠色材料和綠色標(biāo)準(zhǔn)等方面的發(fā)展勢頭強勁。自2012年開始，我國船舶工業(yè)的年人均造船噸位、年人均產(chǎn)值和生產(chǎn)效率等指標(biāo)日趨下滑，“低成本+低效率”生產(chǎn)策略的弊端日益突出，焊接組裝的生產(chǎn)模式已難以為繼。相比之下：韓國STX集團在幾年前便宣布該公司開發(fā)的船舶節(jié)能成套技術(shù)已準(zhǔn)備接受訂單，這項被稱為“綠色之夢”技術(shù)的一大亮點在于船舶推進系統(tǒng)能大幅減少船舶在航行過程中的CO2排放量，并最多可節(jié)省50%的燃油費用；以日本郵船為代表的日本船廠推出“超級生態(tài)概念船”，預(yù)計到2030年新型船舶可減少CO2排放量約70%，到2050年將采用氫氣取代液化天然氣作為船用燃料，從而實現(xiàn)CO2零排放船舶的宏偉計劃。
2.1.2 大量船舶面臨淘汰
綠色航運的發(fā)展對航運業(yè)碳排放和船舶能源效率提出越來越高的要求，為此，航運業(yè)需要制定相應(yīng)減排標(biāo)準(zhǔn)，并在船舶優(yōu)化設(shè)計、燃油選擇、營運管理等方面作出嚴(yán)格規(guī)定。隨著船舶使用年限的增加，船舶機器設(shè)備逐漸老化，會出現(xiàn)鍋爐等設(shè)備換熱效率降低、主副機不完全燃燒等問題，導(dǎo)致船舶航行阻力加大，船舶燃油效率降低，從而造成CO2排放量增加。[2]
目前，我國營運船舶普遍存在燃油系統(tǒng)效率不高、航速較快、船齡偏大、船舶設(shè)計不合理等問題，導(dǎo)致我國航運業(yè)能源利用效率低下和CO2排放量較大，不符合綠色航運發(fā)展要求。隨著船舶能效設(shè)計指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及部分國家碳排放相關(guān)法律的出臺，我國大量船舶將因難以達到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)而被劃入強制淘汰或優(yōu)化的船型隊伍中，從而面臨退出營運市場的危險。
2.2 營運層面
2.2.1 操作及管理更加復(fù)雜
航運企業(yè)在營運過程中可以采取氣象導(dǎo)航偵測、調(diào)整航線、提高船舶裝載率和裝卸效率、合理安排船舶進出港及在港停留時間等措施來實現(xiàn)節(jié)能減排，這給船舶營運操作和管理提出一定要求。例如：船舶速度控制涉及港口、貨主、船舶租賃人等多個方面，航運企業(yè)必須按照船舶租賃人或貨主的要求在指定時間內(nèi)到達港口；縮短船舶待港時間也需要船舶所有人或船舶租賃人與港口相互配合調(diào)整。
航運企業(yè)開展綠色航運，一方面要保證船舶和貨物安全，以滿足客戶需求，另一方面要嚴(yán)格控制燃油消耗及CO2排放，這使航運企業(yè)在營運、操作和管理等方面面臨諸多挑戰(zhàn)。我國航運企業(yè)在營運、操作和管理等方面的節(jié)能減排意識較弱，并且其營運管理能力與節(jié)能減排要求存在較大差距；此外，實施綠色航運過程中的成本控制也是航運企業(yè)面臨的巨大挑戰(zhàn)，關(guān)系其在業(yè)內(nèi)的競爭力和可持續(xù)發(fā)展。
2.2.2 營運成本結(jié)構(gòu)變化
航運企業(yè)的營運成本包括船員工資以及燃油、船舶折舊和港口使用等費用，其中，燃油和人工成本是航運企業(yè)的主要成本，占營運總成本的比例較高。例如，中遠集裝箱運輸有限公司2010年度可持續(xù)發(fā)展報告顯示，該公司燃油費用占營運成本的23.1%，若油價上漲10%，公司營運成本將增加約2.3%。在燃油價格居高不下的背景下，由于我國航運企業(yè)技術(shù)相對落后，在營運管理方面存在諸多缺陷，導(dǎo)致燃油成本居高不下，人力成本持續(xù)上漲，從而使?fàn)I運總成本增加。
2.3 市場層面
由于我國數(shù)量眾多的小型航運企業(yè)難以發(fā)揮規(guī)模經(jīng)濟效益，抵御市場風(fēng)險的能力較弱，導(dǎo)致市場同質(zhì)無序化競爭加劇。在發(fā)展綠色航運背景下，航運市場競爭主要體現(xiàn)為技術(shù)、資金來源、成本控制、經(jīng)營管理等方面的競爭，無形中為小型航運企業(yè)進入綠色航運領(lǐng)域設(shè)置了壁壘。一些小型航運企業(yè)因難以承擔(dān)過高的減排成本而退出市場；一些企業(yè)因為技術(shù)落后，達不到減排要求而被迫暫停營運；一些企業(yè)采取兼并方式抱團取暖，利用各自在技術(shù)、資金及營運管理等方面的優(yōu)勢，共同面對低碳經(jīng)濟提出的要求，從而推動航運企業(yè)走向寡頭壟斷經(jīng)營模式，嚴(yán)重壓縮中小航運企業(yè)生存空間。[3]
3 我國航運業(yè)應(yīng)對綠色航運浪潮的策略
3.1 加快技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新
航運技術(shù)是綠色航運發(fā)展的支撐力量，航運業(yè)綠色化包括船舶綠色化，航運活動機械化、自動化和信息化以及航運材料的可重用性和可降解性等，都是未來發(fā)展的趨勢。強化船舶優(yōu)化設(shè)計技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新是提高我國航運業(yè)水平的關(guān)鍵因素。針對我國大型船舶配套設(shè)備和關(guān)鍵零部件生產(chǎn)能力不足、新能源技術(shù)水平較低等問題，我國航運業(yè)界應(yīng)努力加快技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新，推進新一代節(jié)能環(huán)保型船舶投入營運，為航運業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供強有力的技術(shù)支撐。
3.2 加強成本控制
實施綠色航運可能導(dǎo)致航運企業(yè)技術(shù)和人工等成本增加，鑒于我國航運企業(yè)融資較為困難，加強成本控制可以避免航運企業(yè)面臨資金短缺的困難。為此，可以從以下方面入手加強成本控制：（1）實施科學(xué)預(yù)算，并制定成本標(biāo)準(zhǔn)，使成本控制在合理范圍之內(nèi)；（2）兼顧企業(yè)眼前利益和長遠利益，平衡單艘船舶與整個船隊之間的成本控制；（3）在船舶同等技術(shù)水平下，盡量選用國產(chǎn)設(shè)備；（4）在船舶日常營運期間，采取控制航速、選擇航線、使用岸電等多種措施，實現(xiàn)燃油消耗最少，滿足綠色航運的要求。
3.3 加強航運企業(yè)聯(lián)合
我國發(fā)展綠色航運面臨的巨大挑戰(zhàn)在于資金不足、技術(shù)落后及成本上漲。要解決行業(yè)困境，僅憑單個航運企業(yè)的力量寸步難行，建立航運企業(yè)戰(zhàn)略聯(lián)盟、采取合作共贏的模式是實施綠色航運的必然要求。航運企業(yè)相互聯(lián)合不僅有利于緩解短時期內(nèi)融資困難，而且有利于避免行業(yè)內(nèi)同質(zhì)無序化競爭，提高服務(wù)水平，節(jié)約資源，實現(xiàn)共同發(fā)展。
4 結(jié)束語
我國發(fā)展綠色航運任重而道遠：一方面，多數(shù)航運企業(yè)的綠色航運意識薄弱，只有少數(shù)大型航運企業(yè)能夠真正實施綠色航運；另一方面，綠色航運相關(guān)法律制度有待完善，航運技術(shù)有待提高。盡管如此，相信隨著我國相關(guān)法律逐漸完善、綠色技術(shù)水平逐漸提高以及綠色理念逐漸增強，我國航運業(yè)競爭力將越來越強。
參考文獻：
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【關(guān)鍵詞】船舶結(jié)構(gòu)；耐撞性；雙殼船舶舷側(cè)結(jié)構(gòu)
船舶碰撞是影響水運建設(shè)的重要因素，雖然船舶設(shè)計理念不斷提升、制造工藝也日趨完善，但是水上特別是海上航道狀況的復(fù)雜性以及各種不確定因素的存在使船舶碰撞事件時有發(fā)生。碰撞事件通常會造成較為嚴(yán)重的后果，如人員傷亡、財產(chǎn)損失、船舶沉陷、水域污染等，當(dāng)前的技術(shù)條件還不可能完全杜絕船舶碰撞狀況的發(fā)生，因此怎樣增強船舶結(jié)構(gòu)的耐撞性，降低碰撞影響，使船舶能夠在發(fā)生碰撞后不至于發(fā)生毀滅性的事故是當(dāng)前船舶設(shè)計研究的重點內(nèi)容。
1 船舶碰撞類型
將計算機處理技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航以及智能化操作等運用到船舶航行中能夠大幅度減少船舶碰撞的發(fā)生率并且提升事故發(fā)生后的救援質(zhì)量，但是由于人為判斷失誤、操作失誤或者機械原因世界范圍內(nèi)每年都會有很多的船舶碰撞事件發(fā)生。研究船舶碰撞類型及施力特征是優(yōu)化船舶耐撞性結(jié)構(gòu)設(shè)計的必經(jīng)之路，按照被船舶撞擊物體種類，可以將碰撞分為兩種類型。
1.1 船-船碰撞
不同船舶之間的碰撞是船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計研究的重點問題，由于這種碰撞通常存在雙向動力并且涉及到至少兩艘船舶，因此撞擊強度往往很大，造成的事故也相對慘烈。在船-船碰撞類型中，最危險的狀況是撞擊船的船首部位與被撞船的舷側(cè)結(jié)構(gòu)呈垂直方向碰撞，由于船首結(jié)構(gòu)剛度遠遠大于舷側(cè)剛度，因此會對被撞船只造成嚴(yán)重的破壞。目前對船-船碰撞的研究主要有方面，即碰撞發(fā)生的外部機理和內(nèi)部機理。
1.2 船舶擱淺
