论文部分内容阅读
摘 要：针对PSPC新技术标准的强制性实施，船体结构送审设计需要做一些改进性的措施，以降低船厂施工的难度和强度，从设计源头上减小压载舱涂装工作强度，最大程度降低造船成本，提高造船能力。
关键词：PSPC；压载舱；涂装；打磨；结构送审设计
2006年12月8日，在土耳其伊斯坦布尔召开的国际海事组织（IMO）海上安全委员会第82次会议（MSC82）上，正式通过了《船舶专用海水压载舱和散货船双舷侧处所保护涂层性能标准》（以下简称“PSPC ”Performance Standard for Protective Coatings）。
1 PSPC标准概述
当前，世界范围内每年都有不胜枚举的由于压载舱腐蚀而造成结构强度降低后致使的海难事件，造成了巨大的人员及经济损失，同时也对国际海洋环境造成污染。IMO在各船东国的强烈要求的压力下制定并出台了《船舶专用海水压载舱和散货船双舷侧处所保护涂层性能标准》。本规范的目的是使压载舱涂层能够达到15年的目标有效期限，以减少船体的腐蚀。
2 标准执行时间和范围
（1）500总吨以上所有类型船舶专用压载舱（包括双层底压载舱，边压载舱及艏艉压载舱等）和船长在150m长度以上的散货船双舷侧处所；（2）签订建造合同日期在2008年7月1日及以后的船舶；（3）如没有签订建造合同的，在2009年1月1日及以后铺龙骨的船舶；（4）在2012年7月1日及以后交船的船舶。
3 海洋平台供应船设计建造周期现状，压载舱分布及结构特点
因目前全球海洋钻井平台的建造猛增，导致海洋平台供应船（以下简称海工船）随即需求量急剧增加，船东为尽快接船盈利，从而要求船厂造船周期越短越好，迫使此类型船造船周期非常短，快则5到6个月，通常送审设计开始后1～2个月船厂建造就开始，形成一个设计。建造和送审几乎同步进行模式，因此有许多因设备订货原因，导致其部分结构需后续增加，如甲板机械基座加强等，因此结构送审设计无法保证它的完整性，尽管如此，对于比较重要的结构部分，还是应着重考虑，特别是压载舱区域结构的完整性。此区域考虑的应该是设备基座等加强，如边压载舱区域有系泊设备，甲板机械设备等加强；双层底压载舱区域的内底板上机舱内主辅机基座加强，水泥罐底座加强等等，尽量在送审设计时对此结构区域一并考虑，保证其结构的完整性，避免后续因部分结构增加破坏分段的涂层，达不到PSPC标准要求，最终导致返工。
海工船压载舱主要分布为边压载舱，双层底压载舱和艏.艉尖压载舱等。因目前海工船船长在30～120m之间，船型都比较小，其压载舱空间狭窄，结构繁琐，通常边舱宽度最小1m左右，双层底舱高最小约0.9m左右，并且普通型材一般选用角钢（主要原因为角钢相比球扁钢单位重量利用率高，降低船体重量，另外使用角钢，船舶空间利用率高），如此狭窄的空间和繁琐的结构，导致施工空间比较小，施工难度大，以及角钢的设置造成型材自由边多，打磨长度增加，这些是对PSPC的实施是一个极大的挑战。
4 结构送审设计应对PSPC的对策实例
显然，船舶送审设计是应对PSPC的源头，尤其是船舶结构的设计。结构设计是否合理直接影响到船厂施工，优化的结构设计将对船厂施工应对PSPC标准有直接的帮助。
下面从船舶结构设计的几个主要典型的优化设计以应对PSPC：
4.1 边压载舱结构设计优化
边压载舱结构特点：结构空间在船宽方向狭窄，在垂直方向通常设舷侧肋骨和纵舱壁扶强材，水平方向的水平桁，以及甲板处设有纵骨，如此狭小的空间和复杂的舷侧结构设置，对船厂焊接，打磨，涂装符合PSPC标准无疑是一巨大困难。
设计优化应对PSPC策略：
