1、船舶工程的漫談,設(shè)計公司深圳分部 史騰騰,概敘,從工藝和材料上來講，船舶發(fā)展史,板架式木帆/槳船,原始的船：鑿木成船,概敘,工業(yè)革命帶來的鋼材批量生產(chǎn)，給船舶工程帶來一次劃時代的進(jìn)步。人類可以造更堅固，更大的船舶了,概敘,近代焊接工藝的廣泛發(fā)展和金屬加工技術(shù)的成熟，對船舶工程的發(fā)展產(chǎn)生的第二次巨大的推動，船舶強度、水密性等問題，得到解決，巨型船舶建造成為可能。,概敘,近代船舶工程是人類偉大的仿生工程,它是綜合結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體力學(xué)、材料學(xué)、美學(xué)等的綜合學(xué)科,概敘,通常來說船舶設(shè)計，尤其是大型船舶設(shè)計一般并不會投入批量生產(chǎn)，一份圖紙所對應(yīng)的生產(chǎn)數(shù)量其實很少，但是總是有人對船舶提出需求，船廠也總是一刻

2、不停地在進(jìn)行生產(chǎn)，因而圖紙的設(shè)計也在一刻不停地進(jìn)行著，通常來說建造一條船之前船東會對船提出比較具體化的需求，這種“量身定做”式的需求也使得船舶設(shè)計這一工作持續(xù)不斷地開展，有時候是依據(jù)之前比較成功的船型進(jìn)行一定的修改，有時則是開始一份全新的設(shè)計。,專業(yè)劃分,船體專業(yè) 又分：1、總體專業(yè) 2、結(jié)構(gòu)專業(yè) 3、內(nèi)、外舾裝 4、甲板機械 輪機專業(yè) 又分：1、船舶機械 2、管裝、通風(fēng)、 給水等 電氣專業(yè) 具體有電氣設(shè)備、布線、通訊等,具體設(shè)計流程,一、方案設(shè)計（10%） 實際上是船舶使用者招標(biāo)和方案選擇階段 二、初步設(shè)計（30%） 由船舶使用者和設(shè)計者一起來完成，這是一個互動的設(shè)計階段 三、詳細(xì)設(shè)計（或者

3、稱為送審設(shè)計）（60%） 該兩個階段的設(shè)計工作主要由設(shè)計方來完成，工作需要和船舶使用者與船檢方配合完成 四、生產(chǎn)設(shè)計（另外統(tǒng)計） 一般由船舶建造方的技術(shù)部門完成,一、方案設(shè)計,1、由船舶使用者提出使用要求，例如船舶 功能、航行區(qū)域、船籍等等。 （這里需要談一下船籍的概念和選擇） 2、多個設(shè)計方可能會提出自己的概念設(shè)計 方案，這個方案一般包含主尺度的確定、 技術(shù)規(guī)格書、 總布置圖、3D效果圖和工程 造價預(yù)估。 3、船舶使用者根據(jù)自己需求、使用習(xí)慣、 工程造價甚至個人喜好等，確定自己所 選擇的設(shè)計方案，簽訂設(shè)計合同。,主尺度的確定,船舶有一個重要指標(biāo)，稱為方形系數(shù)（Block Coefficien

4、t）：,作為設(shè)計依據(jù)的母型船和要設(shè)計的船舶，至少要保證方形系數(shù)相似。,主尺度的確定,船長、船寬和吃水可以在相應(yīng)的限定下（例如方形系數(shù)、菱形系數(shù)）一同調(diào)整。 主尺度數(shù)據(jù)還需要考慮到通航條件，例如，船舶需要通航一些運河，就需考慮限定的吃水和船寬。例如：蘇伊士運河等 主尺度的調(diào)整還需要在后續(xù)工作展開之后，不斷改進(jìn)。涉及到主尺度調(diào)整后，可能影響航行性能，還需后續(xù)經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)計算確定。 主尺度中所謂的“船長”等的定義并不是恒定不變的，在做不同的計算的時候可能定義不同，應(yīng)該按需取值。,小貼士：國際八大船級社Classification Society,American Bureau of Shipping美國

5、船級社?？s寫A.B.S. Bureau Veritas法國船級社?？s寫為B.V. China Classification Society中國船級社?？s寫為 C.C.S.（中國船級社是中華人民共和國交通部的直屬機構(gòu)） Det Norske Veritas挪威船級社。縮寫為D.N.V. Germanischer Lloyd德國船級社?？s寫為G.L.（今年上半年已被D.N.V并購） Korean Register of Shipping韓國船級社?？s寫為：KR Lloyds Register of Shipping勞埃德船級社。英國船級社。縮寫：LR Nippon Kaiji Kyokai日本船級

