劉金鳳 錢振源 孫樂兵

摘 要：船體的設(shè)計和制造是一項較為復(fù)雜的工藝過程，同時在整個過程中需要的成本投入較大，船體機(jī)構(gòu)中的大部分成本都集中在鋼結(jié)構(gòu)方面，因此通過鋼結(jié)構(gòu)成本的估算可在一定程度上控制好船體造價，而在船體鋼結(jié)構(gòu)成本估算過程中，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計可提高船體鋼結(jié)構(gòu)成本的估算。本文主要探討的是船體鋼結(jié)構(gòu)成本的估算和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的考慮，在具體的分析中首先論述了船體鋼結(jié)構(gòu)重量預(yù)估方法研究現(xiàn)狀，其次分析了船體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計階段鋼結(jié)構(gòu)重量預(yù)估要求，最后分析了船體鋼結(jié)構(gòu)成本的估算以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計考慮。

關(guān)鍵詞：船體鋼結(jié)構(gòu)；成本估算；結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

船體鋼結(jié)構(gòu)成本的估算主要是依據(jù)船體鋼結(jié)構(gòu)的重量。因此在一定程度上做好船體鋼結(jié)構(gòu)重量的估算是急性船體鋼結(jié)構(gòu)成本估算的基礎(chǔ)，經(jīng)過多年的研究，人們發(fā)現(xiàn)可以通過簡單的測量以及相關(guān)計算方法估算出船體鋼結(jié)構(gòu)的成本，但是由于部分結(jié)構(gòu)上的差異，在重量相同的條件下，成本也存在差異，因而可以通過對結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，保證船體鋼結(jié)構(gòu)成本估算結(jié)果較為準(zhǔn)確，本文主要就船體鋼結(jié)構(gòu)成本的估算和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的考慮分析如下：

一、船體鋼結(jié)構(gòu)重量預(yù)估方法研究現(xiàn)狀

船體鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計過程中主要是通過船體鋼結(jié)構(gòu)重量控制船體的成本投入，從容保證船體的經(jīng)濟(jì)性，當(dāng)前船體重量預(yù)估方法主要有以下兩種：（1）結(jié)合船體的設(shè)計過程完成船體鋼結(jié)構(gòu)的重量估算，也就是在船體設(shè)計過程中建立一個船體鋼結(jié)構(gòu)的三維模型，通過這一模型實施三維設(shè)計、修改、計算等工作，當(dāng)整個船體鋼結(jié)構(gòu)三維模型完成后，可以通過模型完成船體重量的鋼結(jié)構(gòu)的估算，也就是通過結(jié)構(gòu)設(shè)計完成了對船體鋼結(jié)構(gòu)的估算，進(jìn)而實現(xiàn)船體鋼結(jié)構(gòu)成本的估算；（2）采用現(xiàn)代的計算機(jī)程序以及船體設(shè)計方法理念，通過完善的軟件結(jié)合相關(guān)程序完成對船體鋼結(jié)構(gòu)重量的估算。這種估算方法需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)分析，而且相關(guān)數(shù)據(jù)還必須要具有一定的代表性。

當(dāng)前我國用于船體鋼結(jié)構(gòu)重量預(yù)估的方法主要有四種，分別是：（1）通過經(jīng)驗公式與母型船完成相關(guān)數(shù)據(jù)變換，從而預(yù)估算出船體的重量；（2）使用EXCEL表格輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，然后完成計算；（3）使用三維軟件建立模型，通過三維模型進(jìn)行分析；（4）借助專業(yè)的船舶設(shè)計軟件完成船體鋼結(jié)構(gòu)重量的估算，當(dāng)然不同的方法有著各自的優(yōu)缺點。

二、船體鋼結(jié)構(gòu)成本估算的相關(guān)因素

在上述的分析中船體鋼結(jié)構(gòu)成本的估算主要依賴于船體鋼結(jié)構(gòu)的重量，但是船體鋼結(jié)構(gòu)重量在估算過程中還會受到多種因素的影響，其中關(guān)鍵的就是工作量，對于船廠從相關(guān)材料訂購到交付造船廠期間的工作均屬于工作量的范疇，具體的包括以下幾點：（1）材料管理人員統(tǒng)計造船過程中需要的材料；（2）使用起重設(shè)備完成材料的搬運；（3）型材的切割或者使用NDT對型材進(jìn)行劃線；（4）材料成形；（5）完成氣割、氣刨；（6）完成焊縫坡口的加工；（7）完成船體的焊接裝配等；（8）將分部連接起來，完成總裝；（9）總裝完成后對其性能的檢測。除了船體鋼結(jié)構(gòu)估算過程中除了受到工程量影響之外，同時還會受到鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件尺寸、零件熟練多少、焊接長度等因素的影響。通過這些因素可發(fā)現(xiàn)，如果在設(shè)計過程中能夠得到某些鋼結(jié)構(gòu)較為準(zhǔn)確的參數(shù)，那么在后期就可以通過這些參數(shù)完成船體鋼結(jié)構(gòu)成本的估算。

