绿色造船工艺在船舶结构中的设计及应用

马牧原，马振中

（上海兴海联船舶工程技术有限公司，上海 201913）

1 绿色造船技术介绍

1.1 绿色造船技术应用到船舶结构中

将绿色造船技术运用到船舶结构中，也可称为绿色船舶技术，是基于当代社会所提倡的保护环境、珍惜资源的价值观。绿色船舶技术要求在船舶结构的设计以及所有生产环节中都要遵循着绿色工艺的宗旨，包括在后期的船舶运行以及部件回收工作中也要遵循绿色公益的宗旨。保护生态环境是每个人的义务，防止在制造船舶过程中对环境造成破坏。为了更好地将绿色环保理念由造船行业传播出去，在船身的设计以及材料的运用中，也要用绿色的设计想法和材料，去贯彻保护环境防治污染的理念。

1.2 绿色造船技术的优点及特色

绿色造船技术有着技术先进、节省成本、环保等优点。在此将分别介绍绿色造船技术的几个特色概念的引用和推论。

制造行业是一个国家整体工业水平的表现。只有当一个国家的科学技术水平达到一定高度，才可以更好地去发展绿色造船产业。我国的绿色造船技术与国外的绿色造船技术相比较落后一些，也存在着一些技术上的问题。由于在核心技术上受限，所以我国的绿色船舶制造业的核心技术一般都是采用国外比较先进的绿色造船技术。同时为了保证船舶的可靠性及运行效率，要求造船技术人员采取最先进的工艺技术。制造出来的船舶还要遵循国家环保法制的规定，保证绿色的船舶设备更具竞争优势[1]。

无论什么行业，都有一个共同特点，就是盈利效益，造船业也是一样。如果一个行业没有盈利，那么该行业的发展与其他行业相比较便会落后很多。所以在制造绿色船舶的过程中也要注重制造费用，控制好造船成本，一旦超出造船企业成本预算，便使得造船企业无利可图，以最低的费用成本去创造高效的盈利效益。

保护生态环境，节约资源，是秉着节约能源、保护生态环境以及人类的生命安全为准则。为了更好地使绿色船舶拥有协调环境的特性，需要造船技术人员根据船舶不同生命阶段所产生的不同特点与现实相结合来进行完善。

2 使用绿色造船技术制造船舶的注意事项

2.1 严格选择绿色造船材料

在选取绿色造船材料时要特别注意选择没有有害物质材料、可以回收再利用、对水生物没有伤害的材料。举个例子，在东南亚发生过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，对海洋生物造成中毒事件。还要禁止使用不易分解的造船材料，因为一旦落入海底将会造成海水污染。所以要使用绿色材料来制造船舶，尽可能去降低对海洋以及对海洋生物的伤害，严格遵守绿色造船工艺的设计要求。

2.2 严格遵循船舶的设计要求进行制造

在建造绿色船舶期间，要熟读船舶的建造注意要求以及船舶制造零件的相关规定。根据国家标准化的规定来设计绿色船舶，在此基础之上完善船舶整体结构，使各个材料之间相关联，使每一个零件都可以充分发挥它的功能，提高对能源的利用，高效发挥绿色船舶资源，实现绿色船舶对环保与节能的要求[2]。

3 如何应用绿色造船工艺

3.1 加强绿色船舶制造技术

如果想要完成绿色造船工艺技术在船舶结构上的应用，就要去重视对绿色制造工艺的应用。通过对当前存在的2 种加工制造方式原理的引入、转化应用，有效吸收并投入到船舶的制造工艺中去。

1）净成形制造工艺概念在船舶的应用

目前的净成型制造工艺可以尽量减少资源的浪费，制造出与零部件功能一样的零件，在很大的程度上减轻了材料的消耗。本公司建造的22KTEU 集装箱船，主尺度为399m×58.6 m×71.3 m，最大吃水16 m，载重量约为197 kt。在船舶的设计和建造中保证总体强度的同时减少了投钢量对公司成本的控制，提高航速尤为重要。根据集装箱船的结构特点，依据净成形制造工艺概念，尝试对横隔舱以及抗扭箱进行结构优化设计。通过对钢材出炉规格的统计，在结构设计中进行自然排版和断缝，减少板材的切割、焊接、打磨工时和能源。通过有限元计算得出横隔舱所受力主要为船舶舷侧对横隔舱的横向拉力（空船为压力），一定程度和范围上减少横隔舱纵向结构和纵向断缝，有效减少钢材投钢量和板材断缝。通过此推论进行建模验证后，横隔舱总投钢量减少7%，板材断缝减少5%。