6、社?？s寫為N.K. Registro Italiano Navale意大利船級社?？s寫為R.I.N.A,小貼士：國際八大船級社Classification Society,小貼士：方便旗和其他監(jiān)管部門,方便旗船(Ship of Flag of Convenience)，就是在船舶登記開放，或者寬松的國家進(jìn)行登記，從而取得該國國籍，并懸掛該國國旗的船舶。（巴拿馬、巴哈馬、安提瓜、馬紹爾等） 國際航行船舶除需要滿足IMO國際通用規(guī)則如SOLAS(1912泰坦尼克號事故催生)、MARPOL（防污染）、STCW（勞工保障） 還需滿足相應(yīng)的船級社規(guī)則和各國海洋管理部門的規(guī)定如： 美國如海岸警衛(wèi)隊 Coa

7、st Guard 中國如中國海事局 PSC的問題,PSC的問題,什么是PSC: PSC（Port State Control）是港口國的政府機構(gòu)或其授權(quán)者，通過對外國船舶及船員技術(shù)狀況及能力的（特別是有關(guān)安全與防污染方面的）檢查，以保證船舶在海上的人命和財產(chǎn)安全；減小污染海洋環(huán)境。簡單來說，就是“港口因故滯留” PSC指標(biāo)是船級社間競爭的主要指導(dǎo)因素之一，由船級社原因造成“港口滯留”，將嚴(yán)重影響船級社聲譽。 設(shè)計者，需盡量熟悉造成PSC的一些風(fēng)險，避開這些隱患。,二、初步設(shè)計,主要工作是由船體專業(yè)來完成的，目的是為其他專業(yè)和詳細(xì)設(shè)計做準(zhǔn)備 1.技術(shù)規(guī)格書，大體介紹該船的主體布置及性能，大體的技

8、術(shù)參數(shù) 2.總布置圖G/A，描述船舶的總體布置等 3.基本結(jié)構(gòu)圖 4.典型橫剖面圖，將一些關(guān)鍵部位或是具有代表性位置的橫剖面圖樣制作出來 5.廠商表，列出有關(guān)設(shè)備及材料的生產(chǎn)廠商,船舶總縱彎曲強度 可以說，船舶最重要的性能就是總縱彎曲強度。它是指船體結(jié)構(gòu)抵抗縱向彎曲不使整體結(jié)構(gòu)遭受破壞性變形的能力，總縱彎曲強度對應(yīng)的外力是總縱彎曲力，是作用在整個船體上的重力、浮力、波浪水動力和慣性力等，使船體產(chǎn)生總縱彎曲。,初步設(shè)計中船體主要結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的確定辦法,將船在水中復(fù)雜的受力情況簡化成受力梁,反推可獲得，在特定的總縱彎曲應(yīng)力下的結(jié)構(gòu)需要的剖面模數(shù)。,船舶結(jié)構(gòu)規(guī)范計算 船級社的規(guī)范上一般會根據(jù)船舶的一些主

9、要數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)位置等條件，給出一個經(jīng)驗公式，用于計算結(jié)構(gòu)的剖面模數(shù)和慣性矩。對于一般結(jié)構(gòu)，設(shè)計者需取滿足上述條件的結(jié)構(gòu)尺寸。 船舶結(jié)構(gòu)的大小的取舍 船舶結(jié)構(gòu)件大小，并不是說越大越好，越強越好，在滿足規(guī)范條件的前提下還需，建造成本和船舶快速性的要求。,重要圖紙,船體設(shè)計之中最重要的圖紙之一便是基本結(jié)構(gòu)圖和典型橫剖面圖，其中后者對校核橫剖面對船體強度的影響有至關(guān)重要的作用，并且確定了橫剖面形式，貨艙區(qū)域的結(jié)構(gòu)形式等，是船體設(shè)計圖紙之中的精華部分，而這兩份圖紙都要在初步設(shè)計之中完成。 上敘兩圖基本上可以限定船舶的結(jié)構(gòu)形式，確定了，船舶的結(jié)構(gòu)架勢（橫骨縱骨），為在詳細(xì)設(shè)計中需要細(xì)化的結(jié)構(gòu)圖做了指導(dǎo)作用。