船舶擱淺屬于碰撞的一個特殊類型，其碰撞部位發(fā)生在船舶底部，而被碰撞物體通常為礁石、水底等地表結(jié)構(gòu)。礁石類擱淺通常會引發(fā)船舶底部產(chǎn)生嚴(yán)重的撕裂型破損，而沙灘或者其他軟性地表擱淺則會造成船體失穩(wěn)，這兩種類型分別稱為硬擱淺和軟擱淺。其中對船體本身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生更大破壞的是硬擱淺，一旦發(fā)生通常會引起大面積的變形和破裂。
2 新型船舶耐撞性結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)
對船舶碰撞的研究目的是設(shè)計出具有合理結(jié)構(gòu)的新型船舶，提升其結(jié)構(gòu)的耐撞性。實現(xiàn)船舶結(jié)構(gòu)耐撞性的主要途徑是通過對結(jié)構(gòu)進行重組或者改進，使碰撞事故中發(fā)生的能量傳遞機制發(fā)生改變，進而對船舶重要結(jié)構(gòu)部位進行最大程度的保護。
2.1 雙殼船舶舷側(cè)結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計
從以上對碰撞類型的闡述中可以發(fā)現(xiàn)，船舶舷側(cè)是影響船舶整體耐撞性的關(guān)鍵部分，同時也是最需要進行結(jié)構(gòu)強化的部位。隨著現(xiàn)今國際社會對大型油輪碰撞安全性的重視，其耐撞性設(shè)計也被提升到了新的高度，其中一種重點領(lǐng)域即是將傳統(tǒng)單殼船舶舷側(cè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化為雙殼舷側(cè)結(jié)構(gòu)，從而提升舷側(cè)對碰撞的應(yīng)受度。
典型的雙殼舷側(cè)結(jié)構(gòu)以下主要構(gòu)件：外殼板、內(nèi)殼板、橫框架、舷側(cè)縱桁、舷側(cè)縱骨等。在進行船舶碰撞研究時，可以將情況設(shè)定為最嚴(yán)重的狀況，也即是船首撞擊舷側(cè)，將撞頭設(shè)定具有一定的初速度，且為剛性結(jié)構(gòu)，這樣其就具有了強大的撞擊動能，在實際的碰撞事故中，撞頭最有可能撞擊在舷側(cè)縱桁以及橫框架的交界處，在碰撞力傳遞過程中，內(nèi)殼板材料極有可能發(fā)生失效現(xiàn)象，因此內(nèi)殼板的破裂將成為撞擊的最嚴(yán)重后果。
通過對設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的撞擊類型進行模擬可以得出結(jié)果，也即是被撞擊船只損傷區(qū)域較為明顯，內(nèi)外殼均被擊穿，縱骨破損程度尤為嚴(yán)重，由于與撞頭沒有發(fā)生直接的接觸，縱桁和橫框架破損相對有限，往往會出現(xiàn)小幅度的變形，而這種變形通常是由殼板破裂形成的連帶作用所引起。
研究船舶撞擊強度和影響，必須從能量轉(zhuǎn)化角度考慮。簡答來看，船舶碰撞過程也即是船舶航行動能向船舶結(jié)構(gòu)改變的動能轉(zhuǎn)化的過程，在此過程中不可避免地出現(xiàn)摩擦動能、沙漏能以及船舶結(jié)構(gòu)局部功能等，由于這些能量形式對船舶結(jié)構(gòu)形成的影響較小，因此可以忽略不計。舷側(cè)是接受撞擊動能最多的部位，并且這些能量大量釋放到了外殼板上，造成相關(guān)構(gòu)件的嚴(yán)重變形和位移。而內(nèi)殼板由于距離初始撞擊位置有一定距離，因此剛開始接受能力有限，但是在與撞頭接觸之后，其吸收能量的效應(yīng)大副增加。總體來講，船舶碰撞過程中，被撞船舶吸收能量具有以下特征，強度大的構(gòu)件并不一定接受最多的能量，而與撞頭最先接觸的構(gòu)件則吸收很多能量，結(jié)構(gòu)嚴(yán)重變形。
針對以上分析可以得出改進船舶結(jié)構(gòu)耐撞性的設(shè)計方案，主要實施途徑是對船舶結(jié)構(gòu)進行整體上的改進，促進其碰撞載荷的有效分散。通過分析對比本文提出三種設(shè)計方案：第一是斜縱骨夾層板雙殼結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)將雙殼結(jié)構(gòu)改造為夾層板結(jié)構(gòu)，從而增大了其平面變形，使其具有很好的吸能效果；第二種是箱型梁雙殼結(jié)構(gòu)，主要是應(yīng)對船舶滿載水面下部位的撞擊過程；第三是槽形筋雙殼結(jié)構(gòu)，將船舶縱骨改造成為具有槽形截面的型鋼，從而降低了其在發(fā)生撞擊時的彎曲和變形程度。
2.2 船舶結(jié)構(gòu)抗擱淺功能的實現(xiàn)
船舶在航行過程中碰撞到礁石可能引發(fā)擱淺事故，由于這種擱淺對船體本身造成的破壞較為嚴(yán)重，因此又被稱為高能擱淺。船舶如果經(jīng)過橫向加強處理，其主尺度往往會變小，因此發(fā)生硬擱淺的概率不計大型船舶。油輪擱淺造成的危害輻射面較廣，在國際社會引起了廣泛的重視，由于單底大型油輪發(fā)生擱淺的可能性很大，因此目前已經(jīng)呈現(xiàn)出被淘汰的趨勢。
對船舶結(jié)構(gòu)抗擱淺功能進行優(yōu)化設(shè)計，必須將擱淺事故發(fā)生過程中船舶底部的結(jié)構(gòu)吸能最大值作為優(yōu)化對象，在設(shè)計環(huán)節(jié)可以應(yīng)用兩種形式，第一是對船舶底部結(jié)構(gòu)進行革新，第二是將原有結(jié)構(gòu)進行尺度和厚度的優(yōu)化。具體結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化方法可以采取混合離散變量法。但是要注意對傳統(tǒng)船舶底部結(jié)構(gòu)優(yōu)化時，其尺寸存在一定的變化范圍；船舶結(jié)構(gòu)的型材以及板材厚度都要去整數(shù)處理；船底結(jié)構(gòu)構(gòu)件的數(shù)量要嚴(yán)格按照實際船舶結(jié)構(gòu)不知情況進行確認(rèn)；抗擱淺設(shè)計必須考慮船體重量對船舶整體運行性能的影響，在設(shè)計時應(yīng)將重量作為重要的限制因素。
3 結(jié)論
船舶碰撞引起的后果較為嚴(yán)重，并且很難對其進行有效的控制，提升船舶耐撞性是降低撞擊事故不利影響的關(guān)鍵措施。通過對撞擊類型以及撞擊能量進行研究可以為新型耐撞性船舶結(jié)構(gòu)提供依據(jù)。對雙殼舷側(cè)結(jié)構(gòu)船體進行結(jié)構(gòu)改造能夠最大程度發(fā)揮各構(gòu)件的功能，減少結(jié)構(gòu)變形，從而對船舶起到有效的保護作用。
參考文獻：
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關(guān)鍵詞：船舶舾裝；設(shè)計優(yōu)化；模塊化
中圖分類號：U662 文獻標(biāo)識碼：A
船舶舾裝工作在整個船舶制造過程中起著至關(guān)重要的作用，主要包括主體設(shè)備和舾裝管件的安裝、電氣設(shè)備安裝、船舶室內(nèi)設(shè)備安裝、油漆涂裝、敷料絕緣敷設(shè)等。在現(xiàn)代船舶制造行業(yè)中，規(guī)范船舶舾裝制度，制定標(biāo)準(zhǔn)化舾裝流程，利用科學(xué)的舾裝方法、建立嚴(yán)格的監(jiān)管制度必定會使船舶舾裝行業(yè)效率更高，質(zhì)量更優(yōu)，成本更低，綜合性能更好。本文就以下幾個方面探討船舶舾裝的優(yōu)化與設(shè)計。
1.國內(nèi)船舶舾裝設(shè)計現(xiàn)狀
我國船舶舾裝歷史悠久，伴隨著對船舶制造的需求不斷變化，船舶制造工藝也日趨完善。但仍與發(fā)達國家差距比較大，尤其是在舾裝行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面，目前我國的舾裝標(biāo)準(zhǔn)僅相當(dāng)于日本20世紀(jì)末的水準(zhǔn)，落后的技術(shù)決定其標(biāo)準(zhǔn)相對較低，從而制約了我國船舶制造的發(fā)展步伐。我國傳統(tǒng)造船技術(shù)模式為系統(tǒng)導(dǎo)向型造船模式和系統(tǒng)區(qū)域?qū)蛐驮齑Ｊ?。第一種模式包括船臺散裝、碼頭舾裝和整船涂裝，第二種模式包括分段制造、預(yù)舾裝和預(yù)涂裝。我國現(xiàn)代造船技術(shù)模式包括區(qū)域、類型及階段型造船模式和中間產(chǎn)品導(dǎo)向型階段模式。前一種模式包括分段建造、區(qū)域舾裝和區(qū)域涂裝，后一種模式主要為殼舾涂一體化。隨著我國對造船行業(yè)需求的變化，國內(nèi)舾裝發(fā)展逐漸呈現(xiàn)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)字化趨勢。自20世紀(jì)70年代左右便提出了模塊化設(shè)計理念，后來在船舶的設(shè)計、制造、管理及維護各個方面都起著重大作用。模塊化技術(shù)是將控制系統(tǒng)、機電裝置系統(tǒng)、舾裝設(shè)備系統(tǒng)及自動化系統(tǒng)等從整體劃分到部分，從而優(yōu)化整個建造周期，也使舾裝過程更加標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。目前我國造船的突出問題主要為生產(chǎn)周期長、效率低、成本大、工作環(huán)境差，這些因素制約了我國船舶舾裝的發(fā)展。
2.船舶舾裝的模塊化創(chuàng)新設(shè)計思路
2.1船舶舾裝模塊化的設(shè)計特點
船舶舾裝包括內(nèi)舾裝和外舾裝兩個部分。
