摘" " 要：靈便型散貨船是目前進(jìn)出口貿(mào)易使用最頻繁的船型之一，這種船型主要用于一些散裝貨的運(yùn)輸，由于散裝船缺少集裝箱的保護(hù)和支撐，故其運(yùn)輸?shù)碾y度較大，為了全面提升散貨船運(yùn)輸?shù)哪芰?，必須系統(tǒng)、全面、詳細(xì)的進(jìn)行散貨船的設(shè)計(jì)，同時(shí)，對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化要大力研究，提高船舶的性能和質(zhì)量，降低建造成本和建造難度。本文主要介紹靈便型散貨船的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，并基于公司系列靈便型散貨船設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提出設(shè)計(jì)優(yōu)化的思路和方法，以期能夠?yàn)槲覈纳⒇洿O(shè)計(jì)建造工作提供幫助。

關(guān)鍵詞：靈便型散貨船；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)；設(shè)計(jì)優(yōu)化；建造

中圖分類號(hào)：U662.2" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Design Characteristics and Optimization Research

of Handysize Bulk Carrier

QI Ji

（ Jiangmen Nanyang Ship Engineering Co.， Ltd.，" Jiangmen 529145 ）

Abstract： The handysize bulk carrier is one of the most frequently used types of ships in import and export trade at present. This type of ship is mainly responsible for the transportation of some bulk cargo. Due to the lack of protection and support like the container vessels， it is more difficult for bulk carrier to transport. In order to comprehensively improve the transport ability of bulk carriers， the requirements and function of bulk carriers should be analyzed in a systematic， all-around and detail way. The optimization of structural design should be studied vigorously to improve the performance and quality of the ship and reduce the construction cost and difficulty. This paper mainly introduces the design characteristics of the portable bulk carrier and puts forward the ideas and methods of design optimization， in order to provide help for the design and construction of China's bulk carriers.

Key words： handysize bulk carrier;" structural design characteristics;" design optimization;" build

1" " "引言

散貨船運(yùn)輸?shù)呢浳镏饕羌Z食、煤礦石、水泥等沒有經(jīng)過包扎的貨物，這些貨物由于沒有經(jīng)過包扎，其整體性比較差，會(huì)增加裝卸的難度，需要港口的設(shè)備才能進(jìn)行裝卸。靈便型散貨船具備了運(yùn)營靈活、裝卸靈便的特點(diǎn)，解決了貨物裝載難的問題。本文針對(duì)靈便型散貨船的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行分析，并提出一些40000DWT散貨船的設(shè)計(jì)優(yōu)化辦法，以提高船舶的性能和建造效率及質(zhì)量，降低船舶建造成本。

2" " 靈便型散貨船的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

靈便型散貨船的設(shè)計(jì)具備靈活、多變的特點(diǎn)，可以根據(jù)船東的不同需求改變?cè)O(shè)計(jì)型式，提升船舶的功能，具體如下。

2.1" "貨艙甲板克令吊

靈便型散貨船的主要特點(diǎn)和優(yōu)勢是具有自卸貨能力，可以不依靠碼頭起吊設(shè)備自行卸貨。靈便型散貨船在每個(gè)貨艙間甲板面安裝一臺(tái)克令吊，并配備有抓斗，能快速卸運(yùn)煤礦、糧食、木材等貨物。該船型在甲板面設(shè)計(jì)了克令吊柱形基座和桅屋，以供安裝克令吊和抓斗。克令吊柱形基座嵌入甲板結(jié)構(gòu)內(nèi)，與甲板結(jié)構(gòu)全熔透焊接，并設(shè)有大量加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，以保證基座的強(qiáng)度和穩(wěn)性。

2.2" "貨艙大開口設(shè)計(jì)

貨艙大開口設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：舷側(cè)結(jié)構(gòu)形式簡單、上下直通；貨艙不設(shè)置頂邊艙，無頂邊艙CM節(jié)段、建造效率高。同時(shí)，無頂邊艙可以增加貨艙艙容，提升貨物裝載量。以40000 DWT散貨船為例，無頂邊艙可以增加～600 m3艙容（如圖2所示）。

