船舶优化设计篇（1）

0 引 言

近年来，随着长江“黄金水道”沿岸经济带的高速发展，以上海港为龙头的长江沿岸港口货物吞吐量增长较快，进出长江的船舶与南北大通道的船舶在长江口水域产生大量的交叉和汇聚，船舶航迹分布复杂，船舶交通流之间冲突点多。尤其是从中浚高潮前5 h开始，大量外籍船舶按照引航计划起锚进入长江口，其驾驶员与南北大通道航行船舶驾驶员之间语言沟通不畅，导致一些迟来的船舶“抢”计划、“抢”位置，从而造成船舶间避让不协调，船舶交通流之间冲突强度大。本文对2008年版长江口船舶定线制未能解决的问题进行分析，力求降低各船舶交通流之间的冲突强度和等级，避免出现外籍船舶起锚后进入长江口与南北大通道船舶直角交会的局面，以缓解现有长江口水域通航安全压力，降低该水域通航风险，为海事管理部门决策提供建议和理论依据。

1 长江口船舶定线制概况

长江口地处我国南北海岸线中部的长江黄金水道与沿海南北大通道的交汇处，自2002年9月1日起，长江口开始实施船舶定线制，由3个圆形警戒区、11个通航分道和11条分隔线组成。而后海事管理部门根据实际运行效果对该水域进行优化，将原先3个警戒区简化为A、B两个警戒区，简化通航分道并调整相关灯浮和锚地分布。2008年6月1日起施行的新版本长江口船舶定线制见图1。

2 长江口船舶定线制拟解决的问题

2.1 长江口警戒区存在安全风险

2008年版长江口船舶定线制在2002年版的基础上作了简化，并很好地对接了长江口深水航道治理三期工程，对梳理船舶交通流有着较为理想的效果。[1] 但是，当南北大通道的船舶与东西向的船舶因下列3种情况积聚时，其间的交通流冲突并没有得到解决。

（1）在正常天气条件下，中浚高潮前5 h左右，长江口水域开始初涨，大批船舶开始从海上或锚地起锚驶进引航作业区水域或进入通航分道、警戒区，然后分别从长江口深水航道、南槽航段进入，直至中浚高潮时结束。

（2）因风、雾等恶劣天气导致上海港南北槽封航，待天气和能见度好转、船舶交通管理系统（VTS）解除禁令后，此时耽搁的船舶必然鱼贯而入，从而导致船舶积聚。

（3）因特殊船舶进出、发生船舶故障、海事和军事演习等导致临时交通管制，待管制结束后出现船舶交通流积聚情况。

当船舶交通流积聚时，大量外籍船舶与南北大通道上的本国船舶密集交汇且沟通不畅，导致避让难度加大，存在重大安全隐患。排队等待进长江口上引航员的外籍船舶与南北大通道上的船舶之间交通流冲突见图2。

2.2 船舶交通流复杂

根据对A警戒区内交通流量长期观察结果，该区域船舶交通流较为复杂，主要有以下几个情形：大型船舶进出长江口深水航道、采用我国沿海南北习惯航线、出港的小型船舶在A警戒区附近转向北上、从长江口1号锚地起锚驶往南北槽进港等。

按照常规，D3通航分道沿南北方向的延长线为管制线，也就是说船舶在进入管制线以前都是根据自身计划（其中交管时间期间按交管批复时间）安排进入长江口的。那么，在长江口初涨或临时管制解封后，进入长江口的船舶分别从A、C1通航分道汇聚至长江口A警戒区（见图3），其中不乏有大型重载船舶和大型超宽船舶。由于长江口灯船至D3通航分道水域过于狭小，造成很多船舶间来不及沟通便已经汇聚至报告线水域的尴尬，往往还会出现按照计划原本应该优先进入长江口的船舶却被堵在后面的情况。