10、,此階段需準(zhǔn)備但不用正式出的重要圖紙,型線圖 它首先直接影響了船舶外形的視覺美觀，另外它也決定了船體總體性能，與船舶的阻力、航速等息息相關(guān)。還能指導(dǎo)船體分段結(jié)構(gòu)的走向，結(jié)構(gòu)布置等。 設(shè)計時，多為在母型船型線基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)，更為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒ㄊ切栌么＿M(jìn)行船池試驗，或者用軟件做3維模擬，對設(shè)計者有較高的要求。,討論話題：艏部線性對航行影響,球鼻艏增大了艏部與水接觸的面積，那么它對航速有什么樣的影響呢？,三、詳細(xì)設(shè)計,主要的設(shè)計階段，各專業(yè)為完成船舶設(shè)計來配合工作，完成各詳細(xì)的設(shè)計圖紙、計算書、船舶試驗方案的階段 設(shè)計圖紙 肋骨型線圖、布置圖、分段結(jié)構(gòu)圖、原理圖等 計算書 結(jié)構(gòu)規(guī)范計算書、穩(wěn)性計算書、破損

11、計算 書、裝載計算書、主機功率計算書、電力 計算書等 試驗方案 水下各試驗（例：傾斜試驗）方案等,傾斜試驗,船舶傾斜試驗是通過船舶橫傾來求得船舶完工后的實際重量和重心高度的一種有效方法。 試驗的時需要通過測量數(shù)據(jù)求出船舶初穩(wěn)性高，再用其來求出船舶重心縱向和垂向位置。,傾斜試驗,需要用的軟件,總體性能方面 穩(wěn)性、破艙、裝載等計算軟件國內(nèi)通用的: COMPASS（內(nèi)河和海船） 國際認(rèn)可比較高的性能優(yōu)化軟件:NAPA 功能是型線優(yōu)化，型線的設(shè)計結(jié)果對船舶的快速性，耐波性，操縱性等等有決定性的影響 略講軟件的分析原理 結(jié)構(gòu)方面 COMPASS總縱強度計算模塊 其他局部有限元分析軟件,詳細(xì)設(shè)計需要按區(qū)域

12、，按分段進(jìn)行，以初步設(shè)計為藍(lán)本，工作量很大。詳細(xì)設(shè)計要滿足： 1.功能性需求：使空間、機械等安排合理，達(dá)到既定的功能需要 2.安全性要求：船體的強度、穩(wěn)性要得到保證 3.經(jīng)濟型需求：設(shè)計上多一點的經(jīng)濟型考慮就可以節(jié)省巨大的成本。 4.工藝性需求：設(shè)計出來的船體結(jié)構(gòu)要便于交付船廠進(jìn)行加工建造。其中，功能性需求和安全性需求是詳細(xì)設(shè)計成功的基本保障,四、生產(chǎn)設(shè)計,生產(chǎn)設(shè)計是對船舶生產(chǎn)建造過程進(jìn)行設(shè)計規(guī)劃，設(shè)計生產(chǎn)過程，方法，工藝。生產(chǎn)設(shè)計對提高船舶建造質(zhì)量及效率，縮短船舶建造周期有十分重大的影響。,四、生產(chǎn)設(shè)計,1.工藝文件：如精度作業(yè)指導(dǎo)書、分段劃分、典型分段裝配要領(lǐng)、胎架數(shù)據(jù)一覽表、吊裝合攏順序

13、等。 2. 組立圖：如零件明細(xì)表、材料明細(xì)、舾裝件明細(xì) 3. 加工圖：用于鋼料加工的指導(dǎo)，按工位出圖或數(shù)控數(shù)據(jù)。,1、海洋油氣裝備體系 2、工程船在海洋油氣開發(fā)中起輔助作用，但卻是必須的裝備 3、一些工程船在其他海上工程中起主要作用 4、我國目前研制海上工程船的水平、能力 5、對幾個問題的討論,五、海洋工程船舶應(yīng)用漫談,1、海洋油氣裝備體系,海洋油氣裝備，即開發(fā)海洋油氣資源所使用的各種裝備。這是一個相當(dāng)龐大的體系。一般認(rèn)為，有如下的裝備及其設(shè)備/系統(tǒng)在海洋油氣開發(fā)作業(yè)中需要使用。,鉆井用的裝備,鉆井平臺/船：自升式、坐底式、半潛式平臺，鉆井船，特點是換地鉆井較容易。,油氣生產(chǎn)用的裝備,種類較多