（1）甲板纵骨和舷侧外板纵骨由角钢改成球扁钢。优点：球扁钢自由边少，直接减少自由边打磨长度，减少工人劳动强度；另外，同等剖面模数的球扁钢和角钢，球扁钢腹板高，球头宽度比角钢面板宽度小，增大了焊接.打磨及涂装空间，降低了施工难度；缺点：因同等剖面模数的球扁钢和角钢，球扁钢单位长度的重量稍大，从而增加部分船体的重量，但因结构修改仅在压载舱，对总的船舶重量影响不大。
（2）综合考虑此设计的优化，利大于弊，船东和船厂都可以接受。压载舱周边舱壁扶强材朝向改变。扶强材由通常设置在压载舱内改到舱外或背面其他液舱内。优点：①直接减少压在舱纵舱壁的扶强材，大大降低了压载舱结构，增大了施工空间增加，降低了打磨和涂装工作强度和难度；②扶强材朝向舱外，如压载舱紧临机舱或者舵机舱，改变扶强材后，避免将来因后续在纵舱壁焊接工作对压载舱涂层的破坏，如某些设备的重量油柜需安装在纵舱壁，可以直接焊接到机舱内的扶强材上，不会破坏压载舱纵壁内的涂层；缺点：机舱由于空间变小，对机舱空间放样有所影响。
综合考虑此设计的优化，利远远大于弊。
（1）压载舱上面甲板机械基座等加强提前考虑，尽量保证此部分结构的完整性，另外结构加强的优化处理，如使用用扁铁或球扁钢加强，避免采用角钢和复杂的结构形式，也是对压载舱涂装工作有帮助；（2）流水孔透气孔的布置在满足规范要求下尽量少并且注意位置布置；渐少打磨工作量，以及避免死角，降低涂装工作难度。
4.2 双层底压载舱结构设计优化
双层底压载舱结构特点：双层底层高较低，最小约0.9m左右，导致施工空间狭小，并且肋板有扶强材，以及减轻空. 贯穿孔.流水孔和透气孔的布置繁琐，都会给结构的打磨涂装带来困难。
设计优化应对PSPC策略：
（1）取消肋板的扶强材，合理布置肋板上开孔（减轻空，贯穿孔，流水孔和透气孔）。此结构形式最大程度地改善了双层底结构内施工空间，施工强度及施工难度，是比较好的优化设计，对船厂来讲几乎全都是有利的，只是对送审设计来讲，增加了部分工作量。
现就设计对此结构形式作简单概述：取消肋板扶强材的结构设计，因规范对此形式没有明确的直接计算条款，属于规范中特殊结构形式，需作具体结构分析（to be considered case-by-case）。因不同位置肋板受力形式及大小不同，需作不同位置的受力分析，但就肋板强度要求分析，主要研究其屈服强度和屈曲分析即可，根据其受力及不同位置，可创建局部双层底肋板结构有限元模型进行受力分析，图3和4是对屈服强度和屈曲有限元分析的实船建模截图。
取消肋板的扶强材的结构设计形式虽然给结构送审设计工作增加了部分工作量，但大大减少了生产设计及船厂施工工作量，对造船整个过程是非常大的帮助；
（2）提前考虑双层底压载舱区域内底板上设备基座加强，尽量保证此部分结构的完整性，避免后续结构增加对涂层的破坏，防止返工；优化内底板上设备基座加强，降低双层底舱内施工难度，如用扁铁或球扁钢加强，避免实用角钢和复杂的结构形式。
4.3 艉压载舱结构设计
（1）甲板纵骨选用自由边少的球扁钢；（2）尽量减少朝向压载舱的扶强材；（3）提前考虑尾部分段上设备基座加强，保证其结构的完整性。（4）流水孔透气孔的布置在满足规范要求下尽量少并且注意位置布置；渐少打磨工作量，以及避免死角，降低涂装工作难度；
5 结语
本文是根据目前海工船舶送审设计中结构部分为应对PSPC标准作出的几点简单切实可行的优化方案，分别对舷侧压载舱，双层底压载舱和艉压载舱作出简单的描述性优化方案，希望对目前在建或将要建造的类似船型提供一些思路和启发。随着设计人员对PSPC标准的不断深入认识，相信必将会在船舶设计，特别是结构送审设计中不断优化设计，以及研发新的结构形式，以更好的应对PSPC标准的实施，提高我国造船能力和水平。
参考文献
[1]何秀容.75m海洋平台供应船生产设计优化方案[J].机电技术，2013，（4）：126-128.
[2]现代造船模式研究的应用研究[D].上海船舶工艺研究所，2007.