三、船體鋼結(jié)構(gòu)成本的估算以及優(yōu)化考慮

船體鋼結(jié)構(gòu)成本的估算重點在于船體鋼材總重量的計算，結(jié)合相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及分析結(jié)果可得到焊接長度的預(yù)測值，通過求取平均值完成計算，下面以成品油船為例進(jìn)行分析，通過初步估算，船體的鋼結(jié)構(gòu)總重量為6750噸，

對于母型成品油船，船體的鋼材總重量為6500噸，而實際的焊接長度是94000m，經(jīng)過計算

預(yù)測焊接長度的計算

預(yù)測焊接長度=平均每噸的焊接長度×船體的總重量=15.2×6750=102600m，實際的焊接長度=實際的焊接長度×船體鋼材的總重量=101000m經(jīng)過比較可以看出，實際的焊接長度要小于預(yù)測的焊接長度。

預(yù)測的總平均焊接長度為實際的焊接長度×估算的棱柱體每噸的焊接長度=103200m。

在具體的設(shè)計過程中可以采用基本設(shè)計預(yù)測方法，當(dāng)然在估算過程中同樣的需要一定的參數(shù)，比如：船體的鋼結(jié)構(gòu)整體布置、典型的舯剖面結(jié)構(gòu)圖、船體鋼材估算的總重量等。在具體的計算中首先應(yīng)該計算出焊接長度以及結(jié)構(gòu)主要項目的鋼材重量，這些都可以用來評估船體鋼結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。比如以油船為例，在計算過程中包含了多個項目，具體的主要有：上甲板、船殼板、上甲板中橫向構(gòu)件、縱艙壁、甲板中縱桁、船底中縱桁、橫艙壁中縱桁、軸線恒緩沖艙壁等。在具體的計算過程中，對于船體總重量以及焊接長度的計算還應(yīng)該將連接件以及外板計算在內(nèi)，比如：肘板、防撓板、連接角材等。在具體的計算過程中對于上甲板的相關(guān)計算應(yīng)該將外板的重量以及對接焊接的長度計算在內(nèi)，特別是在舯剖面結(jié)構(gòu)方面的重量計算以及焊接長度的計算可以真實的反應(yīng)出在具體的鋼材加工過程中，切口、扇形孔以及減輕孔等重要信息。也就是通過統(tǒng)計多個船體結(jié)構(gòu)的焊接長度，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，從而為船體鋼結(jié)構(gòu)成本估算提供依據(jù)。

在完成上述計算之后，需要對船體貨倉部分進(jìn)行詳細(xì)的分析和計算，如果貨艙區(qū)內(nèi)的結(jié)構(gòu)部分是連續(xù)的，那么就可以通過測量單個貨艙長度以及總的貨艙長度，然后用總的貨艙長度除以單個貨艙長度，就可以得到船艙項目的總數(shù)，對于橫向構(gòu)件、橫艙壁等較為集中的鋼構(gòu)件，在計算過程中應(yīng)該按照比例分配的方法實施計算，之后將連續(xù)的鋼構(gòu)件部分計算結(jié)果與集中鋼構(gòu)件計算結(jié)果累計求和就可最終得到總的焊接長度以及船體的鋼材重量。

四、結(jié)語

船體鋼結(jié)構(gòu)的成本估算對于船體總體經(jīng)濟(jì)性具有重要影響，而對于船體鋼結(jié)構(gòu)成本的估算主要是依賴于船體鋼結(jié)構(gòu)的重量估算，通過直接測量以及相關(guān)計算的方法忽略了船體在結(jié)構(gòu)方面的差異，因此需要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，上述通過對船體鋼結(jié)構(gòu)焊接長度的估算完成船體總重量的估算，進(jìn)而估算出船體鋼結(jié)構(gòu)成本。

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