绿色船舶的设计与制造初探

吴桂军 徐光旗 赵明超

摘要：随着科学技术的大力发展，船舶的制作工艺得到了大大的提升，人们在对船舶进行设计和制作的时候，已经不仅仅是追求效率和数量，更加注重其质量。随着环保意识的不断延伸，绿色船舶的设计和制造理念应运而生，有利于对于船舶制造业绿色、环保、健康、可持续的发展。

关键词：绿色船舶；设计；制造

引言

在我国，越来越多的企业引进了船舶绿色设计和制造技术，并且在设计、制造过程中，融入了“绿色”的理念，从各个层面着手，使得绿色船舶产品在设计、制造、运营的过程中实现节能降耗、简约成本、减少污染等特点，有利于促进船舶业快速、高效、可持续的发展。

一、绿色船舶的概念

所谓“绿色船舶”顾名思义，就是与绿色象征的健康、环保有关，将绿化的健康环保理念融入到船舶的设计、制造、运营、报废、处理等环节中，同时满足人们的日常使用需求，并且可以通过环保的科研技术，减低成本，如人力成本、资源投入成本等，除此之外，还可以降低或避免造成的环境破坏和污染，更好的维护船舶的可持续使用，形成长期、稳定的保护性能。对绿色船舶的概念主要融入在以下三个方面：

1、设计理念。关于绿色船舶的设计理念是由设计师提出来的，因此，设计师的绿色理念的建立极为重要。如果船舶设计师具有先进、健康、环保、以人为本的绿色设计理念，那么在设计的过程中，会处处呈现绿色船舶的设计理念，例如，在设计的初级阶段，采用健康、环保、无污染、零甲醛的材料或配件；在设计过程中提升材料的二次利用率和再生利用，有效节约材料成本，同时尽可能优化技术，提升技术含量，从而提高整个系统设计的工作效率和质量；在使用不能再生的能源或资源时，要秉承勤俭节约的原则，同时多储备一些可以替代的资源。

2、制造理念。所谓绿色制造理念就是在制造的过程中坚持绿色、环保的理念，从施工的技术层面着手，使用健康的材料和资源，围绕对环境污染最少的施工路线开采用绿色制造工艺，主要包括绿色涂装工艺、绿色加工工艺及绿色焊接工艺等方方面面，实现船舶制造的绿色制造。

3、运营理念。在运营的过程中，时刻秉承绿色的环保理念，例如，在运营的时候，降低发动机氮氧化物、硫氧化物等有害物质的排放；定时清理发动机，避免发生燃料油等有害物质漏油现象的产生；定时、定期对产生的垃圾、废弃物进行清理等。

二、绿色船舶的设计

在施行绿色船舶的理念中，设计方案是重要的一个步骤，也是整个造船计划的第一步，因此，绿色设计理念是尤其重要的。它首先需要相关的设计师具有与时俱进的思想，其次是对环境保护的认可和支持，并且具有较高的专业知识，可以很好的将两者有效结合。

1、船型优化设计

在对船舶造成和构造进行优化设计的时候，首先考虑设计后的船舶的质量、承重、航行速度、耗损能源等方面的指标，然后按照标准进行优化设计，力求扩大船舶的容纳空间和尺度，并且美化其造型流线，有效实现节能降耗的作用，同时促进经济收益的最大化。例如，对运载万吨以上级别的散货船舶而言，设计师在确保其安全和稳定性的前提条件下，在船体结构功能，如对万吨级散货船充分考虑环保的要求，将隔离空舱设计在舷侧，将燃油舱设计在顶边舱上，改变了传统的双层底的燃油舱的设计理念，进行了独具一格的创新，通过绿色的设计想法，优化了空间尺度和船舶造型型线，使船舶在营运的过程中，更加健康、节能、环保。

2、减少多余功能设计

在船舶设计的初级阶段，合理把控设计施工的各类工序和细节，做到层层把关，步步优化，有条有理，树立简约的环保意识，对整个设计流程进行全方面把控，只留下关键、重要的功能，缩减不重要、多余的功能设计，从而实现控制成本的设计理念，减少不必要的资源浪费。

3、动力节能设计

在进行船舶的绿色设计时，针对动力节能方面的设计，可以通过以下方式体现：第一，对于船舶动力装置、操作参数等方面，可以利用先进的计算机科学技术进行时时监控，一方面可以确保处于安全的运作状态，另一方面可以节能降耗，减少成本。第二，对于船舶运作使用的能源进行积极探索，发现可替代的新能源，如太阳能、风能、波浪能等，有效提升可再生能源的重复使用率；第三，采用综合性的推荐节能方式，例如为了更好的进行能源的转换，故采取了柴电联合的动力推进方式；第四，积极研发新技术，例如主机废气节能技术、应用新型燃油添加剂及采用燃油电喷技术等。