14、，而且不斷有新概念開發(fā)出來 目前已采用的有：樁基導(dǎo)管架固定平臺、半潛式平臺、混凝土坐底平臺、順應(yīng)式平臺、水下井口+FPSO、張力腿平臺TLP、單立柱平臺Spar、簡易平臺等。,油氣鉆探、生產(chǎn)用的鋼材等材料、設(shè)備、系統(tǒng) 船舶/平臺的配套設(shè)備和系統(tǒng) 特種專用的油氣產(chǎn)品運輸裝備如海底管道、LNG船、LPG船等。,油氣田勘探、建設(shè)、生產(chǎn)支持/保障、維修用的海上工程船,有：物探船、起重船、鋪管船、半潛運輸船、潛水支持（工作）船、打樁船、下水駁、近海供應(yīng)船OSV等,2、工程船在海洋油氣開發(fā)中起輔助作用，但卻是必須的裝備,以下是幾種在海洋油氣開發(fā)中作用較大、較常用的海上工程船。,起重船、起重/鋪管船,其作用

15、就是吊裝，反向用途是吊走拆除的平臺等海上結(jié)構(gòu)物。發(fā)展特點：要求起重量大，這是因為平臺的模塊越來越大，為了適應(yīng)盡量減少海上吊裝次數(shù)而產(chǎn)生的。目前最大的起重量是荷蘭的Thialf號27100噸，單臂如國內(nèi)振華重工建造的藍(lán)鯨號7500噸,起重量要求的不斷提高，單體船形起重船在穩(wěn)性、抗傾能力等方面已不能適應(yīng)，促發(fā)新船型半潛船型起重船SSCV（裝2臺起重機）問世。 半潛船的小水線面積，對波浪、海流的敏感度大為減小，提高耐波性，即減少搖晃。大起重能力和高耐波性使作業(yè)效率大大提高。 為吊大尺度物件用雙鉤（兩臺起重機），兩船兩機則船運動不協(xié)調(diào)，非常困難且危險；SSCV可做到單船雙機雙鉤,Balder起重船 H

16、olstein Spar平臺 Thialf起重船 3628+4536 t 27100 t,為適應(yīng)深水作業(yè)采用動力定位系統(tǒng) 基于多功能考慮起重船裝設(shè)鋪管設(shè)備使其兼具起重/鋪管功能成為開發(fā)方向,S7000起重船上加裝鋪管設(shè)備，使具備鋪管功能,新概念海上Single-lift起重系統(tǒng)，是浮力抬升（不是起吊） ，已經(jīng)應(yīng)用于實踐。此系統(tǒng)主要應(yīng)用于大型海洋平臺的拆卸，也可用于海洋平臺的安裝，其抬升能力12000 t 30000 t,MPU Heavy Lifter舉力式半潛船,半潛運輸船,為解決海工大件裝卸而催生的特種運輸船。 也解決了有些平臺、船舶、有浮力海工大件的遠(yuǎn)海拖航的問題。,半潛船是一種以裝運特

17、大型結(jié)構(gòu)物為目標(biāo)的特種工程船，它的作業(yè)甲板面積可達(dá)成千上萬平方米。具有強大的調(diào)載系統(tǒng)，可以使船體在三、四個小時下沉至承載甲板沒入水中，然后將需要其承載的物體引入甲板上方，用調(diào)載系統(tǒng)使船體上浮，將承載物舉出水面安放在甲板上。運輸?shù)侥康牡睾螅瑤е摮休d物一起下沉，待承載物浮起并拖離后，半潛運輸船自行浮起，承載過程完成。,半潛船BLUE MARLIN裝運TLP上平臺,潛水支持船DSV,也被稱為潛水工作船，水下支持船(subsea support vessel) 油氣田建設(shè)、生產(chǎn)時水下設(shè)備的安裝、檢查、維修保養(yǎng)等，事情很多，該船用途廣泛。 技術(shù)特點：潛水作業(yè)支持，ROV(remote operated

18、 vehicle)支持、動力定位、長艉甲板船型且較寬闊，便于作業(yè)、月池吊放系統(tǒng)、直升機支持，機動性抗風(fēng)浪性都很強。,EDDA FAUNA 水下檢查維修和ROV支持船,海洋油氣開發(fā)作業(yè)使用的其他工程船,物探船、用途廣泛的“三拖”，規(guī)范中現(xiàn)歸在OSV（offshore supply vessel）船型（含PSV、AHTS等）、打樁船、導(dǎo)管架下水駁等。,“三拖”的發(fā)展方向 鵝首式整體上建，雖然增大了流體阻力里的摩擦阻力，但是明顯的減小了興波阻力和甲板上浪的抨擊影響，保證了拖航時的航速和安全性 功能上“三拖”向“多拖”發(fā)展,海上打樁,導(dǎo)管架下水駁,多纜物理勘探船,亞洲首艘“海洋石油720,拖纜為壓縮空