（作者单位：1.青岛远洋船员职业学院 航海系；2.青岛远洋船员职业学院 机电系）
关键词：PSPC；压载舱；涂装；打磨；结构送审设计
2006年12月8日，在土耳其伊斯坦布尔召开的国际海事组织（IMO）海上安全委员会第82次会议（MSC82）上，正式通过了《船舶专用海水压载舱和散货船双舷侧处所保护涂层性能标准》（以下简称“PSPC ”Performance Standard for Protective Coatings）。
1 PSPC标准概述
当前，世界范围内每年都有不胜枚举的由于压载舱腐蚀而造成结构强度降低后致使的海难事件，造成了巨大的人员及经济损失，同时也对国际海洋环境造成污染。IMO在各船东国的强烈要求的压力下制定并出台了《船舶专用海水压载舱和散货船双舷侧处所保护涂层性能标准》。本规范的目的是使压载舱涂层能够达到15年的目标有效期限，以减少船体的腐蚀。
2 标准执行时间和范围
（1）500总吨以上所有类型船舶专用压载舱（包括双层底压载舱，边压载舱及艏艉压载舱等）和船长在150m长度以上的散货船双舷侧处所；（2）签订建造合同日期在2008年7月1日及以后的船舶；（3）如没有签订建造合同的，在2009年1月1日及以后铺龙骨的船舶；（4）在2012年7月1日及以后交船的船舶。
3 海洋平台供应船设计建造周期现状，压载舱分布及结构特点
因目前全球海洋钻井平台的建造猛增，导致海洋平台供应船（以下简称海工船）随即需求量急剧增加，船东为尽快接船盈利，从而要求船厂造船周期越短越好，迫使此类型船造船周期非常短，快则5到6个月，通常送审设计开始后1～2个月船厂建造就开始，形成一个设计。建造和送审几乎同步进行模式，因此有许多因设备订货原因，导致其部分结构需后续增加，如甲板机械基座加强等，因此结构送审设计无法保证它的完整性，尽管如此，对于比较重要的结构部分，还是应着重考虑，特别是压载舱区域结构的完整性。此区域考虑的应该是设备基座等加强，如边压载舱区域有系泊设备，甲板机械设备等加强；双层底压载舱区域的内底板上机舱内主辅机基座加强，水泥罐底座加强等等，尽量在送审设计时对此结构区域一并考虑，保证其结构的完整性，避免后续因部分结构增加破坏分段的涂层，达不到PSPC标准要求，最终导致返工。
海工船压载舱主要分布为边压载舱，双层底压载舱和艏.艉尖压载舱等。因目前海工船船长在30～120m之间，船型都比较小，其压载舱空间狭窄，结构繁琐，通常边舱宽度最小1m左右，双层底舱高最小约0.9m左右，并且普通型材一般选用角钢（主要原因为角钢相比球扁钢单位重量利用率高，降低船体重量，另外使用角钢，船舶空间利用率高），如此狭窄的空间和繁琐的结构，导致施工空间比较小，施工难度大，以及角钢的设置造成型材自由边多，打磨长度增加，这些是对PSPC的实施是一个极大的挑战。
4 结构送审设计应对PSPC的对策实例
显然，船舶送审设计是应对PSPC的源头，尤其是船舶结构的设计。结构设计是否合理直接影响到船厂施工，优化的结构设计将对船厂施工应对PSPC标准有直接的帮助。
下面从船舶结构设计的几个主要典型的优化设计以应对PSPC：
4.1 边压载舱结构设计优化
边压载舱结构特点：结构空间在船宽方向狭窄，在垂直方向通常设舷侧肋骨和纵舱壁扶强材，水平方向的水平桁，以及甲板处设有纵骨，如此狭小的空间和复杂的舷侧结构设置，对船厂焊接，打磨，涂装符合PSPC标准无疑是一巨大困难。
设计优化应对PSPC策略：
（1）甲板纵骨和舷侧外板纵骨由角钢改成球扁钢。优点：球扁钢自由边少，直接减少自由边打磨长度，减少工人劳动强度；另外，同等剖面模数的球扁钢和角钢，球扁钢腹板高，球头宽度比角钢面板宽度小，增大了焊接.打磨及涂装空间，降低了施工难度；缺点：因同等剖面模数的球扁钢和角钢，球扁钢单位长度的重量稍大，从而增加部分船体的重量，但因结构修改仅在压载舱，对总的船舶重量影响不大。