2.3 长江口锚地容量不足

由于长江口现有锚地无法满足进出上海港船舶锚泊的需要，经常会有船舶锚泊于长江口锚地边线以外，甚至侵占A通航分道。

3 优化方案设计

3.1 优化方案的主要原则

3.1.1 安全第一

海上航行安全最为重要，航道规划应充分满足通航的安全性，以适应港口未来发展的需要。

3.1.2 兼顾经济、环保效益

在确保通航安全的情况下，航道规划应充分考虑航运企业的经济效益，减少不必要的经济支出；同时不能对海上环境构成威胁，确保海上环境不因航道规划而遭受破坏，以促进海上交通和谐。

3.1.3 充分考虑航海习惯

长江口是大型船舶进入长江的唯一入口，中外船舶汇聚于此，对于长江口船舶定线制而言，最终的受用者是广大国际海员。因此，在制定优化方案时需要充分尊重国际海员的航海习惯，同时充分考虑优化后通航分道与原有航道之间的延续性，尽可能少作改动，以便于航经此水域的驾（引）人员掌握、理解和执行。

3.2 优化方案调整的主要内容

从缓解既定方案的突出矛盾、提高通航安全性、兼顾航运企业经济效益和海上环保效益及优化方案实用性等角度出发，充分征询有经常航行于长江口水域经历的船长、引航员的意见，建议性地描绘出长江口船舶定线制优化方案（见图4），其主要内容如下：

（1）取消原有C1和C2通航分道。

（2）将A通航分道向正东方向延长20 n mile，并相应增加C警戒区和C1、C2、C3通航分道。

（3）将B通航分道向正东方向延长20 n mile，并相应更名为B2通航分道；相应增加D警戒区和D1、D2通航分道，并保留B警戒区和原有C3通航分道。

（4）将长江口1号锚地向正东方向延展并扩充为长江口1号锚地和2号锚地，将原有长江口2号锚地向正东方向延展并扩充为长江口3号锚地和4号锚地，深水航道D5灯浮正北面的锚地维持原状不变。

（5）A警戒区与B警戒区之间及A警戒区北侧水域实施限制性通航，即航行于北槽及江苏、浙江附近口岸的船舶可以使用该限制性分道，但必须提前报备，谨慎驾驶，同时现场必须征得VTS同意。

（6）其余相应增加相关灯浮和虚拟浮标。

4 优化方案总体评价及说明

4.1 安全性评价

李松等[2]提出两艘或多艘船舶在一定的时间和空间上彼此接近到一定程度时，若不改变其运动状态，就有发生碰撞的危险，这种现象称为水上交通冲突，同时引入“交通冲突技术”对水上交通冲突的发生过程及其严重性进行定量测量和判别，并应用于安全评价和预测。评价警戒区交通冲突严重性的4个指标分别是冲突点数量、冲突区域的复杂性、冲突出现频率和冲突等级。本文以北槽与南槽水域作为比较单元，按照以上4个指标对船舶定线制优化前后两个水域的警戒区冲突情况对比作简要评价（见表1）。[3]

由表1可知，船舶定线制优化以后，北槽水域警戒区外移，避让余地更大，对缓解在锚地起锚进入引航作业区的船舶与南北大通道上的船舶之间水上交通冲突作用明显，水域安全性将会明显提高；南槽水域虽然“多”出一个警戒区，冲突点数量有所增加，但优化方案会分隔一部分船舶流，减小局部水域船舶密度，使船舶冲突强度和等级均有所下降，水域安全性将会有所提高。[4]

4.2 兼顾经济效益

南北大通道整体向东“搬迁”，将会大大提高该水域的安全性，从而减少航经此地的船舶因航行安全引发的经济损失，但同时会使得部分船舶产生一定程度的绕航，增加绕航船舶的经济负担，尤其是从上海港至江苏、浙江附近港口的船舶绕航明显。

在提高船舶通航安全性的基础上，设计方案充分考虑航经该水域船舶的经济效益，减少不必要的绕航，保留B2通航分道，对南槽出口南下的船舶以及浙江沿岸北上由南槽进口的船舶均不会造成影响。同时，保留A警戒区北侧水域、A警戒区与B警戒区之间的限制性通航，减少船舶在北槽水域和浙江附近港口之间的绕航。

