摘要：对于船体结构设计而言，三维设计是重要方向。从专业角度讲，船体结构设计与船舶安全息息相关，是关键性环节，在质量方面要求较高。只有基于客户的实际需求，船舶的设计人员才可以对船体设计和建造工作行程明确的的构思，有了明确的设计框架之后便为后续制造工程奠定了基础，有助于处理设计阶段和建造阶段的各种细节工作。基于此，本文就船体结构设计方式进行分析，希望可以为船体的优化设计提供借鉴。
关键词：船体；结构设计；建造；细节处理
1导言
船体结构设计一般都会由三个环节所组成，第一个环节是进行初步设计，是概述新船的大致轮廓，提出最佳的设计方案。第二环节是细节设计，是在第一环节总体设计的基础上，对于船体设计的局部细节进行更进一步的分析与探讨，针对设计中所出现的一些矛盾及问题提出解决措施，然后通过细节的计算和分析，确定船体的结构、材料强度、性能等相关标准与要求。通过对设计现状分析和优化船体结构生产设计，达到缩短综合设计周期预期目标，提高船体结构生产设计输出准确性和输出效率。
2船体结构设计主要内容
2.1前期设计
在前期规划工作开展的过程中，主要根据相关的设计准则与有关设计要求条件制定框架性的设计任务。对基本的图纸预想稿件进行设计，根据有关预计方案与相关设计技术要求，制定材料与零件规格和用度预算计划，并作出相关的预算总结，深入开展船体尺寸大小与结构方式的设计工作。
2.2详细设计
船体结构设计的初始阶段，就是大致的设想阶段，具有一定的框架性，根据实际的设计要求与规定，根据相关的审批意见与建议，注重开展相关设计的修改工作，对制造建设进程中的详尽细节最大程度地予以考量，对所有构造器件的型号与材料质量，注重开展多次的确定工作，确保与有关设计的要求与规定相符合。关于船体结构设计方案方面，应当注重将设计方案的全面性与整体性予以突出，当绘图工作结束之后，应当与相关设计方案联系起来，并将相关内容向有关审核部门进行汇报。
3生产设计现状分析
某高速船系批量建造船舶，在首型船船体结构生产设计过程中，主要采用深化船体分段结构图设计方式进行，见图1。输出的图纸精细化程度低，不能满足船厂造船模式转变对设计输出的需求，无法达到时间有序、空间分道的高效率现代化造船目标，不能适应造船施工现场现代化生产管理。
图1 优化前船体生产设计流程图
结合某型高速船船体结构具体特点，对该型高速船船体结构生产设计综合流程进行优化，采用满足现代化造船模式的各级船体结构组立图生产设计模式，对设计工具、设计过程、设计输出等进行全面优化，实现船体结构生产设计高效率输出。综合流程优化方案见图2。
图2 优化后某型高速船船体生产设计流程图
4细节设计对初步设计的影响
细节设计实在初步设计基础上进行开展的，使得初步设计的一些方案更加清晰和具象化。在对船体进行初步设计时，通常可以将其划分成方案设计、报价设计以及合同设计。所谓方案设计指的是依据船只拥有方的相关要求通过设计来转变成船体的各项参数，从而确定出船舶的性能、航速、拍数量以及用途等报价设计则通常是根据船东的意向和要求，参照已有的母型船舶来估算新建造船舶的建造成本，并提供初步的技术规格书、总布置图以及主要设备厂商清单。合同设计则通常是与船东签订的正式新造船舶建造合同，包括对新建船舶的具体性能指标、服务航区、主要设备及责任划分等。初步设计的主要成果有为签订新建船舶建造合同谈判提供技术文件;提供了主要设备及设备厂商清单;为细节设计提供必要的技术文件和图纸。另外，依据细节设计的结果，造船厂能够又准备、有目标的开展材料以及相关设备的购置活动，同时还能够在此基础上进行之后的生产设计。