2.1.1船舶外舾裝的工程進度會受到總體裝配進度的影響，因此，船舶外舾裝就要完善設(shè)備的配套功能模塊化，嚴(yán)格按制度執(zhí)行。舾裝設(shè)備的詳細設(shè)計布置比較分散，且外舾裝影響著船體的整體美觀性，在設(shè)計的過程中需重點考慮。詳細設(shè)計的布置圖按不同的系統(tǒng)來分，主要有錨、系泊、舵系統(tǒng)、桅檣信號系統(tǒng)和救生消防系統(tǒng)等，不同的系統(tǒng)有不同的配備設(shè)備和布置方法。
2.1.2船舶內(nèi)舾裝模塊化設(shè)計時一般考慮主甲板以下的艙室多為機械處所，不做內(nèi)裝，這樣可在一定程度上控制重量，保證設(shè)備及管通的凈空高度。但需對大型設(shè)備及高聲源處所進行減振降噪、防火和隔熱處理；主甲板上的居住區(qū)艙室、醫(yī)療間、公共處所等以內(nèi)裝圍壁分隔，可采用復(fù)合棉板或鋁質(zhì)蜂窩板作為裝飾材料；廚房及潮濕處所一般采用不銹鋼或防潮型內(nèi)裝板。傳統(tǒng)的現(xiàn)場拼裝方法在生產(chǎn)節(jié)點和成本及質(zhì)量上嚴(yán)重制約了船舶舾裝的發(fā)展。因此，設(shè)計一種新的模塊化建造方式來適應(yīng)船舶舾裝的發(fā)展是非常有必要的。
2.2船舶舾裝模塊化設(shè)計的方法和應(yīng)用
舾裝設(shè)備模塊化的設(shè)計首先要考慮設(shè)備功能方面。子系統(tǒng)的設(shè)計是其中的重點。對于子系統(tǒng)的設(shè)計，首先要了解各個系統(tǒng)原理、功能、包括部件及與其他部件協(xié)同構(gòu)成成體系統(tǒng)成分的方法，設(shè)計幾個可行性方法，通過各個方案在系統(tǒng)功能、質(zhì)量、協(xié)同性、成本預(yù)算方面進行比較，綜合選擇最優(yōu)方案。在船舶舾裝的設(shè)計中有著幾個子系統(tǒng)的設(shè)計，主要包括：管通設(shè)計、電器設(shè)計、艙室布置設(shè)計和鐵舾裝件模塊設(shè)計。在模塊實施過程中，也包括多系統(tǒng)模塊化設(shè)計、整體式單元模塊化設(shè)計和集控室單元模塊化設(shè)計等。
管系設(shè)計分為3個模塊，分別為：管系原理設(shè)計模塊、管路建模模塊和生產(chǎn)信息提取模塊。三維模式的應(yīng)用極大地促進了船舶舾裝設(shè)計的發(fā)展，設(shè)計時可應(yīng)用Tribon軟件進行三維建模。管系原理設(shè)計要綜合考慮設(shè)計過程中的管材、閥門零部件等因素，管路建模模塊主要是對綜合管線的布置，使之具有立體直觀感，使設(shè)計思路更為清晰，減少施工圖紙的同時又縮短施工的周期，使效率大大提高。生產(chǎn)信息模塊主要為生產(chǎn)信息的生成和輸出，便于管路建模后的查看與編輯，同時，可以從模型中直接導(dǎo)出圖和生成表格，對各種信息進行管理。電纜設(shè)計模塊主要為電纜原理圖設(shè)計和電纜放樣。電纜原理圖設(shè)計過程可以方便調(diào)出電纜布放圖及相關(guān)配套設(shè)施的列表，在對電纜進行放樣的過程中，電纜的具體路徑及托架布置中可以調(diào)入船體分段、電器設(shè)備等，在檢查線路聯(lián)通性過程中非常方便。艙室布置設(shè)計過程中，通過軟件進行繪制，設(shè)計將每個房間作為一個單位進行，同時各個設(shè)備的配套參數(shù)，重量重心一應(yīng)齊全。各種鐵舾裝件的模塊設(shè)計，是使之能夠與相關(guān)模塊信息能夠共享，主要包括鐵舾裝件、扶梯及設(shè)備支架等的模塊設(shè)計。以上每項模塊設(shè)計都具有獨立性，但又需設(shè)計相應(yīng)的輸入和輸出接口。通過模塊的組合配置來滿足優(yōu)化設(shè)計的目的。
2.3船舶舾裝標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計
由于船舶設(shè)計工程復(fù)雜，各個系統(tǒng)結(jié)合緊密，專業(yè)綜合性要求較高，因此在設(shè)計相關(guān)研究的標(biāo)準(zhǔn)也顯得相對復(fù)雜，包括相應(yīng)的舾裝托盤數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（其管理流程如圖1所示）、舾裝設(shè)計圖紙目錄標(biāo)準(zhǔn)、和舾裝圖紙編碼標(biāo)準(zhǔn)。
結(jié)語
船舶的發(fā)展是社會經(jīng)濟發(fā)展的一個重要部分，在一定程度上體現(xiàn)出綜合國力的強弱，在未來將會發(fā)揮更為重要的作用。船舶舾裝的研究對整個船舶制造行業(yè)有著決定性作用。健全船舶舾裝設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，完善舾裝技術(shù)技術(shù)指導(dǎo)手冊，采用合理的管理方式，必定會使我國船舶制造行業(yè)更為精進一步，進而逐漸縮短與發(fā)達國家在船舶設(shè)計與建造上的差距。
參考文獻
[1]董煒.船舶外舾裝模塊化設(shè)計應(yīng)用研究[D].江蘇科技大學(xué)，2013.
一、船舶主體結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求
船舶主體結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，要綜合考慮航運可靠性、船舶使用性、生產(chǎn)工藝性、維護便捷性等多方面因素，其中尤以可靠性因素最為關(guān)鍵。在設(shè)計船舶主體結(jié)構(gòu)時，必須嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范，科學(xué)選取設(shè)計依據(jù)，這是保證船舶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的先提條件。船舶設(shè)計最終是為船舶制造服務(wù)的，因此所設(shè)計出來的結(jié)構(gòu)必須易于制造，便于進行質(zhì)量控制等活動。一般情況下，船舶主體結(jié)構(gòu)要盡可能多地使用標(biāo)準(zhǔn)化型材或者軋制型材，各骨材間要保持合理的間距，這樣一方面有利于提高船舶制造的工藝性，另一方面也易于開展各項成本控制工作，提升船舶制造的經(jīng)濟性。使用性也是船舶主體結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要考慮因素，例如，在設(shè)計貨船時要提前規(guī)劃好艙口尺寸的大小，避免因艙口過小而對對貨物裝卸造成不便；在設(shè)計客船時要設(shè)法減小船體的總變形，防止航運過程中出現(xiàn)過大變形而造成乘客的不適或恐慌。
二、船舶主體結(jié)構(gòu)設(shè)計的考慮因素
1.工作環(huán)境
船舶在營運期間長時間地與海水等腐蝕性介質(zhì)接觸，很容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)腐蝕問題，若保養(yǎng)工作跟不上，腐蝕不斷加重，最終可能出現(xiàn)構(gòu)件銹穿，導(dǎo)致船體強度大幅下降。與此同時，受不良氣候、波浪拍擊、貨物裝卸等方面的影響，船體很容易出現(xiàn)疲勞性損傷，在腐蝕與疲勞損傷的雙重作用下，很可能出現(xiàn)船殼破損進水等嚴(yán)重事故。同時，船舶航行過程中，不可避免地會受到波浪的沖擊，這種沖擊輕則造成船體外板腐蝕、變形，重則引發(fā)船體中垂彎曲等問題，使船體應(yīng)力出現(xiàn)較大變化。此外，當(dāng)船舶遭遇大的浪涌沖擊時，波浪反復(fù)交替作用，會使船體扭曲、中垂等負面狀態(tài)進一步惡化，嚴(yán)重時會造成荷載分布的嚴(yán)重失衡，影響整個船舶的航行安全。
2.船體載荷
船舶航運期間，同時受到多重荷載影響，如船體自重、海水浮力、風(fēng)力、慣性力、物資壓力等，此外，個別情況下還可能產(chǎn)生爆炸、撞擊等突發(fā)性荷載。在設(shè)計船舶主體結(jié)構(gòu)過程中，應(yīng)充分考慮上述荷載的影響，通過一定的結(jié)構(gòu)設(shè)計來抵消、分散不良荷載的影響，保持船舶整體荷載均衡。船舶主要荷載分布情況如圖1所示。
三、船舶主體結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)問題及對策
1.縱橫向構(gòu)件
在設(shè)計船體的主要構(gòu)件時，應(yīng)保證結(jié)構(gòu)具有較好的連續(xù)性，盡量不要出現(xiàn)結(jié)構(gòu)斷層或高度、剖面上的突變。通常情況下，可將主要構(gòu)件設(shè)計成完整的閉環(huán)框架，且把框架上各接合部位設(shè)計成具有一定半徑的圓角狀，形成平滑、連續(xù)的船體支撐結(jié)構(gòu)。如果是縱向構(gòu)件，在設(shè)計時應(yīng)確保強度的連續(xù)性，個別縱向部件直接關(guān)系到船體梁總縱強度，在布置時應(yīng)將其向端部延長足夠的距離。尤其是在貨艙設(shè)計中，需將位于貨艙部分的縱艙壁中幾個關(guān)鍵支撐構(gòu)件延伸至貨艙外部，并在雙層殼體部分進行加強處理，通常做法是加設(shè)強肋骨和舷側(cè)縱桁。為保證船舶總縱強度，建議將散貨船的頂邊艙與底邊艙都設(shè)計為高強度的箱型三角結(jié)構(gòu)，同時輔以高強度的雙層底結(jié)構(gòu)。對于單殼體散貨船，在設(shè)計貨艙部分的雙層底高度時，不但要考慮總布置要求，還必須符合規(guī)范中對于普通貨船的設(shè)計要求。散貨船所采用的雙層底一般為縱骨架式結(jié)構(gòu)，在機艙部分，建議設(shè)置主肋板，一般每隔一個肋位設(shè)一個即可，如果肋位處于主機座、鍋爐座等基座下方，則必須設(shè)置主肋板。距艏垂線0.2L以內(nèi)可以每隔一個肋位設(shè)置一個主肋板，其他部位可以每隔3或4個肋位設(shè)一個。根據(jù)中國船級社相關(guān)規(guī)定，主肋板的間距不得超過3.6m，船體中縱刨面需要設(shè)置龍骨，但目前大型散貨船大都以箱形龍骨取代之。龍骨兩端應(yīng)設(shè)置旁龍骨，根據(jù)新版船舶結(jié)構(gòu)共同規(guī)范，兩個相靠龍骨的間距應(yīng)保持4.6m以上，抑或船底一般扶強材間距的5倍以上，在實際設(shè)計中，可以取其中較小者。