4.3 兼顾社会和环保效益

船舶主机在额定功率的60%以下运行时，将会造成柴油机气缸内柴油燃烧不良，运转效率下降、滑油消耗率增加，使燃烧室部件、排气系统和增压系统产生严重的燃气污染。因此，优化方案实施以后将大大提高长江口水域船舶运转的通畅度，减少主机换挡、停复主机及低速航行的次数，减少主机内柴油不充分燃烧及其产生的污染气体排放。

4.4 尊重航海习惯

长江口船舶定线制优化方案是在现有基础上将南北大通道整体向正东方向“搬迁”20 n mile，尽可能地少作改动，以便于航经此水域的国际船舶海员对“新”方案的理解和适应。

5 结 语

长江口是整个长江航道系统的咽喉，是长江深水航道和南槽航道的重要组成部分。本方案从实际问题出发，在理论上寻求突破口，为海事管理部门在制定方案时提供理论建议和参考。但是，长江口船舶定线制优化设计方案在提高长江口船舶通航安全性的同时，也造成部分船舶绕航和海事部门监管投入成本增加等不利影响。长江口船舶定线制的设置直接影响到整个上海港的船舶安全及进出上海港船舶交通的畅通或阻滞，因此需要作进一步深入研究和评估，权衡利弊。

参考文献：

[1] 陈旭海，詹海东.长江上海段圆圆沙警戒区航行规则的思考[J].航海技术，2009（3）：18-19.

船舶优化设计篇（2）

一、引言

在船舶结构直接计算中，外载荷(包括波浪压力、砰击载荷、货物压力、晃荡载荷、波浪弯矩、剪力和扭矩等)[1]的计算都依赖于经验公式，不管是采用全船的计算模型还是采用舱段的计算模型，目前情况下很难得到一个完全平衡的外载荷力系。由于船舶结构是一个复杂的空间结构，直接计算时，有限元模型中节点数、单元数十分庞大，载荷计算的累计误差使得寻求一个完全平衡的外载荷力系的工作更加困难。在这种情况下，施加合理、合适的边界条件变得十分重要，因为约束点产生的很大的反力严重地影响(改变)了结构的实际受力状态。边界条件对于计算的结果有重大的影响，而边界条件的确定取决于对结构受力和变形状态的判断以及分析者的经验，其中人为的因素较多。也许可以认为根据StVenant原理，由于约束点距离我们最关心的部位较远，对应力分布的计算结果的影响有限，但是这样得到的结果毕竟是不甚合理的。因此用有限元方法计算船舶结构强度时，为了得到比较准确的变形和应力结果，可能需要特殊的处理方法。目前的研究中有采用惯性释放的方法[2]，此方法用结构的惯性力来平衡外力，由于人为的施加外载荷，虽然在大多数情况下，都经过了节点力的调整，但作用在船体的力系仍然不是平衡力系，根据达朗贝尔原理，利用惯性力使整个力系达到平衡。也有研究整船有限元模型自动加载技术的[3]，这些研究都需要经过节点力的调整和惯性平衡力计算的多次叠代，对船舶要进行浮态调整，实现起来，比较繁琐。

本文基于优化设计的思想，提出了一种应用ANSYS优化设计分析功能进行船舶浮态的自动调整及加载的方法，使得施加在有限元模型的整个外载荷几近于平衡力系，约束点的支反力接近于零，通过算例证明了该方法的可行性。

二、ANSYS优化设计理论及其应用于船舶浮态自动调整及加载

ANSYS优化设计分为目标优化设计和拓扑优化设计两种。目标优化设计是一种通过迭代试算以确定最优化设计方案的技术[4]。所谓“最优设计”，指的是该种方案可以满足所有的设计要求（如应力低于许用应力，长度小于临界长度），而且目标量的支出（如重量、面积和费用等）最小。一般来说，设计方案的许多方面都可以优化，如尺寸、形状、制造费用、自然频率等。所有可以参数化的ANSYS选项几乎都可以做优化设计。ANSYS优化设计实际就是程序提供了一系列的分析―评估―修正的循环过程，这一循环过程重复进行直到所有的设计要求都满足为止。ANSYS优化模块中的三大变量是设计变量、状态变量和目标函数，设计变量为自变量，优化结果的取得就是通过改变设计变量的数值来实现的，而实际上设计变量就是需要真正的进行设计的变量。状态变量是约束设计的数值，为因变量，是设计变量的函数。目标函数即为最后用以评估设计是否最优设计的量，一般来说是要尽量减小的量，它必须是设计变量的函数，也就是说目标函数的数值也必须随着设计变量的改变而改变。