（2）综合考虑此设计的优化，利大于弊，船东和船厂都可以接受。压载舱周边舱壁扶强材朝向改变。扶强材由通常设置在压载舱内改到舱外或背面其他液舱内。优点：①直接减少压在舱纵舱壁的扶强材，大大降低了压载舱结构，增大了施工空间增加，降低了打磨和涂装工作强度和难度；②扶强材朝向舱外，如压载舱紧临机舱或者舵机舱，改变扶强材后，避免将来因后续在纵舱壁焊接工作对压载舱涂层的破坏，如某些设备的重量油柜需安装在纵舱壁，可以直接焊接到机舱内的扶强材上，不会破坏压载舱纵壁内的涂层；缺点：机舱由于空间变小，对机舱空间放样有所影响。
综合考虑此设计的优化，利远远大于弊。
（1）压载舱上面甲板机械基座等加强提前考虑，尽量保证此部分结构的完整性，另外结构加强的优化处理，如使用用扁铁或球扁钢加强，避免采用角钢和复杂的结构形式，也是对压载舱涂装工作有帮助；（2）流水孔透气孔的布置在满足规范要求下尽量少并且注意位置布置；渐少打磨工作量，以及避免死角，降低涂装工作难度。
4.2 双层底压载舱结构设计优化
双层底压载舱结构特点：双层底层高较低，最小约0.9m左右，导致施工空间狭小，并且肋板有扶强材，以及减轻空. 贯穿孔.流水孔和透气孔的布置繁琐，都会给结构的打磨涂装带来困难。
设计优化应对PSPC策略：
（1）取消肋板的扶强材，合理布置肋板上开孔（减轻空，贯穿孔，流水孔和透气孔）。此结构形式最大程度地改善了双层底结构内施工空间，施工强度及施工难度，是比较好的优化设计，对船厂来讲几乎全都是有利的，只是对送审设计来讲，增加了部分工作量。
现就设计对此结构形式作简单概述：取消肋板扶强材的结构设计，因规范对此形式没有明确的直接计算条款，属于规范中特殊结构形式，需作具体结构分析（to be considered case-by-case）。因不同位置肋板受力形式及大小不同，需作不同位置的受力分析，但就肋板强度要求分析，主要研究其屈服强度和屈曲分析即可，根据其受力及不同位置，可创建局部双层底肋板结构有限元模型进行受力分析，图3和4是对屈服强度和屈曲有限元分析的实船建模截图。
取消肋板的扶强材的结构设计形式虽然给结构送审设计工作增加了部分工作量，但大大减少了生产设计及船厂施工工作量，对造船整个过程是非常大的帮助；
（2）提前考虑双层底压载舱区域内底板上设备基座加强，尽量保证此部分结构的完整性，避免后续结构增加对涂层的破坏，防止返工；优化内底板上设备基座加强，降低双层底舱内施工难度，如用扁铁或球扁钢加强，避免实用角钢和复杂的结构形式。
4.3 艉压载舱结构设计
（1）甲板纵骨选用自由边少的球扁钢；（2）尽量减少朝向压载舱的扶强材；（3）提前考虑尾部分段上设备基座加强，保证其结构的完整性。（4）流水孔透气孔的布置在满足规范要求下尽量少并且注意位置布置；渐少打磨工作量，以及避免死角，降低涂装工作难度；
5 结语
本文是根据目前海工船舶送审设计中结构部分为应对PSPC标准作出的几点简单切实可行的优化方案，分别对舷侧压载舱，双层底压载舱和艉压载舱作出简单的描述性优化方案，希望对目前在建或将要建造的类似船型提供一些思路和启发。随着设计人员对PSPC标准的不断深入认识，相信必将会在船舶设计，特别是结构送审设计中不断优化设计，以及研发新的结构形式，以更好的应对PSPC标准的实施，提高我国造船能力和水平。
参考文献
[1]何秀容.75m海洋平台供应船生产设计优化方案[J].机电技术，2013，（4）：126-128.
[2]现代造船模式研究的应用研究[D].上海船舶工艺研究所，2007.
（作者单位：1.青岛远洋船员职业学院 航海系；2.青岛远洋船员职业学院 机电系）