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借鉴海洋工程发展,全面创新与优化船舶设计

何剑鸣

江苏扬子三井造船有限公司,江苏太仓,215428

摘要: 众所周知,船舶工程有着悠久的历史。相对而言,海洋工程的发展历史则非常短。它是从20世纪中叶开始才随着海洋能源开发的发展而发展起来的,且势头十分的强劲。随着船舶与海洋工程在技术和建造领域的日益融合,互相借鉴两个领域的各自特长,不断创新设计思维,对于提高我国船舶工业整体研发能力的积极作用越来越明显。
关键词: 海洋工程;发展;全面优化创新;设计;探讨
DOI:10.12721/ccn.2025.157002
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1海洋工程产业发展成为重要的战略产业

开发海洋需要运载船、钻井平台、储油船等适应海洋特质的器械装备,而制造这些装备正是海洋工程产业的核心内容。随着深海油气资源开采步伐的不断加快,先进的、适用于深海和复杂地形的开采技术和设备不断出现,深海海洋工程装备技术不断创新发展。

未来几年,仅海洋油气开发一项,全世界就需要很多艘FPSO(浮式生产、储存和卸载装置),许多座钻井平台。21世纪,全球对海洋工程设备依然保持旺盛的需求。现如今,美、英、日、韩等国的海洋工程建造占据了该产业较大的世界市场份额。而韩国海洋工程产业尤其引人注目,这些年在国际重大海洋工程项目招标中,韩国屡屡击败欧美竞争对手,夺得大宗订单。韩国船所承接的海洋工程设备不仅包括石油钻探船、FPSO等,还大量承接了国际最先进的大吨位半潜式钻井平台和深海油气集输设备等海洋工程高端产品。

海洋工程及装备项目在各国的海洋规划中会越来越重要,发展海洋工程事业已经成为国际性大趋势和各沿海国家重要的战略抉择。北美和西欧国家一直是世界海洋工程市场上的最活跃分子,他们通过政策鼓励和资金扶持来保持海洋工程产业的持续发展。非洲国家有着的得天独厚的海洋矿产资源,除了发达国家大力投资开发以外,他们自身也越来越重视本国海洋工程产业的发展。在亚洲,日本和韩国这些国家处在前列,但中国和印度等国也逐渐把海洋工程产业提高到国家战略产业的高度,并取得了令世人瞩目的成就。世界海洋工程产业正日益壮大,将成为重要的战略产业之一。

2重视设计的环境条件和设计基础

船舶设计的环境条件和基础内涵十分广泛,它既可以包括海洋环境条件,如风、浪、流、冰等,也可以包括船舶运营的航线、航区、港口、码头、装卸方式等方面的具体要求。优秀的设计人员除了要使其设计满足相关规范规则的基本要求和船东在建造规格书中阐明的技术条款之外,还应该认真研究用户的使用习惯、日常维护和未来可能出现的需求变化,尽量在新船设计中加以考虑。换言之,设计工作应以可持续发展的观念为指导,努力超越客户的期望,降低日常维护成本和故障的概率,提高整船的技术经济性能,改善船员的生活和工作条件。

海洋工程在开发设计中考虑上述因素较多,这是因为海上油田一旦建成投产,各种海洋工程设施就必须持续安全可靠地工作,而不像普通航行船舶那样可以定期地进港或进坞维修。因此,对设计环境条件的全面考虑,可以有针对性地提高船舶无故障运行周期、减少维护成本和安全隐患。环境条件和设计基础概况起来有以下几个方面:

(1)海洋环境:航线上的风浪流的中长期预报及分析应用。

(2)挂旗当局特别要求:非方便旗的特殊要求,如德国、澳大利亚、美国等国家的特殊要求。

(3)特殊航道:巴拿马运河、苏伊士运河等地区的相关要求。

(4)船员特点:设计生活居住舱室和公共场所时,要充分考虑船员的民族、宗教、生活习惯等具体要求。

(5)港口条件:相关港口或当局对引航、停泊、装卸、作业规范等方面的不同要求。

(6)船舶维护:船东对备品、备件、维修地和日常维护等方面的具体规划和要求。

上述内容大多需要在设计初期就逐步予以明确,并在设计时作为重要的考核指标加以落实。设计基础是设计的输入条件和设计的主要依据。海洋工程项目由业主提供比较详尽的设计基础文件。设计基础文件中详细提出了诸如设计寿命、结构疲劳寿命、系统构成及关键技术参数、免维护要求、系统设计自动化要求等。设计人员必须基于相关技术文件,在大多数情况下,可以与业主一起按照一定的程序优化或修订这些设计基础文件。