本文的思路是基于ANSYS优化设计理论，我们将船舶首尾吃水定义为设计变量，也就是说将船舶模型的舷外水压力载荷作为我们设计的变量，再将单元的应力定义为状态变量，约束点处的支反力定义为目标函数，通过优化迭代设计，ANSYS优化设计程序将通过迭代试算自动寻找到船舶合理的也就是实际的吃水状态，使得目标函数值即约束支反力的大小接近于零，此时整个外载荷几近于平衡力系，得到的设计变量的解最接近船舶实际的吃水及浮态，这个解也就是我们所要寻找的最优解，寻找到最优解的这次迭代实际上也完成了船舶有限元模型合理的加载与计算。

整个优化程序设计的主要步骤为（1）用命令流参数化建立船舶有限元模型，船舶的吃水等设计变量用参数化的形式输入，并指定初始值，为了提取必要的状态变量以及目标函数，需要进行一次求解且用命令流提取并指定状态变量和目标函数，将船舶的吃水指定为设计变量，单元的应力指定为状态变量，约束处的支反力定义为目标函数，然后生成循环所用的分析文件，该文件包括整个分析的过程；（2）进行优化分析的设置，进入OPT，指定分析文件，声明优化变量，选择优化工具和优化方法，指定优化循环控制方式等。（3）运行优化程序，进行优化分析并查看设计序列结果和后处理。

三、算例

为了说明该方法的的可行性，本文对一柱体进行了基于优化设计的浮态调整。如图1所示，柱体的横截面为正方形，柱体上表面0-3000mm范围内的均布载荷为1/375 N/mm2，3000-7000mm范围内的均布载荷为3/800 N/mm2，7000-10000mm范围内的均布载荷为7/3000 N/mm2，首吃水的初始值B=300mm，尾吃水的初始值A=500mm，整个分析计算过程的APDL程序如下：

图1 柱体模型尺寸及载荷示意图（尺寸单位：mm）

/BATCH ASEL,A,LOC,X,10000

*SET,A,500! 定义设计变量初始值 ADELE,ALL,1

*SET,B,300 ASEL,S,LOC,Y,0

/PREP7！进入前处理建立有限元模型 ASEL,A,LOC,Y,1000

ET,1,SHELL63 ASEL,A,LOC,Z,1000

R,1,10, , , , , , AREVERSE,ALL

ET,2,LINK8 ESIZE,50,0

R,2,500, , MSHAPE,0,2D

MPTEMP,,,,,,,, MSHKEY,1

MPTEMP,1,0 ASEL,ALL

MPDATA,EX,1,,2.1E5 AMESH,ALL

MPDATA,PRXY,1,,0.3 N,0,-500,500

BLC4, , ,10000,1000 N,10000,-500,500

VEXT,all, , ,0,0,1000,,,, TYPE,2

VDELE, 1 MAT, 1

ASEL,S,LOC,X,0 REAL,2

ESYS, 0 D,NODE(0,0,500),,,,,,UX,,UZ,！施加约束

SECNUM, D,NODE(10000,0,500),,,,,,,,UZ,

TSHAP,LINE D,NODE(0,-500,500),,,,,,,UY,,

E,NODE(0,0,500),NODE(0,-500,500) D,NODE(10000,-500,500),,,,,,,UY,,

E,NODE(10000,0,500),NODE(10000,-500,500) ALLSEL,ALL

NSEL,S,LOC,X,0,3000 SOLVE ！第一次求解

NSEL,R,LOC,Y,1000 FINISH

FINISH /POST1！进入后处理

/SOL！进入求解器 SET,LAST

ANTYPE,STATIC ETABLE,STR,LS,1！提取状态变量值

SF,ALL,PRES,8000/(1000*3000) ！定义载荷 *GET,STR1,ELEM,ENEARN(NODE(0,-500,500)),E

TAB,STR

NSEL,S,LOC,X,3000,7000

NSEL,R,LOC,Y,1000 *GET,STR2,ELEM,ENEARN(NODE(10000,-500,50

0)),ETAB,STR

SF,ALL,PRES,15000/(1000*4000)