19、氣管,3、一些工程船在其他海上工程中起主要作用,除了海洋油氣開發(fā)外，當(dāng)前海上工程也方興未艾，蓬勃發(fā)展，使用的主要裝備是各種海上工程船。其中某些工程船在海洋油氣開發(fā)中也在使用，是通用的海上工程裝備。,海上救援、救生、打撈,其主要作業(yè)船也是一種潛水工作船，而且水下救生是處于技術(shù)頂層的潛水工作船。目前水下救生已突破1500m；水下的科考已到達(dá)10000m，我國深潛器到6000m。 大型起重船也用于打撈。,美Avalov DSRV（深潛救生艇）1525m,美鴿子號援潛救生船,北約的一艘援潛救生船,日千早號援潛救生船,打撈古代沉船 南海一號（鐵箱內(nèi)）,海上工程建設(shè)十分興旺,跨海大橋建設(shè) 海上風(fēng)電場建設(shè)

20、海底光纜網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù) 海上環(huán)保措施廢棄平臺和管道拆除,跨海大橋建設(shè)仍很興旺,東海、杭州灣、蘇通均已建成，上海崇明島大橋即將建成通車，珠港澳大橋即將興建。最近有報道：瓊州海峽跨海大橋的項目規(guī)劃研究已通過了評審。這些跨海大橋建設(shè)使用的工程船主要是海上起重船和打樁船。,東海大橋吊裝橋面板,海上風(fēng)電場建設(shè),風(fēng)電是清潔的綠色能源，海上風(fēng)電前途廣泛。我國現(xiàn)正形成風(fēng)電熱，海上風(fēng)電也起步了，東海風(fēng)電場規(guī)模34臺3mW，已安裝了3臺，據(jù)說蘇北海岸要裝3000臺。風(fēng)電機組海上安裝使用專門的安裝船，比較好的船型是一種淺水自升式平臺。,海上風(fēng)電設(shè)備安裝及安裝船,東海風(fēng)電場風(fēng)電機運輸與安裝,海底光纜網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù),海

21、底光纜敷設(shè)及維修互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，要使用布纜船。 除此之外，跨海電力電纜以及一種動力/通信復(fù)合纜（光電復(fù)合纜）的敷設(shè)，也使用布纜船。,海上環(huán)保措施 廢棄平臺和管道拆除,海洋環(huán)境保護(hù)法等法律法規(guī)規(guī)定，廢棄的海上結(jié)構(gòu)物（平臺、管道）需及時拆除 主要的工程施工是分離、吊運裝載和運輸 使用的工程船有：起重船、運輸駁船、拖船、鋪管船（拆管道）潛水工作船（水下查勘、切割）以及特種拆除工程船 特殊的關(guān)鍵技術(shù)是結(jié)構(gòu)物水下切割,舉力式半潛起重船拆除平臺上部模塊,大規(guī)模沖填造陸,沖填造陸，是人類為克服建設(shè)用地（特別是大海港城市）困難而采取的一項大的海上工程。已完工的洋山深水港、新加坡機場、香港迪斯尼以及最大的阿聯(lián)酋迪

22、拜棕櫚島沖填造陸工程，沖填土方達(dá)到幾千萬、幾億方。使用的工程船主要是耙吸挖泥船和絞吸挖泥船。,迪拜朱邁拉棕櫚島,耙吸挖泥船在迪拜棕櫚島沖填造陸,其他海上工程,科考：可燃冰、金屬結(jié)核礦的勘測/開采，海洋水文調(diào)查等； 軍事目的：援潛救生、水上發(fā)射等都將使用不同的海上工程船。,4、我國目前研制海上工程船的水平、能力,隨著我國海上油氣開發(fā)和海上工程的發(fā)展，國內(nèi)開發(fā)設(shè)計建造了多型海上工程船，滿足了部分國內(nèi)市場的需要。研制水平與國外有差距，發(fā)展不平衡，差距有大有小，值得高興的是：總的趨勢是差距在縮小。,起重船、起重/鋪管船,4000 t 單船體起重船MHCV“華天龍”，自研已建成 7500 t單船體起重船MHCV“藍(lán)鯨”，起重機自研，船舶改造 28000 t半潛平臺起重船SSCV課題開發(fā)/概念設(shè)計，自研,4000 t 單船體起重船MHCV“華天龍”,7500 t單船體起重船MHCV“藍(lán)鯨”,28000 t半潛平臺起重船SSCV,半潛運輸船,非自航“重任三號”， 用“南海希望號”FPSO自研改裝，舉力15000 t 自航“泰安口” “康泰口”，國外基本設(shè)計，國內(nèi)詳細(xì)設(shè)計建造，