2.底邊艙結(jié)構(gòu)
船舶底邊艙斜頂板和雙層底內(nèi)底板交接處可以采用焊接連接或圓弧連接兩種不同形式。如果采用焊接方式，旁龍骨必須和斜頂板保持對齊，且內(nèi)底板伸出旁龍骨的部分不得大于5cm，若伸出部分過長，在后續(xù)焊裝橫向框架上的扇形補板時會遇到一些麻煩。同時，內(nèi)底板伸出部分的末尾需設(shè)計為圓形，各構(gòu)件之間一定要焊透。船舶貨艙部分的底邊艙斜頂板采用縱骨架式結(jié)構(gòu)，船舷與底板交接的彎曲部分不做特別要求，采用橫骨架或縱骨架式結(jié)構(gòu)皆可，但一般以前者居多。船舶底邊艙斜頂板和內(nèi)底板面應(yīng)當(dāng)保持45°~50°左右的夾角，肋板處需要設(shè)置橫向強框架，以對縱骨起支撐作用，同時框架上需要設(shè)置足夠大的通道孔，通道孔邊緣用扁鋼做加強處理，且扁鋼和縱骨間通過加強筋進行穩(wěn)固?？v骨穿過通道孔的部分需要安裝補板，補板與兩層底板及船舷外板相連，具體尺寸大小可參照相關(guān)規(guī)范來決定。
3.箱形中桁材
箱形中桁材俗稱箱形龍骨，可設(shè)置于散貨船雙層底中線面處，用來取代普通龍骨。箱形龍骨由兩道平行設(shè)置的水密性側(cè)板與骨材、內(nèi)外底板等組成。箱形龍骨通常用來對管系進行集中布設(shè)，防止管道從貨艙直接穿過而影響裝卸作業(yè)。在機艙前端壁上需設(shè)置通往箱形龍骨的人孔，并安裝水密裝置，以便工作人員進入其中開展檢查活動。同時，在箱形龍骨與露天甲板之間也要設(shè)置一個應(yīng)急通道。箱形龍骨的側(cè)板厚度不得小于水密肋板，為確保船舶進塢后底縱桁可以順利擱置到墩木上，應(yīng)將兩側(cè)板間距控制在2m以下。同時，考慮到橫向強度被削弱，對于箱形龍骨部分的船底板、內(nèi)底板需略微增加厚度，以提高強度。箱形龍骨內(nèi)可用橫向骨架取代肋板，骨架可采用環(huán)形架或船底橫骨等形式。肋骨和肋板之間可以采取搭接的方式，且搭接長度至少要達到肋骨高度的5/4倍，以確保受力的均勻傳遞。
4.構(gòu)件連接
構(gòu)件連接向來是船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點，船舶主要構(gòu)件之間的連接形式有3種：一是設(shè)置連接肘板；二是采用整體式端肘板；三是設(shè)計成整體型，具體如圖2所示。在具體設(shè)計過程中，可利用疲勞強度校核等手段，對各結(jié)構(gòu)節(jié)點進行優(yōu)化改進，確保船體構(gòu)件尤其是受交變載荷影響的構(gòu)件具有一定的抗疲勞性，進而提高其使用壽命。船舶貨艙部分的船舷一般設(shè)計為橫骨架式結(jié)構(gòu)，各肋位的端部均做成軟趾狀，起到分散節(jié)點應(yīng)力的作用，減輕構(gòu)件所受到的疲勞損傷。在縱向強構(gòu)件的間斷處，應(yīng)采取相應(yīng)的過渡處理，確保結(jié)構(gòu)整體的連續(xù)性，防止出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況。
結(jié)語
船舶主體結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項科學(xué)性極強的工作，同時也是一個動態(tài)優(yōu)化、不斷改進的過程。設(shè)計人員要在堅持相關(guān)設(shè)計原則的基礎(chǔ)上，不斷對結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化調(diào)整，在確保船體結(jié)構(gòu)強度的同時，盡量減輕船體自重，提高船舶航運的經(jīng)濟性，充分發(fā)揮船舶的使用性能。
參考文獻
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【關(guān)鍵詞】艦艇船體防腐 陰極保護 優(yōu)化設(shè)計
艦艇船體長期處于海洋環(huán)境之中，艦艇船體很容易出現(xiàn)腐蝕的問題，特別是以合金鋼為主要船體材料的各類艦艇長期與海水接觸，金屬設(shè)備其受海水腐蝕情況十分嚴(yán)重，因此有必要以其為主，對相應(yīng)的防腐以及陰極保護過程進行優(yōu)化設(shè)計。
1 艦艇船體防腐和陰極保護的重要性
海水腐蝕是影響以潛艇為主的艦艇船體使用性能的關(guān)鍵因素，同時，一直以來，解決這一問題都是有關(guān)領(lǐng)域的工作難點。調(diào)查顯示，受海水侵蝕的影響，潛艇中的電子設(shè)備等通常會出現(xiàn)損壞的問題，這對于其戰(zhàn)斗力的保證十分不利，同時對其進行維修也會對我國造成極大的軍事、經(jīng)濟方面的損失[1]。總的來說，化學(xué)腐蝕以及電化學(xué)腐蝕是艦艇被腐蝕的主要原因。前者主要指的是由海水與制造艦艇的諸多材料之間發(fā)生化學(xué)作用而造成的腐蝕。后者指的是受電子流動影響而造成的腐蝕。就目前的情況看，上述兩種情況是導(dǎo)致艦艇腐蝕的主要因素[2]。針對不同的情況，需要采取不同的手段對其進行解決，其中陰極保護以及防腐措施的實施便是兩種重要的方法，踐證明，其應(yīng)用效果相對良好。因此，有必要將上述措施應(yīng)用到潛艇的防腐蝕過程中，以為其使用性能的保證以及使用壽命的延長提供基礎(chǔ)。
2 艦艇船體防腐和陰極保護現(xiàn)狀
目前，我國艦艇船體防腐和陰極保護水平已經(jīng)得到了一定程度的提高，其保護效率與壽命也得到了演唱，但在計算與設(shè)計方法的應(yīng)用過程中卻存在著過于傳統(tǒng)的問題，盲目性相對較強，為解決上述問題，這對于我國艦艇船體防腐水平的進一步提高十分不利。除此之外，相對于其他水面船體而言，潛艇的浸水面積較大，整個艇身都長期處于海水環(huán)境中，這是導(dǎo)致其保護電流增加的主要原因。為避免長期受海水腐蝕而對艦艇性能造成過于嚴(yán)重的影響，有必要對有關(guān)陰極保護的內(nèi)容進行分析。另外，在艦艇防腐過程中，其防腐措施的應(yīng)用會對艦艇周圍的電場造成影響，我國存在的問題在于沒有充分考慮上述影響，由此導(dǎo)致的安全性問題已經(jīng)對艦艇本身性能的發(fā)揮造成了阻礙，對此，有關(guān)人員必須注意到上述問題，這樣才能艦艇的防腐性能得到進一步的優(yōu)化。
3 艦艇船體防腐和陰極保護的優(yōu)化設(shè)計
3.1 防腐優(yōu)化設(shè)計
海水對艦艇的腐蝕主要表現(xiàn)在艦艇表面以及內(nèi)部設(shè)備兩個方面，因此防腐的優(yōu)化設(shè)計必須從上述兩方面出發(fā)來實現(xiàn)。首先做好艦艇表面的防腐工作，對此，選擇較為優(yōu)質(zhì)的防腐材料能夠起到較為有效的作用，且具有簡單便利的優(yōu)勢，合金結(jié)構(gòu)鋼是當(dāng)前應(yīng)用的主要防腐蝕材料，實踐證明，這一材料應(yīng)用效果較好[3]。除此之外，還要考慮縫隙腐蝕等方面的問題。縫隙的存在是艦艇的弱點，也是導(dǎo)致海水滲透腐蝕到內(nèi)部裝備的主要原因，因此在艦艇設(shè)計過程中，必須對其縫隙問題加以重視。另外，設(shè)備被腐蝕會直接導(dǎo)致艦艇設(shè)備無法正常投入使用，因此做好設(shè)備的防腐蝕工作同樣十分重要?？偟膩碚f，在設(shè)備的制造過程中，要保證其防腐性能與艦艇整體的防腐性能相互匹配，同時在引進設(shè)備時，也要對其防腐參數(shù)進行再次確定，以使其性能能夠充分的滿足艦艇防腐的要求。
3.2 陰極保護優(yōu)化設(shè)計
陰極保護措施在解決艦艇及海上裝備被腐蝕的問題方面具有較好的應(yīng)用效果，以與海水部位接觸的管材為例，必須在其接頭與法蘭之間實施電絕緣處理措施[4]。就目前的情況看，我國已經(jīng)將這一措施應(yīng)用到了艦艇船體的防腐過程中，在此之前，軍艦，潛艇往往需要安裝大量的犧牲陽極，但在陰極保護技術(shù)下，犧牲陽極的安裝數(shù)量大大減少，使艦艇的整體防腐性能得到了優(yōu)化，同時還達到了節(jié)約成本的目的，對于我國軍事等領(lǐng)域整體發(fā)展水平的提升以及成本的降低具有重要意義。
3.3 優(yōu)化設(shè)計仿真
為判斷優(yōu)化設(shè)計效果及其合理性，在具體設(shè)計完成之后有必要展開仿真實驗：首先，將合金結(jié)構(gòu)剛作為了艦艇船體的主要材料，將其各方面參數(shù)輸入到了計算機當(dāng)中，同時分析其對艦艇本身及其內(nèi)部設(shè)備防腐性能的影響，并從各角度出發(fā)，對艦艇的參數(shù)進行了計算，建立了具體的仿真模型。全面考慮艦艇所處的海水環(huán)境，并對艦艇主體部分進行了網(wǎng)格離散化，以其電學(xué)特征為基礎(chǔ)，形成了廣義耦合電池系統(tǒng)仿真模型的邊界條件，并通過其他一系列過程完成了仿真模型的建立過程。其次，通過對計算機技術(shù)的應(yīng)用以及對各項數(shù)據(jù)的綜合，完成了有關(guān)艦艇金屬材料防腐性能的計算工作，并得出了最終的計算結(jié)果，在對計算結(jié)果進行整理的前提下，完成了具體的分析工作。最后，通過對仿真結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)，采用上述防腐措施以及陰極保護措施，能夠有效的達到提高艦艇表面防腐水平的目的。將本次仿真實驗所得到的數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，其防腐參數(shù)得到了極大程度的優(yōu)化，因此認(rèn)為，上述優(yōu)化設(shè)計過程具有較強的實用性。