2.3" "甲板面木材綁扎

靈便型散貨船可以通過增加綁扎設(shè)備來增加木材運(yùn)輸功能，以提高船舶運(yùn)營能力和收益。而木材綁扎系統(tǒng)可以分為傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)綁扎系統(tǒng)和簡易插桿綁扎系統(tǒng)兩類。

標(biāo)準(zhǔn)綁扎系統(tǒng)采用舷邊可倒立柱和中間固定立柱，裝載木材時(shí)通過立柱和綁扎設(shè)備來固定木材，以40000 DWT散貨船為例，可以在甲板露天區(qū)域裝載木材約23000 m3；簡易插桿綁扎系統(tǒng)采用簡易立柱和綁扎系統(tǒng)來固定木材，立柱可拆卸，但裝載量較小，可以在甲板露天區(qū)域裝載木材約10 500 m3。

2.4" "艙口蓋裝載集裝箱

受集裝箱運(yùn)輸市場需求暴漲的影響，部分船東提出了對(duì)散貨船增加集裝箱裝運(yùn)功能的需求。以江門南洋40 000 DWT散貨船為例，首先，設(shè)計(jì)集裝箱裝載方案，再根據(jù)裝載受力情況計(jì)算強(qiáng)度，對(duì)艙口蓋內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及艙口圍進(jìn)行局部加強(qiáng)，然后，在艙口蓋面增加燕尾槽底座，以達(dá)到裝載集裝箱的功能（可裝載268TEU）。

3" " 靈便型散貨船的設(shè)計(jì)優(yōu)化

通過對(duì)公司39 000 DWT、39 300 DWT、40000 DWT系列船的設(shè)計(jì)總結(jié)和研究，逐步形成優(yōu)化設(shè)計(jì)及工藝，主要優(yōu)化如下。

3.1" 貨艙容積優(yōu)化

散貨船的貨艙容積對(duì)于航運(yùn)公司的來說，是采購船舶的重要考核指標(biāo)之一，在相同載重噸的船型下，貨艙容積更大，越具有競爭力。所以，如何在母船型的基礎(chǔ)上提高貨艙容積，是散貨船結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重點(diǎn)。以江門南洋船廠各船型為例，采用在原有母型船基礎(chǔ)上提高型深，增加船舶吃水及排水量，同時(shí)，優(yōu)化艏部線型，使得船舶在沒有增加結(jié)構(gòu)重量和成本的情況下，將船舶裝載量增加了約1 000 DWT。另通過艏部防撞艙壁前移、燃油艙減小等措施，將貨艙容積提高了1000 m3左右，船東公司對(duì)修改效果也非常滿意，不僅不影響船舶各項(xiàng)指標(biāo)，而且能增加輕貨物裝載量，進(jìn)一步提高了該船型的市場競爭力。

3.2" "艙室優(yōu)化

艙室優(yōu)化工作對(duì)于降低船舶自重及減少材料用量起到了非常重要的作用，以下對(duì)部分艙室優(yōu)化進(jìn)行分析研究：

1）壓載艙的優(yōu)化合并，主要是對(duì)舷邊壓載艙與底部壓載艙進(jìn)行合并，取消了邊壓載艙，從而減少了為每個(gè)壓載艙配備的獨(dú)立壓載系統(tǒng)、測深系統(tǒng)、透氣系統(tǒng)等，并大量減少了相關(guān)管路、閥件、舾裝件的配備。此外，船體結(jié)構(gòu)的內(nèi)底板可以由水密結(jié)構(gòu)改為非水密結(jié)構(gòu)，降低了部分結(jié)構(gòu)的板厚，減少了各種鋼料的用量;

2）原油艙的優(yōu)化合并，減少油艙數(shù)量。在滿足續(xù)航力和燃油艙總?cè)莘e的要求下，取消了過多的燃油艙，節(jié)約了大量的鋼材、焊材、管材以及閥件，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也提高了機(jī)艙的空間利用率。