三、绿色船舶的制造

1、绿色加工工艺

1.1净成形制造

在船舶制作中，塑性加工、铸造等方式都属于净成形制造技术中的一种，技术人员可以通过净成形制作技术，可以进行成本把控，减少资源和材料的浪费。例如，组成产品是由成形的部分零件或材料直接或间接进行加工处理而成，其技术原理就是精密成形或净成形，从接近零件形状向直接制成工件形状进行加工而成的。

1.2干式加工

在我国，对于干式加工的研究仍然处于初步探索阶段，作为一种创新的加工方式，已经有部分位置运用了该类加工方式，例如，干镗削、干车削、干磨削等。干式加工的工艺技术可以减免增加冷却液的环节，不仅缩减了不必要的步骤，还可以节约成本，并且解决了由于使用冷却液所造成的麻烦。

1.3工艺模拟技术

工艺模拟技术只要利用各类计算机系统，如专家系统、数值模拟系统、物理模拟系统等进行科学参考和统计，确定制造的步骤、环节、参数等，从而实现制造计划的效果最大化，并且可以对可能产生的问题进行预判和避免，最终目的是确保制造工艺的质量。其主要运用的范围是水火弯板等热加工过工程。

1.4网络技术、虚拟现实技术与敏捷制造

在进行操作模型的批量生产前，都需要对样品进行试验，如果试验不合格，会一直重复下去，浪费精力和原材料。因此，虚拟现实技术的广泛运用很好的解决了这个问题，虚拟现实技术由虚拟公司及虚拟制造技术构成。虚拟公司是由很多不同产品的公司进行短期、临时的组建，目的是为了方便各船舶制作企业和设计院可以获取相关信息，及时进行敏捷、便捷的制造。虚拟制造技术是指生产一种各类参数、指标完全一致的软生产模型进行替代真实的样品，从而进行一些的测算和评估，此类方式可以减低样品的浪费，节约制作成本。

2.绿色焊接工艺

2.1数字焊接电源

数字焊接电源是建立在现代的电子计算机系统上研发而来的，主要与数字送丝机的功能相结合，标志着代表数字化的高效焊接电源技术的发展日益先进化和智能化，因此，对于传统的焊接电源来说，高效、健康、环保、节能的数字焊接电源已经成为了当下潮流的发展趋势，具有稳定、节能、优质、高效等优势。

2.2高效焊接工艺

随着船舶行业技术的发展，高效焊接工艺已经成为其主要使用的重要焊接技术之一，兼具着节能降耗、健康环保等特性，同时可以减少对环境造成的危害。目前，在我国使用率较高的高效焊接方式有气体保护焊、熔化极活性气体保护焊（MAG焊）和熔化极惰性气体保护焊（MIG焊）和埋弧焊、电渣焊、气电自动焊、电子束焊和激光焊等，其中运用最广的是气体保护焊。除此之外，优质、快速、高效、便捷、自能化等特性也是高效焊接技术的标签，因此，合理运用高效焊接工艺可以提升工作效率、节约资源和成本，更好的推动船舶业的发展与进步。

2.3高效焊接装备

对于高效焊接装备，主要有两种形式，第一是门架式双丝埋弧焊接装备，其操作简单明了、焊接速度较快，工作效率较高，而且不需要进行清根，节约了作业时间，是拼板焊接的主要运用的装备之一。第二是横向对接焊缝焊机，其操作的精準度较高，质量很好，而且工作效率较高，对于传统的手工焊接而言，可以大大减少了劳动时间和强度，提升了工作质量和效率。

结语

绿色船舶是船舶工业发展的大趋势，绿色船舶的设计与制造技术，能够成为贯彻国家“节能减排”方针的重要措施，也将为全面提高我国船舶工业的国际竞争力，为船舶工业的持续发展提供重要的推力。

参考文献

[1]程红波.市政工程施工中的环境问题与保护措施[J].资源节约与环保，2017（06）：42+46.

[2]韩宪.浅谈市政工程施工中的环境问题与保护措施[J].黑龙江科技信息，2017（12）：127.

[3]秦福元. 市政工程施工中环境问题与保护措施[J]. 工程技术：全文版，2016（12）：00134-00134.

（作者单位：南通诺德瑞海洋工程研究院有限公司）