4 結(jié)語
做好艦艇船體防腐和陰極保護的優(yōu)化設(shè)計能夠得到提高其防腐性能的目的。潛艇長期處于水下環(huán)境中，相對于其他水面艦艇而言，其受腐蝕程度更加嚴(yán)重，因此做好防腐工作便顯得更加重要。防腐措施的實施以及陰極保護的實現(xiàn)均能夠使?jié)撏н_到較好的防腐效果，因此在具體設(shè)計過程中，有必要對上述措施加以重視。
參考文獻：
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關(guān)鍵詞：居住艙室；振動級別；噪音級別；照明照度；HAB
1.概述
HAB（WB）是由ABS（美國船級社）近年來推出的一種針對工作船可居住性要求的入級符號，該入級符號對船舶的舒適性提出了明確的要求，從各方面改善船員的工作環(huán)境，包括居住艙室的人性化設(shè)計、振動級別、噪音級別、室內(nèi)環(huán)境（空調(diào)和通風(fēng)的舒適性）、照明照度共5個方面。HAB（WB）要求從設(shè)計和現(xiàn)場測量兩個環(huán)節(jié)，對這5個方面進行控制。帶HAB（WB）入級符號的船舶，是未來船舶的主流。HAB根據(jù)要求的不同分為HAB、HAB+、HAB++，本文僅以HAB要求為例予以說明。
工作船主要指海洋平臺支持船、消防船、拖帶船等具有特殊功能和用途的船舶，其主要特點是內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、走道寬度狹小、艙室內(nèi)部設(shè)備多。工作船長期處于復(fù)雜惡劣的海洋環(huán)境中，而船員長期生活在船上，船上的居住艙室的舒適度至關(guān)重要。因此在滿足船舶性能的前提下，需盡可能滿足船員起居的舒適性。
2.居住艙室的人性化設(shè)計
居住室的人性化設(shè)計，是對上建居住區(qū)域的整體布置、空間、使用性及配置都給出明確要求。
以前，海工船在艙室布置（配置）方面一般都是按照規(guī)格書的要求進行，參考ILOMLC2006及掛旗國的相關(guān)規(guī)范即可，不作為船級社檢驗項目。
HAB對房間的配置要求提出明了確要求，并且滿足ILO（92）和ILO（133）、ILO MLC2006的相關(guān)要求。但要求更加高和詳細，如：
（1）房間門：寬度不能小于710 mm，甲板面至門框上端高度不能小于1 900mm；
（2）室外欄桿開孔處保護：開孔跨度不能超過1 830mm，否則需要在中間增加可拆立柱，并且開口處的鏈條，安全繩下垂量不能大于25mm，如圖1所示；
（3）室內(nèi)斜梯：斜梯踏步每一步的高度和深度均要保持一致，并且高度不能大于230 mm，踏步深度不能小于190 nnn；斜梯上、下端轉(zhuǎn)角處寬度大于910mm。如圖2所示：
（4）直梯：作為逃生通道的直梯，寬度大于410mm。
3.振動和噪音
為了給海員營造一個可接受的環(huán)境，防止對海員發(fā)生噪聲級的潛在傷害，國際海事組織（IMO）要求船舶構(gòu)造應(yīng)符合MSC.337（91）決議通過的《船上噪聲等級規(guī)則》，該文件相比原IMO A.468（XII）號決議技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格，并且作為強制性文件于2014年7月1日起生效。
船體振動不僅會導(dǎo)致船員生活和工作受影響，而且會加速船體結(jié)構(gòu)和機械設(shè)備構(gòu)件的疲勞損傷。船體振動又是不可完全避免的，只能盡可能的減少及避免設(shè)備與結(jié)構(gòu)發(fā)生共振。
噪音是由于物體高頻振動產(chǎn)生的，所以其制根源就是減少或者隔絕振動源。
根據(jù)振動自身的特性，減少振動對船舶的影響可以從兩個方面入手：
（1）振動源
船舶主要振動源為：主機、發(fā)電機、傳動軸承、全回轉(zhuǎn)（螺旋槳），側(cè)推等；次要振動源為：機艙風(fēng)機等。
由于上述振動源通過剛性基座與船體結(jié)構(gòu)連接，在設(shè)備運轉(zhuǎn)時就會產(chǎn)生振動，故可據(jù)此特點進行設(shè)計優(yōu)化：
首先，在設(shè)備與基座之間采用彈性連接，常用于發(fā)電機、風(fēng)機等，如圖3所示；
其次，通過改變基座的板厚、跨度等，使基座的振頻不同于設(shè)備的振頻，避免產(chǎn)生共振，常用于主機、傳動軸承、側(cè)推等大馬力推進設(shè)備；
最后，使用阻尼材料，通過在設(shè)備基座及周邊的結(jié)構(gòu)上增加阻尼材料，從而達到將震動源隔斷在源頭的目的。當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生振動時，涂掛在系統(tǒng)上的阻尼材料受到上下兩個板面（基材和約束層）的約束，產(chǎn)生剪切變形，在剪切變形的過程中，由于阻尼層的粘滯性，振動產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)換為熱能損耗掉，減小振動及振動產(chǎn)生的噪音，從而達到減振降噪的目的，如主機座、首側(cè)推基座、筒體、機艙風(fēng)機的結(jié)構(gòu)風(fēng)管等，如圖4所示。
（2）測試區(qū)域
通過更改測試區(qū)域內(nèi)裝材料的連接形式，使測試區(qū)域整個系統(tǒng)都是彈性連接（如圖5所示），減少房間內(nèi)的震動及噪音。如天花與結(jié)構(gòu)連接選用彈性連接桿（如圖6所示）、甲板面敷料選用浮動地板、舷窗外增加隔音窗（如圖7所示）、壁板使用高隔音板（蜂窩板）、房間門使用高隔音門、增加隔音棉并且根據(jù)棉的隔音性能來達到不同的隔音效果等。
這樣使測試區(qū)域整個系統(tǒng)與船體結(jié)構(gòu)彈性連接，使得振動的傳遞途徑被切斷，從而達到降低振動、噪音的效果。
噪音是振動的具體體現(xiàn)，除了隔絕振動，還可在發(fā)聲區(qū)域增加消音器。對于工作船，居住區(qū)域除了設(shè)備運行帶來的噪音外，主要的噪音來自于風(fēng)機及空調(diào)。為了達到降噪的要求，可在風(fēng)機上增加消音器，如圖8所示。
HAB對各居住處所的噪音要求，如表1所示。
4.室內(nèi)環(huán)境（空調(diào)和通風(fēng)的舒適性）
HAB對船員的生活、工作區(qū)域的溫度、濕度、通風(fēng)量，都提出了明確要求，見表2。
5.照明、照度
照明設(shè)計不僅要滿足工作區(qū)域人員安全高效工作的要求和生活區(qū)域的美觀舒適，還涉及到人員緊急逃生等安全問題。
由于HAB對每個房間的照度都有明確要求并且測試點較多，而傳統(tǒng)的船舶照度計算方法繁瑣復(fù)雜，且無法考慮艙室內(nèi)部設(shè)備及家具對照度的影響，所以船廠要對整船的照明提前做出合理的優(yōu)化設(shè)計。
關(guān)鍵詞：綠色船舶；設(shè)計；制造
1 引言
制造業(yè)在為人類提供巨大財富的同時， 也在不斷地產(chǎn)生污染物， 對環(huán)境造成嚴(yán)重的影響。船舶在制造過程中也存在材料選用不當(dāng)而造成資源的浪費，以及對空氣、土壤和水體等環(huán)境的污染問題。因此，在20世紀(jì)90年代中期出現(xiàn)了“綠色船舶”的概念。
2 綠色船舶的內(nèi)涵
“綠色船舶”概念的核心內(nèi)容是在其全壽命周期中（包括設(shè)計、制造、營運、報廢拆解），通過采用先進技術(shù)，能經(jīng)濟地滿足用戶功能和使用性能的要求，并節(jié)省資源和能源，減少或消除環(huán)境污染，且對勞動者（生產(chǎn)者和使用者）具有良好保護的船舶。
綠色船舶的綠色度主要取決于設(shè)計人員的環(huán)境意識、以人為本的設(shè)計理念和營運過程中的管理力度。當(dāng)前綠色船舶在設(shè)計、建造和運營過程中主要體現(xiàn)在以下幾方面：
設(shè)計中，廣泛采用綠色無污染材料、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化零部件或單元；充分考慮加工制造過程中材料利用率，同時還須考慮船舶產(chǎn)品在營運壽命終止后，報廢、拆解不會對環(huán)境造成負面影響，以及部分材料、零部件和設(shè)備能夠再生利用；盡量簡化工藝，優(yōu)化配置， 提高整個制造系統(tǒng)的運行效率，使原材料和能源的消耗最少；減少不可再生資源和短缺資源的使用量， 盡量采用各種替代物資和技術(shù)。
制造中，采用綠色制造工藝，即從技術(shù)入手，盡量采用物料和能源消耗少、廢棄物少、對環(huán)境污染小的工藝方案和工藝路線。目前最有效的綠色制造工藝包括：綠色加工工藝、綠色焊接工藝和綠色涂裝工藝。其中，綠色加工工藝包括凈成形制造、干式加工、工藝模擬技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)與敏捷制造等；綠色焊接工藝即選擇使用節(jié)能焊機，采用高效、無弧光、無粉塵污染的焊接材料和方法；綠色涂裝工藝即通過合理選擇涂料，減少涂料品種，簡化工序，提高工時效率，采用移動式涂裝系統(tǒng)和環(huán)保型分段涂裝房，實現(xiàn)環(huán)保型涂裝作業(yè)的目標(biāo)。
運營中，減少發(fā)動機氮氧化物、硫氧化物等溫室氣體的排放；防止燃料油、有害液體的泄漏；合理進行垃圾、污水處理；嚴(yán)格控制艙底油的卸載等。