2）干式制造工艺概念在船舶的应用

干式制造工艺也就是在对产品进行加工时所运用的一项工艺技术，可以高效地简化生产的工艺程序，节省生产所需的材料，全方位地减少制造费用。通过对标机械制造中干式制造工艺，将其应用于我国绿色船舶制造中，具有较好的发展前景。本公司建造的超大型液化气船86KVLEC 船的液罐建造是整个船舶的核心，是高附加值船舶的高附加所属区域。液罐为不规则菱形罐体，存在大量的转角、圆角的钢板加工。按照传统方法是对钢板模拟反变形进行水火弯板，不仅效率低，而且浪费水、甲烷、吊车等能源。通过借鉴干式制造工艺概念对船舶制造进行转化，对弯板进行干式加工成为节能减排的一种有效途径。通过多次实验改进，与压弯机厂家进行协同设计，研制出可以直接采用油压机和专用模具进行的冷压弯板。传统的油压机因为模具和精度的原因，无法满足液罐转角弯板的精度和强度要求，与传统冷弯机不同，经过研制的油压机的压头材质和压力步进、保持、退回参数都是经过大批量的实验后得出的，保证精度的同时也能保证材质的材料力学性能。实验说明了干式制造工艺在船舶制造的运用可行。

3.2 加大对绿色船舶焊接技术的创新

船舶焊接技术在制造船舶的工程中是必不可少的环节，最近几年焊接技术伴随着科学技术的发展也在逐渐进步，朝着节约能源高效工作的目标去努力。传统的焊接技术，有着不环保、不节能、操控不稳等缺点，所以当代高性能的焊接技术应运而生，将与网络信息技术相结合，使这一代的高性能焊接技术拥有科技化、精准度高、效果明显的优点。

对加工作业区焊机进行联网，统一由控制中心对终端焊机进行参数设置、实时监控和校对，在保证焊接质量的同时，能够最大限度减少人为操控对焊接电流的不正确干预。同时，利用焊接枪头的传感器对焊接熔池的温度、深度、气流进行回传，由控制中心接受后进行分析对比做出实时微调，保证惰性保护气体的通量，控制电流的波动，并可以解决由焊接速度带来的熔池深浅不一等问题。通过大数据的收集和分析比较，可以逐步得出最优的参数配比，提高焊接质量的同时减少无效的浪费，并形成可追溯的文件记录，为完工设计交船提供了轻量完整有效的交付物。

增强绿色船舶焊接技术，使绿色造船技术应用中节约能源和保护环境的效果达到最优，提高高性能焊接技术的工作效率，优化操作程序，使工作人员操控起来更加便捷，将高性能焊接技术更好地应用于绿色造船工程技术中。

3.3 增强绿色造船工艺的涂装技术

在绿色造船工艺中涂装技术也是必不可少的。在绿色造船工艺涂装的过程中要贯彻环保的理念，对涂装技术做出调整，使用绿色造船工艺技术达到船舶环保涂装的目的。

现有的喷涂工艺都以空气压力泵为终端，工人手持喷枪进行喷涂作业，费时费力，全凭工人的经验和工作态度来控制膜厚和涂层质量，而且空气中弥漫的细小油漆颗粒极大地威胁工人的健康。喷涂车间自动化已经成为绿色造船必须要改进的重中之重。通过在喷涂车间建设自行式钢吊梁，加入升降式操作间，采用机械手臂进行模拟人工作业，是一种可行并有效的解决方案。目前市场上可以进行三维空间作业的机械手臂有很多，虽然不能完全替代人工进入狭小及封闭舱室进行施工，但是对于船体外板及开放结构空间可行，根据不同船型有30%～60%的可覆盖区域，并且随着应用的过程，不断地优化改进，更能带来可观的环保效益。建设新一代的智能化喷涂车间将成为国内各大船厂晋升国际先进智能制造的关键一步。

4 结语

船舶行业是劳动密集特大型重工业，运用好绿色造船工艺，会对造船业产生巨大的成效，通过技术改进，工艺提升可以减少有限资源的使用，减少能源的需求，同时减少船舶制造过程中的污染排放，提高造船企业的经济效益，满足国家对环境保护、生物安全保护的要求，这也将成为国际造船业的风向标。