3重视数值分析对设计决策的功能

以数据分析结论作为设计的参考依据,是船舶设计借鉴海洋工程设计的最为成功之处。海洋工程设计的图纸以及设计方案均建立在详细的计算以及可行性分析基础之上,选取和确认技术参数既强调经验数据值,同时注重发挥数据分析的决策参考功能。船舶设计中借鉴海洋工程设计理念,应当将数值分析融入整个设计过程,对总体性能、结构强度以及其他诸多专业领域进行计算与分析。一是要对港口系泊进行准确计算,对港口以及码头的条件资料进行全面搜集,对系泊系统的设置进行量化以准确计算出系泊荷载量及其分布状况,保证系泊设备设计和实际系泊需求相吻合,提高安全系数;二是要对应急拖带进行准确计算,得出拖航阻力以及科学进行拖带布置,一旦出现特殊情况能够有效进行应急拖带;三是要对振动和噪声进行准确计算,要构建数学模型实施数据分析研究,对机器核心部位以及其他影响较为敏感的部位进行评估,重点考虑居住区、中控区、驾驶区以及其他服务性区域的共振、噪声状况,合理调整功能区分布以及选用合适的绝缘隔声材料;四是要对空调与通风进行准确计算,综合考虑不同功能区域的热平衡以及散热量,保证空调与通风量的设计精确、恰当,实现满足需求与节能降耗的统一;五是要精确计算电力系统,重点计算系统的负荷、短路电流以及故障模式、开关容量等方面;六是要对主要管路系统进行准确计算,要结合管路材料、技术指标、规格系数等对阻力、压力降、水锤现象等进行计算分析,科学确定管路支架结构以优化管路设置和提高安全系数;七是要对管系应力进行计算与分析,重点运用管路三维建模和变形与受力分析,对管路支架结构进行科学设计与调整优化。

4创新是发展之道,持续发展的支撑

在引进、消化、吸收、再创新的基础上,不断增强自主创新的能力,是我国各大造船厂成功的秘诀之一。以某造船企业为例,在其造船成立伊始,就将“创新”理念融入企业文化之中,形成了“学习、创新、团结、卓越”的企业精神。经过多年努力,该造船企业已获得“国家级企业技术中心”、“高新技术企业”、“某市知识产权示范企业”等称号,其理化试验所已晋级为国家级实验室、国防科技工业实验室。

为提升综合管理水平,该造船企业在推行现代造船模式的同时,引进全套韩国先进造船管理信息系统,从而加速推进了业务规范和生产管理标准化建设,走出了一条以信息化带动工业化的成功发展之路。

5结语

总体而言,海洋工程的许多好的做法值得我们船舶设计从业者借鉴。当然,这种借鉴不是照搬照抄、生搬硬套,而是要深入理解其设计理念的出发点和必要性以及对于提高设计水平和施工建造效率的积极意义。在船舶设计与制造领域,要以海洋工程长期积累的各项经验为借鉴方向,并立足自身设计需求,融会贯通、提高设计理念与工艺水平,融百家之长于己之身,体现船舶设计的科学性、可行性、安全性、经济性与可持续性,促进整个行业的高效、持续、科学发展,为国内船舶设计与制造业的奋起赶超提供有力支撑。

参考文献

[1]王晓红.推动创新设计,迈向制造强国[J].全球化,2017(05):15-35+134.

[2]林焰,衣正尧,李玉平,纪卓尚,蒋晓宁.船舶工业机器人创新设计需求分析模型[J].大连理工大学学报,2018,58(06):580-586.

姓名:何剑鸣,性别:男,出生年月:1971.01,民族:汉,籍贯:江苏靖江,学历:本科,职称:副高级工程师,研究方向:船舶与海洋工程