通過對綠色船舶的內(nèi)涵的探討，我們可以得出，綠色船舶產(chǎn)品是指在其全壽命周期中（包括設(shè)計、制造、營運、報廢拆解），通過采用先進技術(shù)， 能經(jīng)濟地滿足用戶功能和使用性能的要求， 并節(jié)省資源和能源， 減少或消除環(huán)境污染，且對勞動者（生產(chǎn)者和使用者） 具有良好保護的產(chǎn)品。
而船舶綠色制造技術(shù)是一種在船舶設(shè)計、制造中融入“綠色”理念，在保證船舶產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、成本的前提下，綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造技術(shù)。綠色造船技術(shù)使船舶產(chǎn)品在設(shè)計、制造、管理過程中對環(huán)境的污染小，資源利用率高，能源消耗低，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。綠色造船技術(shù)是融設(shè)計、生產(chǎn)、管理于一體的綜合制造技術(shù)。
3 綠色船舶的設(shè)計
開展綠色造船，設(shè)計是先導(dǎo)。傳統(tǒng)的船舶設(shè)計僅從結(jié)構(gòu)和功能、外觀造型、加工制造、生產(chǎn)管理等角度考慮，設(shè)計概念是以市場需求為基礎(chǔ)，技術(shù)方案也是重點考慮設(shè)計與制造兩個領(lǐng)域的問題，設(shè)計過程中缺乏環(huán)境保護的意識。因此，設(shè)計人員必須具備良好的環(huán)境意識。
3.1 船舶優(yōu)化設(shè)計
3.1.1 船型優(yōu)化設(shè)計
優(yōu)化船體結(jié)構(gòu)功能，如對萬噸級散貨船充分考慮環(huán)保的要求，在總體設(shè)計中大膽地將傳統(tǒng)設(shè)計中的燃油艙從雙層底搬到頂邊艙，并在舷側(cè)設(shè)置隔離空艙，這樣可有效地減少燃油泄漏的可能性。優(yōu)化主尺度和型線，涉及空船質(zhì)量、穩(wěn)性、阻力、艙容等技術(shù)指標(biāo)。它不但影響船舶的裝載量、航速、能耗等經(jīng)濟指標(biāo)，而且從根本上影響船舶的安全性能。通過優(yōu)化主尺度和型線，使船舶在制造和未來的營運中，實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保和提高經(jīng)濟效益。
3.1.2 消除冗余功能設(shè)計
在設(shè)計階段，從系統(tǒng)導(dǎo)向型的合同設(shè)計、初步設(shè)計到區(qū)域?qū)蛐偷脑敿氃O(shè)計、生產(chǎn)設(shè)計，強化設(shè)計的節(jié)約意識，樹立簡約化的 設(shè)計理念，全過程地推行功能成本分析。對船舶設(shè)備選型、管系布置、電纜走向等專業(yè)設(shè)計進行優(yōu)化分析，全面消除不必要的冗余功能，降低制造成本和資源消耗。
3.1.3 動力節(jié)能設(shè)計
船舶動力節(jié)能設(shè)計體現(xiàn)在以下幾個方面：一是探尋船舶新型動力能源，用其他能源輔助或取代石油作為動力能源，如太陽能、風(fēng)能及波浪能等；二是改進推進效率的節(jié)能方式，例如柴電聯(lián)合動力推進方式，使能效轉(zhuǎn)換效率最大化；三是利用主機廢氣節(jié)能技術(shù)、應(yīng)用新型燃油添加劑、采用燃油電噴技術(shù)；四是綜合使用電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過對動力裝置和船舶各參數(shù)實時監(jiān)控，使其處于最佳運行狀態(tài)，最大限度降低能耗和排放。
3.2 從設(shè)計源頭提高鋼材利用率
運用船舶設(shè)計軟件的套料功能，合理調(diào)整船體零件套料排列，在板材零件的開孔中套補板零件等其他零件，以提高整板的利用率和生產(chǎn)效率；通過利用船體設(shè)計軟件中的材料管理程序，從余料數(shù)據(jù)庫中調(diào)取合適的余料進行再次套料，以提高余料的利用率。
3.2.1 材料的選擇原則
在船舶全壽命周期中，對環(huán)境影響最大的，一是制造過程中的焊接、涂裝作業(yè)； 二是船舶拆解后廢棄的艙室絕緣材料。 因此材料的選擇對船舶的綠色性能具有重要的影響，在材料選擇時應(yīng)注意下述幾點：
（1） 選用便于回收、生產(chǎn)過程簡便、易于加工的材料，產(chǎn)生的廢料不污染環(huán)境；
（2） 選用無毒無害材料，避免生產(chǎn)過程對人體健康造成危害和對環(huán)境造成污染；
（3） 選用可再生的材料；
（4） 選用較少種類的材料，簡化設(shè)計，盡可能少用復(fù)合材料；
（5） 選用工藝性能優(yōu)良的材料，以降低零件加工的難度與廢品率，節(jié)約加工過程的能源消耗。
3.2.2 各類材料的選擇重點
（1） 焊接材料。焊絲（焊條） 的添加助焊藥劑，在電弧高溫燃燒下，隨焊接煙塵一起向空氣中擴散，對操作人員和環(huán)境構(gòu)成危害。因此，設(shè)計人員在生產(chǎn)設(shè)計上，應(yīng)首先選用高效焊接工藝和低毒低煙焊絲（焊條）。
（2） 艙室絕緣材料。由于具有防火、隔音、保溫等優(yōu)良性能和可加工性， 礦棉、玻璃棉被用于船舶艙室的內(nèi)裝。在船舶營運壽命結(jié)束后的拆解過程中，這些保溫材料由于沒有再生利用價值而被大量拋棄。礦棉、玻璃棉的不可降解性，使這些廢棄的材料直接導(dǎo)致周圍的水質(zhì)和土質(zhì)的惡化。因此，選用保溫材料，不僅要考慮其技術(shù)性能，還應(yīng)考慮環(huán)保性能，研制一種高效、環(huán)保的絕緣材料也將成為完善綠色造船技術(shù)的一項重要工作。隨著硅質(zhì)納米孔絕熱保溫材料、聚酰亞胺泡沫材料等新型節(jié)能環(huán)保絕熱保溫材料的開發(fā)與應(yīng)用，傳統(tǒng)艙室絕緣材料將逐步被替代。
（3） 涂裝材料。船舶涂裝工藝分為鋼板預(yù)處理（在鋼材預(yù)處理車間完成） 和二次除銹涂裝（在涂裝房內(nèi)進行）。先進造船國家一般較少進行二次除銹涂裝，這不僅減少了資源浪費，而且生產(chǎn)效率大大提高。我國在引入?yún)^(qū)域造船方法的同時，也在嘗試減少二次除銹涂裝，采用跟蹤補涂技術(shù)。傳統(tǒng)溶劑型涂料因其對人體的危害和對空氣的污染已無法滿足綠色造船的要求，取而代之的應(yīng)是一些無污染、省資源、省能源的綠色涂料。如水性涂料、粉末涂料和輻射固化涂料等。另外，船舶外板水線以下涂料，應(yīng)具有只驅(qū)趕而并不殺滅海洋生物的性能，是既能防止海洋生物附著， 但又不污染海洋的綠色環(huán)保涂料。
3.3 標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計
隨著科學(xué)技術(shù)的進步，各國對海洋保護意識日益提高，對船舶結(jié)構(gòu)、性能提出更高的要求。由此，船舶更新?lián)Q代的周期越來越短。為了避免由此造成的不良后果， 船舶在設(shè)計時， 有必要采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的設(shè)計。
（1）通過標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計，可以簡化船體結(jié)構(gòu)。采用功能多樣化與復(fù)合化的零件以及簡單的連接方法，使整體裝置的零件數(shù)減少；合理地設(shè)計產(chǎn)品中零件、支撐、載荷的布置，確定適當(dāng)?shù)恼w尺寸，提高材料利用率；設(shè)計結(jié)構(gòu)符合工藝性與加工性，以減少加工過程中的材料損耗與能源消耗；設(shè)計的結(jié)構(gòu)便于回收，實現(xiàn)資源的重復(fù)利用；設(shè)計的結(jié)構(gòu)便于維修，延長產(chǎn)品使用壽命。
（2）通過標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計，船舶設(shè)備可以有效地避免舾裝件逐件裝船， 從而降低艙室內(nèi)的污染和噪聲危害，提高工作效率和工作質(zhì)量，還可使勞動量和資金的消耗大大減少。而且船舶設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計，也較好地滿足了設(shè)備更新拆裝的互換要求。
（3）標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計可以提高零部件的通用性，提高零部件的重復(fù)性。標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計亦可以促進專業(yè)化生產(chǎn)。
3.4 并行設(shè)計
根據(jù)并行工程的思想，由設(shè)計者、制造者和環(huán)保工程師參與船舶的初步設(shè)計、詳細設(shè)計和生產(chǎn)設(shè)計整個過程，通過相互協(xié)調(diào)，綜合考慮船舶由初步設(shè)計到報廢拆解的整個壽命周期中影響資源利用與環(huán)境污染的所有因素，優(yōu)化各個設(shè)計環(huán)節(jié)，提高整個制造系統(tǒng)的資源利用率， 降低廢品率，節(jié)約資源。另外， 還應(yīng)綜合考慮產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇、制造環(huán)境設(shè)計、工藝設(shè)計、回收處理設(shè)計等各個方面，實現(xiàn)并行式綠色制造設(shè)計。
4 綠色船舶的制造
4.1 綠色加工工藝
4.1.1 凈成形制造
成形制造技術(shù)包括鑄造、塑性加工等技術(shù)。成形制造技術(shù)正從接近零件形狀向直接制成工件形狀即精密成形或凈成形方向發(fā)展。成形的零件有些可以直接或稍加處理即可用于組成產(chǎn)品， 這可以大大減少原材料和能源的消耗。