细节设计关乎着船体建造的每一项工作，在船主和造船厂签订合同之后，船舶交付的日期就已经进行了明确的规定，同时对于船舶建造厂来讲，也就确立了开工时间，船舶建造的各个工序紧密相连，急需要严格进行执行，一旦某一个程序与其他脱节，那么可能会造成严重影响。所以，细节设计工作作为一道重要的生产工序，应该尽可能的提早和总机、电灯方面进行有效协调，按照既定的期限做好各项工作，确保船体设计质量。另外，鉴于船舶本身的结构非常复杂，建设工作周期比较长，因此在其建造过程中会受到主观、客观非常多的因素的影响，所以，在实际建设环节还应该根据实际情况进行局部细化和调整。因此，这就要求细节设计人员和生产设计人员加强沟通和交流，同心协力的提升船舶设计水平。
5船体结构设计及建造中的细节处理
5.1船体的分段接口工作当中的细节优化处理
（1）分段式的辅助支撑。设计人员在对船体的结构进行设计时，一定要考虑到后期的建造工作，为后续的具体施工提供相应的辅助性的支持。设计人员在设计船体时，要经常与船体检测人员及施工人员进行沟通，全面听取不同部门的意见。要注重利用辅助性的支撑实现船舶质量的提升，探索怎样才能科学、精确、完美的完成船舶的高质量分段建造。针对出口船舶的设计，在保证船舶建造质量的前提下还要考虑船舶的方便快捷属性。设计人员必须正确的认识到辅助支持所具有的意义和价值，保证辅助支持的数量足够，这样才能在细节上为船体的结构设计与建造工作打下良好的基础。
（2）船体装配的细节。传统船舶制造当中，船体的分段接口多为P型分段方式，这种分段方式最明显的特点是重心不稳。因此，在后期的装配过程当中，分段部分必须借助辅助设备的支撑才能够保证安装工作稳定、顺利的进行。这是结构设计与建造的过程中应注意的细节之一，不仅直接影响船舶生产的工作效率，对于制造的安全性方面也具有一定影响。目前。我国船舶制造业为了保证安装的稳定性，将P型的分段方式变为R型分段。这种分段方式简化了合龙作业的操作，进行组合时，只要用填角焊的处理方式进行焊接节可以完成装配了，这种分段方式可以大大提高焊接的速度，同时也增强了船体的稳定性，保障了航运的安全性。
（3）船体舾装的细节。船舶制造当中的舾装工艺可以分成三种——分段式舾装、船台的舾装以及码头的舾装。舾装在船舶制造中的作用非常关键，对船体进行舾装要格外注意分段舾装的结构。一般情况下，船舱包括上下平台和双层底。对双层底进行分段时，前段臂和外板常常会比双层底高出10～15公分。这种分段方式会对舾装设备产生一些影响。舾装时如果严谨的改善这一细节，能够在很大程度上降低舾装成本投入。可以在船舱壁接口处安装一个临时的板列，约高出船舱内底100公分，这样可以大大减少舾装船台工程量，使货船舱底的分段得到优化。
5.2船体结构型式
船体结构基础模式也被称为板架结构，是板材和型材的组合。根据结构所在的位置以及自身功能作用，可以通过手动方式，将其划分为若干个干板架。在船体梁进行分析过程中可以进一步明确，上冀板与下冀板分别指的是甲板和船底板架，腹板指的是舷侧板架。由于作用不同，骨架排列模式也就有所不同，通常情况下，可以分为横骨架式结构与纵骨架式结构。当船只规模比较大时，需要应当根据实际的承重情况，对相关的架构模式做出调整。在设计船体甲板与底部的过程中，应当注重运用纵向承重骨架，通过相关支撑力来促进船体安全性能的提高。关于所运用的板材方面，在满足基本的受力条件与要求的同时，还应当对恶劣环境中承受力最大值进行考虑，在对船舷进行设计的过程中，应当充分考虑实际的横向结构，使平衡力得到充分保障，确保载重性处于优良状态之中。在运用横向设计的过程中，所占用的空间面积比较小，有利于增加船体的舱容量。
5.3立足三维设计软件TRIBON对船体结构三维设计与施工的介绍
(1)船体结构三维设计软件概述。在船体设计中，最为基础的是软硬件设施的应用。在进行船体三维设计的时候，软件类型各不相同，不同国家也存在差异，我国常用的软件包含CAD、EFSHD、CATIA以及TRIBON。一般来说，CAD属于简单的一种，操作灵活，EFSHD与CATIA专业性较强，对操作人员要求较高。TRIBON则与我国船体结构建造发展相适合。