NSEL,S,LOC,X,7000,10000 *SET,C,ABS(STR1)

NSEL,R,LOC,Y,1000 *SET,D,ABS(STR2)

SF,ALL,PRES,7000/(1000*3000) *SET,W,500*（C+D） ！提取目标函数值

ALLSEL,ALL FINISH

*DIM,P1,TABLE,2,3,1,X,Y, LGWRITE,'OPT','lgw', ！生成优化分析文件

*SET,P1(0,1,1) , 0 /OPT ！进入优化处理器

*SET,P1(0,2,1) , B OPANL,'OPT','lgw',' '！指定分析文件

*SET,P1(0,3,1) , A OPVAR,A,DV,300,700, , ! 定义设计变量

*SET,P1(1,0,1) , 0 OPVAR,B,DV,200,600, ,

*SET,P1(1,1,1) , A/100000 OPVAR,C,SV,0,100, , ！定义状态变量

*SET,P1(1,2,1) , (A-B)/100000 OPVAR,D,SV,0,100, ,

*SET,P1(2,0,1) , 10000 OPVAR,W,OBJ, , ,10, ！定义目标函数

*SET,P1(2,1,1) , B/100000 OPSAVE,'OPT',' ',' '

NSEL,S,LOC,Y,0,1000 OPTYPE,FIRS！定义一阶方法

NSEL,U,LOC,Y,1000 OPFRST,8, , , ！最大8次迭代

SF,ALL,PRES,%P1% ！定义水压力载荷 OPEXE！开始优化分析

ALLSEL,ALL

程序在第3次迭代计算的时候，找到了最优解，此时设计变量A=320.84mm，B=279.07mm，目标函数W=4.2832 N，本次迭代同时也完成了模型合理的加载与计算。设计变量A、B对迭代次数的函数曲线见图2所示，目标函数W对迭代次数的函数曲线见图3所示。

理论计算结果为A=321.001mm，B=278.999mm，优化程序计算表得到的A值的相对误差为0.519%，B值的相对误差为0.025%，误差非常小，可见程序的计算是有效的。

图2A、B对迭代次数的函数曲线 图3W对迭代次数的函数曲线四、结论

有限元方法在船舶结构分析中已经得到广泛应用，由于船舶结构的复杂性，浮态的调整和舷外水压力的计算及加载要花费大量的精力，从算例可见，基于ANSYS优化设计分析可以用来自动处理这些工作，并能较好地接近理论计算的结果，因此该方法在船舶结构的直接计算中，具有一定的实用性。

参考文献

[1]王杰德，杨永谦. 船体强度与结构设计[M].北京：国防工业出版社，1995.

[2]张少雄，杨永谦. 船体结构强度直接计算中惯性释放的应用.中国舰船研究，2006，1（1）：58~61.

船舶优化设计篇（3）

中图分类号：TQ051 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（c）-0054-03

Optimization Design for the Manufacturing Process of the Ship Sintering Evaporator

ZHANG Hongdun

（School of Ocean，Yantai University，Yantai Shandong，264005，China）

Abstract：Highly efficient heat transfer systems play more and more important role in the development of modern marine engineering equipment. Compared with the ordinary evaporator，the sintering evaporator’s heat transfer performance is obviously enhanced，which provides reference to saving metal material and reduce size for ship evaporator.A new approach fabricating sintered micro-structured wicks is developed which can help to fabricate the uniform wicks on the sintered surface，which can also provides reference for sintering evaporator with different thickness and copper powder particles diameter by use sintering furnace.