4.1.2 干式加工
加工過程中不采用任何冷卻液。干式加工簡化了工藝、減少了成本，而且消除了冷卻液所帶來的一系列問題，如廢液處理和排放等。目前，干式加工在國外已經(jīng)得到局部應(yīng)用，如干車削、干磨削、干鏜削等。我國還剛開始研究，作為一種新型的加工工藝，有望在船舶制造中發(fā)揮其應(yīng)有的作用。
4.1.3 無余量制造。
無余量制造是船體建造過程中以加放尺寸精度補償量以取代余量，通過設(shè)計合理的建造公差，采用有效的工藝技術(shù)與原理，對船體零部件、結(jié)構(gòu)進行尺寸精度控制的一項精度控制技術(shù)。這項技術(shù)在減少作業(yè)量、降低建造成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短制造周期上將發(fā)揮更大作用，也會為企業(yè)帶來經(jīng)濟效益。
4.1.4 工藝模擬技術(shù)
工藝模擬技術(shù)主要用于水火彎板等熱加工過程。過去通常必須做大量的實驗才能初步控制和保證加工工件的質(zhì)量。采用工藝模擬技術(shù)將數(shù)值模擬、物理模擬和專家系統(tǒng)相結(jié)合確定最佳工藝參數(shù)，優(yōu)化工藝方案， 預(yù)測加工過程中可能產(chǎn)生的缺陷并采取防止措施， 從而有效地控制和保證加工工件的質(zhì)量。
4.1.5 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)與敏捷制造
虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要包括虛擬制造技術(shù)和虛擬公司兩部分。虛擬制造技術(shù)就是在真正產(chǎn)品生產(chǎn)之前在虛擬制造環(huán)境下生成軟產(chǎn)品模型來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的真實樣品進行實驗，對其性能和可制造性進行預(yù)測和評估，從而減少損耗，降低成本。虛擬制造技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合就可根據(jù)市場需求，將產(chǎn)品所涉及到的不同公司臨時組建成一個由計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系的虛擬公司。各造船企業(yè)和設(shè)計院所可通過因特網(wǎng)建立制造資源信息網(wǎng)絡(luò)來實施敏捷制造。
這些工藝和技術(shù)或減少了原材料和能源的耗用量，或可縮短開發(fā)周期、減少成本，而且有些工藝改進對環(huán)境起到保護作用，所以都被歸于綠色制造工藝。
4.2 綠色焊接工藝
4.2.1 高效焊接電源
高效、節(jié)能是焊接電源的發(fā)展方向。逆變焊接電源具有節(jié)能、高效、直流輸出穩(wěn)定、焊接質(zhì)量高等優(yōu)點，成為焊接電源的發(fā)展方向。隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字焊接電源日趨成熟，如與數(shù)字送絲機相配，能獲得最佳的焊接與節(jié)能效果。
4.2.2 高效焊接工藝
高效焊接熔敷效率高、速度快、操作方便且易于自動化作業(yè)， 具有生產(chǎn)效率高、焊接質(zhì)量好、節(jié)約能源和材料等特點。常用的高效焊接方法主要有氣體保護焊，包括熔化極活性氣體保護焊（MAG焊）和熔化極惰性氣體保護焊（MIG焊）和埋弧焊、電渣焊、氣電自動焊、電子束焊和激光焊等。高效焊接在造船企業(yè)已成為船體建造中提高焊接生產(chǎn)效率和質(zhì)量、節(jié)約資源和降低對環(huán)境負面影響的重要技術(shù)之一。
4.2.3 高效焊接裝備
例如，橫向?qū)雍缚p焊機是針對船體垂直位置橫向?qū)雍缚p的自動化焊接設(shè)備，具有施工效率高、焊縫質(zhì)量好的特點。有效地解決了橫向焊縫采用手工焊接所無法解決的焊縫成形質(zhì)量差、生產(chǎn)效率低、作業(yè)條件差、勞動強度大等問題。門架式雙絲埋弧焊接裝備是拼板焊接的專用設(shè)備，其焊接速度高、反面焊接不需清根，既使工藝簡化，又壓縮了作業(yè)時間，是一款高效環(huán)保拼板焊接裝備。
4. 3 綠色涂裝工藝
4.3.1 應(yīng)用現(xiàn)代造船理念， 實現(xiàn)涂裝環(huán)保作業(yè)
實現(xiàn)船舶綠色涂裝，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)代造船理念，從全局出發(fā)，以系統(tǒng)工程的思想加以實施。應(yīng)按照船體分道、區(qū)域舾裝、區(qū)域涂裝的原則，深化涂裝生產(chǎn)設(shè)計，注重鋼材預(yù)處理質(zhì)量，縮短分段制造周期，提高預(yù)舾裝率和分段完整性，加強涂裝生產(chǎn)的動態(tài)管理，通過環(huán)保型的涂裝工藝、涂裝設(shè)施的應(yīng)用，以及跟蹤補涂等措施，實現(xiàn)環(huán)保型涂裝作業(yè)的目標(biāo)。
4.3.2 合理選擇涂料，優(yōu)化施工工藝
采用高性能專用涂料，減少熱加工區(qū)域的涂膜損傷，以提高保護效果和生產(chǎn)效率：采用長效型車間底漆，減少分段制造期間的銹蝕；采用厚膜型涂料，減少涂裝次數(shù)；采用低表面處理涂料，選擇合理的除銹等級；采用萬能型底漆，減少涂料品種，簡化工序，提高工時效率。
4.3.3 推進標(biāo)準(zhǔn)化和計算機輔助管理
以殼舾涂一體化為目標(biāo)，完善涂裝設(shè)計、施工、質(zhì)量管理、物料管理等標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格按涂裝作業(yè)計劃和標(biāo)準(zhǔn)要求施工作業(yè)。同時廣泛應(yīng)用計算機輔助涂裝生產(chǎn)管理，特別是計算機輔助涂裝工程動態(tài)管理，提高工時利用率，降低物料消耗。
4.3.4 推廣移動式涂裝系統(tǒng)和環(huán)保型分段涂裝房
移動式涂裝系統(tǒng)，以模塊化設(shè)計為指導(dǎo)思想，以輕鋼彩板結(jié)構(gòu)為主體，輔以各類專用系列接扣件、鋼架件以及多種專用緊固件。涂裝系統(tǒng)裝置，可根據(jù)工程需要的容積在指定地點按要求快速搭建。工程一旦完工，又可方便地拆卸并運至下一個工程所在地再行搭建， 繼續(xù)涂裝施工。
移動式涂裝系統(tǒng)，設(shè)有各種標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備接口模塊，主要有進氣管道模塊、除塵設(shè)備接口模塊、除漆霧接口模塊、噴砂設(shè)備接口模塊、吸砂設(shè)備接口模塊、溫濕度控制設(shè)備接口模塊、傳感系統(tǒng)接口模塊、動力設(shè)備接口模塊等。
環(huán)保型分段涂裝房內(nèi)的空氣溫度和濕度可自動控制，為船體分段涂裝提供適宜的環(huán)境條件，全天候作業(yè)。同時，采用粉塵和漆霧分離技術(shù)，有效控制有機溶劑排放，實現(xiàn)環(huán)保型的分段涂裝。
4.3.5 室內(nèi)造船
受技術(shù)和資金等因素的限制，目前分段建造，尤其是曲面分段建造仍然以手工電弧焊為主，而且大多數(shù)在露天平臺上施工，施工過程中的弧光、煙塵是影響環(huán)境的主要因素。隨著國家對環(huán)境的生態(tài)要求越來越高，這就要求我們改變傳統(tǒng)的露天作業(yè)方式，建立擴大室內(nèi)分段建造比例，最大限度地減少露天焊接作業(yè)量，使焊接盡可能控制在室內(nèi)，并通過空氣循環(huán)處理系統(tǒng)凈化焊接煙塵， 把對環(huán)境的不良影響在室內(nèi)消除掉。
此外，為了更快地推進綠色船舶的發(fā)展進程，國際海事組織（IMO）、歐盟以及其它一些國家也都紛紛出臺各種規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，從制度上確保全球海洋環(huán)境或區(qū)域海洋環(huán)境盡可能地免受污染。因此，綠色船舶在設(shè)計、建造、營運以及后期的報廢拆解過程中都要嚴(yán)格地遵守各項規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的要求，同時還須密切關(guān)注未來將要頒布、執(zhí)行的各項規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)。
5 結(jié)束語
綠色船舶是船舶工業(yè)發(fā)展的大趨勢，綠色船舶的設(shè)計與制造技術(shù)，能夠成為貫徹國家“節(jié)能減排”方針的重要措施，也將為全面提高我國船舶工業(yè)的國際競爭力，為船舶工業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供重要的推力。
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關(guān)鍵詞：綠色造船 綠色設(shè)計 標(biāo)準(zhǔn)化船型
嘉興目前大多數(shù)船企所建造船舶的噸位不大，以總噸200-300噸為主，由整體造船到分段造船的模式難以轉(zhuǎn)變，做不到殼舾涂一體化，也做不到綠色造船技術(shù)體系的要求。但在局部上也可以進行小構(gòu)件制作，預(yù)舾裝、預(yù)涂裝等；或在船舶建造中對具體的施工流程、行為進行合理的優(yōu)化、規(guī)范和約束；特別是在船舶設(shè)計環(huán)節(jié)多做一些經(jīng)濟型船型和基于環(huán)境保護的綠色設(shè)計因素考量。從而既能提高造船效率，又能減少有害物的排放、提高節(jié)能降耗水平。