3.3" "套料優(yōu)化

套料利用率的高低對(duì)船舶建造成本的影響很大，每條船的套料利用率提高一個(gè)百分點(diǎn)可帶來幾十上百萬的成本節(jié)約，所以套料流程和方法的優(yōu)化研究是極其重要。

1）自動(dòng)化套料

目前套料模式逐漸由純手工套料向自動(dòng)化套料轉(zhuǎn)換，自動(dòng)化套料的優(yōu)點(diǎn)是套料效率高，對(duì)套料人員的套料技能要求較低。所以，自動(dòng)化套料的趨勢是必然的。目前船舶行業(yè)使用較多的自動(dòng)化套料軟件有Alma、sgima nesting等。但完全自動(dòng)化套料對(duì)套料利用率的提升效果不大，需在自動(dòng)化套料的基礎(chǔ)上進(jìn)行人工二次調(diào)整才能有效提高套料利用率，將自動(dòng)化套料軟件的高效和套料人員的技能經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合。

2）套料模式的優(yōu)化

由以前的單個(gè)分段或幾個(gè)分段組合套料轉(zhuǎn)變?yōu)槿侄位焯啄Ｊ?，先按正常套料批次進(jìn)行初步套料，再根據(jù)初步套料結(jié)果全船綜合考慮，確定最完善的混套方案，并將影響利用率的零件反饋給分段設(shè)計(jì)人員，進(jìn)行合理優(yōu)化，提高板材套料利用率。這種混套模式對(duì)套料利用率的提升幫助非常大，相較于以前的傳統(tǒng)套料模式可以提高5%-7%的套料利用率，以40000DWT散貨船為例，單船可以減少鋼材用量350-400 t，節(jié)約單船成本約200萬。

3）球扁鋼套料

將球扁鋼和鋼板一樣進(jìn)行套料，徹底摒棄以前車間自行下料的粗放模式，將多個(gè)分段的球扁鋼零件進(jìn)行組合整體套料，利用軟件計(jì)算套料得出最佳結(jié)果，然后整理成圖紙下發(fā)到車間，讓車間根據(jù)套料圖紙進(jìn)行下料，提高球扁鋼的利用率。

4）套料工藝

板材使用一筆畫切割完成，在零件之間使用連接橋連接情況下，保證數(shù)控切割機(jī)切割時(shí)能一次性割完，避免切割機(jī)反復(fù)起息弧，減小切割機(jī)槍頭損耗以及提高切割效率。另外，引進(jìn)等離子坡口切割機(jī)，通過坡口切割機(jī)自動(dòng)化切割零件坡口，提高坡口切割效率和質(zhì)量，降低人工及動(dòng)能的使用。

3.4" "上建結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化

上建在下料、小合攏、中合攏、總組以及搭載過程中極易出現(xiàn)變形，前期施工的變形對(duì)后續(xù)施工帶來影響，增加后續(xù)的施工工作量和難度，需進(jìn)行大量火調(diào)而影響上建外形美觀。變形的主要原因是上建壁板較?。ㄒ话阍?～7 mm），相應(yīng)的加強(qiáng)型材規(guī)格較小，在裝配、焊接等過程中易損傷變形。基于以上情況，需進(jìn)行結(jié)構(gòu)工藝優(yōu)化來減少并控制上建的變形，主要通過以下措施：

1）上建內(nèi)圍壁上的加強(qiáng)型材改為壓槽加強(qiáng)，減少焊接收縮變形，且壓槽加強(qiáng)強(qiáng)度更好；

2）上建外圍壁盡量采用整板下料，減少板材對(duì)接焊接縫及變形，提高外圍壁的整體美觀度；

3）上建外圍壁角落增加豎向扶強(qiáng)材，上建總組后，上下外圍壁對(duì)應(yīng)效果很差，需對(duì)角焊縫進(jìn)行開刀并調(diào)整壁板對(duì)準(zhǔn)下圍壁，開刀對(duì)角落處壁板引起很大變形，增加豎向扶強(qiáng)材有利于控制此處變形；