(2)遵循TRIBON软件设计要求，合理设定相关参数与标准。TRIBON软件在应用之前需要进行相关参数的合理设置。具体讲，包含船舶设计所有参数与文件，从而形成设计标准。首先，要对船型进行明确与设计，确定船型参数指标，也就是说，以船型为基础，明确参数基准、结构方式、链接模式等，同时，对坡口、套料、材质等数据进行确定。在结构建模之前，曲面文件不可或缺。TRIBON建模的首要任务就是船体线型的形成与光顺。
(3)严格控制曲面建模的精度，为平面建模打下基础。对于曲面建模而言，主要是生成曲面板架以及外板型材。在建模过程中，TRIBON能够结合需要进行零件的随时查看，对其进行目的性分离与连接，实现对零件接口的有效校对。曲面建模的目的是为平面建模做基础，尤其是为外板骨切口与外板板缝的焊接提供支持，同时，保证各个环节处于相互关联的状态。在船体结构建造中，基础部分是曲面造型。在曲面设计的过程中，船体精度是重要指标，影响力较大，需要将偏离误差控制在1毫米以内，同时，维持三面光滑的状态，保证连接要具有一阶导数的连续性。曲面连接的顺滑性可以通过约束条件的约束以及曲面计算来实现，同时，将相邻曲面的误差需要控制在合理范围之内。整个曲面设计精度较高。
(4)重点进行平面建模，强化细节处理。立足整个建模工作，平面建模是核心。首先，在船体结构建造中，船体通常被分为几个部分，基础为平键模型。在建模的过程中，要明确速度与质量的关系，保证建模顺序的合理性，及时进行调整，有效提升建模效率。建模完成之后，需要对强构件与散装构件进行处理。在进行平面构建的时候，要对边界进行定义，有效提升建模的精准度，加快建模速度。对于边界，可以进行拷贝，发挥参照的作用。在完成参照版修改之后，边界修改完成，建模准确性得以增强，错误率被降低。建模操作完成后，借助渲染形成的立体效果强化对建模质量的检查。在TRIBON绘图命令的支持下，实现对模型角度与文件形式的转换，再借用CAD软件进行图纸的细化处理。
5.4测探管的底部冲击板细节的处理
通常来讲，依照传统方式安装测探管的底部舱的底板上的测深垫板，必须在仓底板安装完成以后，这种情况下，用舱底板来充当外底板，需要等测探管实现位置的固定之后，才具备了定位所需的条件。这样以来，施工的难度大大增加，使施工时间延长，工程的效率被降低，使得整个船舱结构设计的合理性出现问题。所以，一定要处理好测探管的底部冲击板细节问题。可以对测深垫板的位置进行改变来解决这一细节问题。如果在安装之前就将测深垫板定位到测深管底部位置，这样仅仅在测深管的底部打通一个长孔便可以轻松实现测深的作业需求了。在对船体进行施工时，可以现在地面上完成测深垫板的安装，不需要专门到船舱当中去完成测深垫板的安装，这样能够使工作量大大减少，有助于提升船体的施工效率，缩短施工周期。
结束语
综上所述，无论是初步设计、详细设计以及生产设计，其初衷都是要建造一艘高质量高要求的船舶，为企业赢得更好的经济效益和声誉。通过船体结构设计方式的多样化转变，促进整个船只生产质量的提升，促进整个船只能够达到更好的应用标准。
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[3]郁宇,刘胜,刘尧.船体结构设计及建造中的细节处理[J].山东工业技术,2018(09):21.
论文作者:王瑶
论文发表刊物:《防护工程》2018年第21期
论文发表时间:2018/11/8
标签：船体论文; 船舶论文; 建模论文; 结构论文; 细节论文; 曲面论文; 结构设计论文; 《防护工程》2018年第21期论文;