船舶設(shè)計
設(shè)計人員必須要樹立綠色設(shè)計觀，在船舶設(shè)計中對節(jié)省資源、降低能耗方面給予重視。加強船型的研究開發(fā)和儲備，形成一系列技術(shù)經(jīng)濟性能優(yōu)良的標(biāo)準(zhǔn)船型和系列船型，從設(shè)計的源頭上推動嘉興造船的綠色進程。
1、船舶設(shè)計的原則與考量要素
節(jié)省資源角度。對于鋼質(zhì)船舶來說，最大的資源消耗莫過于鋼材的消耗，因此鋼材用量的控制對船舶造價有很大的影響。設(shè)計時，①注意船舶主尺度的合理選擇，尤其是船長。因為船長對船體鋼料的影響最大，同時對船舶的總縱強度也敏感；②注意結(jié)構(gòu)的合理確定，樹立等強度概念，減小不必要的結(jié)構(gòu)裕度，在保證船舶總縱強度和局部強度的情況下降低船舶自重；③注意高強度鋼的合理使用，以減輕船舶的自重；
降低能耗角度。作為航行船舶，其消耗包括燃油、淡水、物料等，其中燃油消耗的費用在整個營運成本中占有相當(dāng)高的比例。即船舶的線型及船上所配主機功率的大小、耗油設(shè)備的多少，與船舶的經(jīng)濟性能關(guān)系非常密切。因此，在保證航速的情況下，設(shè)計時要注意主機機型的選擇，具體可從三方面來考慮：①選取合理的主要素和船體線型，使船舶的阻力性能優(yōu)良；②盡量改善船、機、槳的匹配， 提高船舶的推進效率；③優(yōu)化船舶動力系統(tǒng)。
船舶高效性。通過對船舶進行優(yōu)化設(shè)計，使下列系數(shù)更優(yōu)，從而提高船舶的節(jié)能水平。
2、結(jié)合以上要素和設(shè)計原則，推進標(biāo)準(zhǔn)化船型研究和使用
通過標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計，可以簡化船體結(jié)構(gòu)。采用功能多樣化與復(fù)合化的零件，使整體裝置的零件數(shù)減少；合理地設(shè)計產(chǎn)品中零件、支撐、載荷的布置，確定適當(dāng)?shù)恼w尺寸，提高材料利用率；設(shè)計結(jié)構(gòu)應(yīng)符合工藝性與加工性，以減少加工過程中的材料損耗與能源消耗；設(shè)計的結(jié)構(gòu)便于維修，提高維修的方便程度；設(shè)計的結(jié)構(gòu)便于回收、拆解，實現(xiàn)資源的重復(fù)利用。
船舶設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計可較好地滿足設(shè)備更新拆裝的互換要求，也可以有效地避免舾裝件逐件裝船，從而降低艙室內(nèi)的污染和噪聲危害，提高工作效率和工作質(zhì)量，使勞動量和資金的消耗大大減少。
標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計可以提高零部件的通用性、使用的重復(fù)性，亦可以促進專業(yè)化生產(chǎn)。如對駕駛室、船員室以及客船艙室模塊進行標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化生產(chǎn)。
3、綠色設(shè)計的其他措施
優(yōu)化船型，比如船型的方改（圓）尖，降低船舶阻力、提高能耗比。
新能源船型，開展LNG（LPG）燃料代替燃油驅(qū)動主機的新型動力船舶的研究設(shè)計。據(jù)測算，使用LNG清潔能源比使用柴油節(jié)約30%-55%的費用，在大幅降低船舶運營成本的同時，可減少環(huán)境污染，具有非常明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。
船舶布置優(yōu)化，如干貨船采用前駕駛、集裝箱船的船首駕駛室布置，解決駕駛盲區(qū)問題，減少事故的發(fā)生。
新技術(shù)的應(yīng)用。包括船尾附加水動力裝置，如前置導(dǎo)管、槳前反映鰭、槳后葉輪裝置；采用球鼻艏、渦尾船型等優(yōu)化船舶線型；溢油監(jiān)視、鑒別等船舶防污染技術(shù)。
新設(shè)備的應(yīng)用。推廣使用節(jié)能型柴油機、新型燃油添加劑、節(jié)油減煙器、主機軸帶發(fā)電機、岸電技術(shù)；優(yōu)化電子噴油控制裝置、機艙自動化控制；舵槳一體化裝置、污油水柜和油氣回收裝置；采用高效推進裝置如低轉(zhuǎn)速大直徑螺旋槳、適伴流螺旋槳、導(dǎo)管螺旋槳等，提高槳機船的匹配度；設(shè)置生活垃圾接收處理裝置及油水分離裝置等措施實現(xiàn)達標(biāo)排放，防止船舶對水體的污染。
船舶制造
1、改善造船模式，提高船舶建造水平
1.1改進船舶構(gòu)件的裝配，提高造船效率
對船舶骨架，可多進行一些以小構(gòu)件為中間產(chǎn)品的制作，并實施預(yù)涂裝。比如先將船舶底部的龍骨和肋板骨架以幾個肋位為單位裝配焊接成小構(gòu)件，對構(gòu)件進行預(yù)涂裝，再吊裝到船底板上進行施焊。
1.2控制余量，提高造船精度，盡量實施室內(nèi)造船
控制好船舶余量，就是要提高放樣的準(zhǔn)確度，增強號料、套料的精細水平，采用放樣切割成型加工工藝，控制好船舶構(gòu)件在加工中的結(jié)構(gòu)余量。而成形的零部件直接或稍加處理即可用于組成產(chǎn)品，從而可以大大減少原材料和能源的消耗。
受技術(shù)和資金等因素的限制，嘉興造船仍然以手工電弧焊為主，而且大多數(shù)在露天平臺上施工。而鋼板的銹蝕，鋼材邊角料、廢焊材，廢油、含油污的生產(chǎn)用水、密性用水、油漆泄漏，含生活垃圾、含油揩布、廢油漆和廢電子元件等，在露天及下雨中及容易對周邊環(huán)境和河道造成污染，有必要盡量實施室內(nèi)或棚內(nèi)造船。
1.3升級焊接技術(shù)，改善焊接工藝
在船體建造中，焊接工時約占船體建造總工時的30%-40%，焊接成本約占船體建造總成本的30%-50%。焊接過程中，不可避免地會出現(xiàn)有害氣體、粉塵、弧光輻射、電磁、噪音等污染，同時也會消耗大量電力資源，船舶焊接技術(shù)的進步對推動綠色造船的發(fā)展具有十分重要的意義。
嘉興船企多采用以傳統(tǒng)焊條為材料的電弧焊，該方式飛濺較多、焊條利用率低、電能消耗大，使得船舶建造的效率下降、周期延長、能耗比增加。為此，有必要減少傳統(tǒng)焊條的使用，在船廠中推廣高效焊接工藝的運用?？芍攸c推廣以CO2氣保焊和埋弧焊的工藝方法，既減少焊條額飛濺和丟棄又能高焊接速度，生產(chǎn)效率為普通焊條電弧焊的3～5倍，同時操作簡單，適用范圍廣。
有條件的船企，也可采購更高效的焊接技術(shù)。①節(jié)能逆變焊機。在美國，逆變焊機的產(chǎn)量占弧焊機總產(chǎn)量的比例已超過30%，日本已超過50%。據(jù)統(tǒng)計，2000年國產(chǎn)逆變焊機僅占當(dāng)年生產(chǎn)的弧焊機總產(chǎn)量的8.4%。②攪拌摩擦焊。攪拌摩擦焊是一種固相焊接方法，可用于對金屬板材全熔深焊接，而不會達到金屬的熔點。攪拌摩擦焊無飛濺、煙塵，不需添加焊絲和保護氣體，無氣孔、裂紋等焊接缺陷，形成的焊縫強度高、變形小，是一項性能優(yōu)良的環(huán)保焊接新方法。③激光焊接。激光焊接過程是一種既快速，又幾乎無任何變形的低熱量輸入焊接過程，目前已能對15mm 厚的不銹鋼和低碳鋼進行激光焊接。
1.4噴砂―采用無灰塵的精砂
由于鋼板存放周期長，且在露天或半封閉的建造中極容易引起鋼板的銹蝕，需要對船板進行噴砂處理。在噴砂過程中，嘉興船企選用的砂灰塵較多，帶上口罩防塵效果也較差，除了污染環(huán)境外還會引起呼吸道疾病，鑒于此，建議船企采用無灰塵的精砂。
1.5管理鋼板堆場
鋼板堆場應(yīng)采取防雨措施，盡可能堆放在室內(nèi)或搭建簡易棚。通過減少鋼板表面氧化量，可減少噴砂除銹量，從源頭上減少噴砂粉塵排放量。
2、選擇綠色材料
在船舶全壽命周期中，對環(huán)境影響最大的有兩項：一是制造過程中的焊接、涂裝作業(yè)；二是船舶拆解后廢棄的艙室絕緣材料。因此，材料的選擇尤其重要。
焊接材料。在電弧高溫燃燒下，焊絲（焊條） 的添加助焊藥劑隨焊接煙塵一起向空氣中擴散，對操作人員和環(huán)境構(gòu)成危害。因此，應(yīng)選用高效焊接工藝和低毒、低煙低毒低塵焊絲（焊條）。
對可再利用價值的艙室絕緣材料的選擇。礦棉、玻璃棉因具有防火、隔音、保溫等性能和可加工性，被用于船舶艙室的內(nèi)裝。但在船舶營運壽命結(jié)束后的拆解過程中，這些材料由于沒有再生利用價值而被大量拋棄，且其不可降解性直接導(dǎo)致周圍水質(zhì)和土質(zhì)的惡化。研制一種高效、環(huán)保的絕緣材料并制訂相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也將成為完善綠色造船技術(shù)的一項重要工作。
涂裝材料的選擇。傳統(tǒng)溶劑型涂料對人體的危害和對空氣的污染已無法滿足綠色造船的要求，取而代之的將是毒性較小、省資源、省能源的綠色環(huán)保涂裝材料：如水性涂料、粉末涂料和輻射固化涂料等。另外，船舶外板水線以下的涂料，應(yīng)具有驅(qū)趕而并不殺滅海洋生物的性能，是既能防止海洋生物附著，但又不污染海洋的綠色環(huán)保涂料。
部分船舶如公務(wù)艇等可多采用鋼鋁混合結(jié)構(gòu)、纖維增強塑料。
船舶營運
綠色造船不應(yīng)僅局限于船舶的建造過程，也應(yīng)貫穿船舶整個生命周期。在船舶營運到退役的整個過程中，都應(yīng)使其對環(huán)境的負面影響最小，能耗最低。
順應(yīng)潮水規(guī)律利用燃油消耗量與航行速度的線性比例關(guān)系，來確定船舶最佳航行速度是船舶在營運中節(jié)能減排的方法之一；還有的船戶在燃油中添加燃油添加劑以改善燃油品質(zhì)，提高燃燒性能，提高燃油利用率，既節(jié)約了能源、又減少了廢氣及二氧化碳和硫磺氧化物的排放。