4）上建外圍壁方窗大開口增加豎向T型材加強(qiáng)，對(duì)整個(gè)壁板的支撐強(qiáng)度起到很大作用；

5）對(duì)上建拼板焊接盡量采用自動(dòng)焊接，焊接后對(duì)焊接板材進(jìn)行二次機(jī)械輥壓校平。

3.5" "舭龍骨形式優(yōu)化

目前大部分散貨船的舭龍骨都是采用全船連續(xù)設(shè)計(jì)，按照船級(jí)社規(guī)范要求[1]舭龍骨與墊板、外板接縫都需錯(cuò)開，而且，舭龍骨對(duì)接處需開設(shè)止裂孔，對(duì)于施工難度要求很高。下面是對(duì)于舭龍骨的設(shè)計(jì)優(yōu)化研究及應(yīng)用：

首先，考慮如何減少或消除舭龍骨的對(duì)接縫，尤其搭載階段施工的對(duì)接縫，于是我們著重圍繞減少搭載階段的對(duì)接縫進(jìn)行研究，最后采用了間斷舭龍骨的方式，即舭龍骨在搭載對(duì)接處中斷，對(duì)于搭載對(duì)接處的舭龍骨采用端部削斜的方式，舭龍骨墊板則采用圓端頭斷開方式。此優(yōu)化方式也通過了船級(jí)社的審核，減少了左右舷共6個(gè)搭載合攏口的舭龍骨對(duì)接縫。

3.6" "焊接優(yōu)化

焊接作為船舶建造質(zhì)量的重中之重，如何提高焊接效率和質(zhì)量是各船廠的研究重點(diǎn)，下面結(jié)合39300DWT散貨船的實(shí)船優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行總結(jié)分析：

1）對(duì)加強(qiáng)筋、肘板和骨材間的連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。以前加強(qiáng)筋、肘板和骨材是對(duì)齊安裝，兩者間對(duì)接需要開設(shè)坡口焊接，工作量較大?，F(xiàn)在將對(duì)齊安裝改為偏移6～8 mm安裝，由對(duì)接焊改為角接焊，這樣就不用開焊接坡口，而且焊接工作量也有減少；

2）優(yōu)化埋弧焊的焊接工藝和參數(shù)，使≤14 mm的板不用開設(shè)坡口進(jìn)行焊接，而且，反面不用反扣，可直接進(jìn)行反面焊接，大量的減少焊縫開坡口和反扣的工作；

3）加大自動(dòng)化焊接的應(yīng)用，如等離子自動(dòng)氣刨在拼板焊縫上的應(yīng)用；垂直氣電焊在平直大合攏口的焊接應(yīng)用；自動(dòng)角焊機(jī)在骨材安裝時(shí)的應(yīng)用；埋弧自動(dòng)焊在大拼板焊接的應(yīng)用等等，這些自動(dòng)化焊接能極大的提高焊接質(zhì)量和焊接效率。

3.7" "線型優(yōu)化

對(duì)船體首尾線型進(jìn)行優(yōu)化，使線型變化更加平滑，降低船舶航行過程中風(fēng)浪失速的情況，提高航速并減少能耗，為船東降低運(yùn)營成本。另外，通過優(yōu)化船體線型、重新布置貨艙內(nèi)殼折角等，盡量保證貨艙艙容及排水量，避免因線型優(yōu)化導(dǎo)致載重量減少，滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

4" " "結(jié)語

總之，船舶的設(shè)計(jì)和施工過程是一個(gè)非常復(fù)雜的工作，在這過程中，需要設(shè)計(jì)人員的不斷修改和完善，在施工環(huán)節(jié)中進(jìn)行合理的優(yōu)化，從而提高船舶的質(zhì)量。設(shè)計(jì)的好壞將會(huì)直接影響到船舶的性能和安全，對(duì)船舶的使用壽命影響巨大，一些合理的設(shè)計(jì)能夠增加船體的強(qiáng)度，同時(shí)還能減少材料的使用，從而降低船體的重量，提高船舶的載重噸，所以，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的質(zhì)量是至關(guān)重要的，造船企業(yè)應(yīng)當(dāng)重視船舶的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，提升自身的造船水平和產(chǎn)品競爭力。

參考文獻(xiàn)

[1]鋼質(zhì)船舶入級(jí)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社， 2021.