船舶设计是一项涉及多个学科领域的系统工程。在船舶总体设计的过程中,设计者在满足法规规范和设计任务的基础上,根据船舶设计螺旋理论,逐步完成各项设计任务,最终获得满足要求的船舶设计方案。由于受到传统船舶设计方法的限制,即使应用现有最先进的设计平台,船舶设计过程也只能沿设计螺旋单向进行。这种单向进行的设计过程没有充分反应出船舶各设计节点之间的联系,前面节点的设计结果只能作为后续节点的固定设计背景,不能有效地对各设计方案进行即时的反馈和修改,局部的修改将会导致关联设计任务的全部重新设计,降低了船舶总体设计的设计效率。因此,本论文在传统船舶设计螺旋的基础上,提出了一种使螺旋双向可逆的船舶设计方法和理念。在船舶各项任务的设计过程中预制关联设计任务所需的设计参考和设计约束,使船舶各设计过程的特征和属性相互关联起来。在各设计任务之间实现局部范围的螺旋设计过程,从而提高船舶总体设计的效率。分别针对船体线型设计、船舶分舱布置和船舶机舱规划等几个重要的船舶设计节点的双向可逆设计理念的具体应用展开一系列研究工作,具体研究内容包括以下几点：基于传统线型图和型值表的船体线型表达方法,分析船体线型各设计元素之间的层次结构和逻辑关系,提出了船体线型的基于特征属性关联的数据结构。研究船舶各节点的设计过程所需的形状参考和位置参考,通过参数化设计方法将参考信息归纳到船体线型设计过程中,建立船体线型与其它设计任务之间的联系。提出了船体线型数据结构的信息化的表达方法和参数化的三维建模方法,支持船体线型的快速设计和修改过程,并实现后续设计对船体线型的逆向反馈设计过程。根据船体线型的数据结构,分别从整体和局部对船体线型进行变换和修改,从而验证船体线型数据结构在船体线型设计中的指导作用。基于属性化的船体线型数据结构,分析不同类型船舶主船体货舱内壳的结构形式,提出了货舱内壳结构的参数化表达方法。研究主船体内壳结构的形状和构成,通过参数化设计方法定义内壳各组成部分的位置和尺寸。提出了改进的粒子群算法,在满足法规和规范要求的基础上,以最大化货舱容积和最小化压载舱容积为优化目标,对货舱内壳结构的各形状参数进行优化。对50000 DWT成品油船和174000 DWT散货船的主船体货舱内壳结构进行优化,验证改进粒子群算法在船舶分舱优化布置问题中的有效性和先进性。基于参数化的船舶分舱布置方案,分析船舶管路布置的基本特性和约束条件,建立船舶管路优化布置的数学模型。提出了改进的蚁群遗传算法优化船舶单管路布置问题,该算法通过将蚁群算法和遗传算法相结合,依据船舶管路的布置方法制定相应的计算策略等方式,提高改进的蚁群遗传算法的计算性能。还提出了相同种群且种群间为互利共生关系的协同进化算法优化船舶多管路布置问题,该算法以改进的蚁群遗传算法作为各种群进化方法,获得各管路路径相互配合的最优布置方案。分别通过数值模拟实验和实际工程算例,验证了两种算法求解船舶管路优化布置问题中的可行性和先进性。基于船舶机舱布置的基本流程和基本准则,分析船舶机舱内设备布置和管路布局之间的设计关系,建立船舶机舱优化布置的数学模型。根据船舶机舱中设备位置和管路路径之间的位置约束,提出不同种群且种群间为互利共生关系的协同进化算法优化船舶机舱布置问题,该算法分别采用粒子群算法和改进的蚁群遗传算法对代表设备和管路的种群执行进化过程,获得使设备位置和管路路径都能够达到最优布置效果的船舶机舱布置方案。并将该算法分别应用于数值模拟实验和实际工程算例验证,验证该协同进化算法在求解船舶机舱优化布置问题中的可行性和先进性。针对船舶设计过程中各设计节点间缺乏联系降低设计质量和效率的问题,本文提出沿船舶设计螺旋双向可逆的设计方法,以船体线型的基于特征属性关联的数据结构为基础,分别对船舶分舱布置、管路布局和船舶机舱规划等设计过程展开研究,提出相应的设计方法和优化方法。对于解决不同设计过程之间有针对性的修改、避免盲目的重复设计,以及提高船舶的设计质量和设计效率具有重要的研究意义。