Key words：Sintered particles Micro-channel Porous media Evaporator

中国作为最大的发展中国家，已跻身国际航运大国的行列，伴随着各种贸易的快速发展，我国每年进出口货物的93%～95%是通过船舶运输的方式来实现的，其中很多货物还要通过冷藏运输方式完成，同时，海上作业船、军舰、渔船等为了满足生产、生活以及特殊设备的需要，均需设置制冷装置，制冷装置已是船舶运行不可或缺的重要设备[1]。

船舶的运营成本成是航运经济性的重要指标，随着制冷技术应用的日益广泛以及燃油成本的不断提高，制冷装置消耗的能源也在不断增加，节能减耗是船舶营运经济性的重要发展方向。制冷蒸发器是制冷系统的关键部件，它的换热效率会直接影响制冷装置的能量消耗及效率，如何强化制冷蒸发器的换热系数是当前对制冷装置节能研究的热点之一。

强化传热的目的是适应和促进高热流密度的热交换[2]，以有效的冷却来保证高温部件的安全运行，以经济的手段来传递特定的热量，以高的效率来实现能源的充分利用[3]，确保设备和器件在安全运行的前提下，提高热交换系统的经济性，达到在总传热量一定的情况下减小传热温差或者在传热温差一定的前提下提高总传热量的目的 [4]。

烧结蒸发器的内壁具有多孔烧结表面，该烧结表面有很高的传热系数，可以有效的强化多孔侧传热，通过与同规格光滑管传热性能试验对比，其传热系数比光滑管提高了5～6倍[5]，是强化换热、降低金属耗材、提高能量利用率以及实现能量充分利用的良好换热表面[6]。烧结处理方式是强化传热中的被动技术，被动技术不需要额外消耗功率和其它附属设备，在完全失重或微重力环境中仍可工作，结构简单，运行可靠。

1 烧结表面强化传热原理分析

1.1 概念

烧结[7]是金属的粉末或粉末压坯在一定的温度和保护气体中受热所发生的过程和现象，烧结会使金属颗粒发生相互粘结，提高了密度，而且很多情况下，也会增加烧结体的强度。如果烧结工艺控制恰当，烧结体的机械性能、物理和密度可以接近同成分的致密材料。从工艺上来分，烧结被是一种热处理工艺，它把金属粉末或粉末压坯加热，在低于其基本成分熔点的温度下保温，然后以不同的方式或速度冷却到常温，烧结过程中会发生一系列的物理化学变化，粉末颗粒的聚集体成为颗粒的聚集体，从而得到所需要的物理、机械性能的材料或制品。

以铜粉烧结为例，一般的烧结工艺大致为：选取纯度在99.5%左右的铜粉，它的单体粒径控制在75～150 μm。首先，使用工具将铜管内部清理洁净，除掉毛刺，然后将铜管放到稀H2SO4中采用超声波清洗。清理洁净之后我们将得到一根无氧化物、内外壁都十分光滑的铜管。之后用一根细钢棍插到铜管里（要求工具准确地将细钢棍固定在铜管的中央，以保证铜粉填充均匀），将铜管的底部用铜片或堵头暂时堵住，随后就可以把铜粉颗粒倒入铜管了。填装完毕后就可以拿到烧结炉进行烧结。在烧结过程中，选氮气、氢气或真空作为保护气，同时，烧结温度的控制也很重要，一般情况下烧结炉最大温度控制在800℃～850℃（根据产品要求的渗透率确定）。烧结完之后需用一个辅助工具加紧铜管，使用专用工具把钢棍抽出即可[8]。严格按照上述过程制作的烧结式铜管，铜粉烧结块分布厚度均匀一致，各个部分的毛细结构渗透率大体相同。图1为烧结式铜管纵横截面剖面图，从图中可以看出铜管内壁面上形成的烧结吸液芯。

1.2 强化传热原理分析

烧结蒸发器是将一定目数的金属粉末烧结在管内表面从而形成与管壁一体的多孔介质，这种多孔介质有较高的毛细抽吸力，并较好地减小了径向热阻，可以实现细薄膜蒸发，该烧结式蒸发器可以兼顾高热传量和低热阻的考量。

在换热面上烧结金属颗粒后，加热面和粒子之间形成了许多空隙凹坑，从而增加了表面活化中心的数目。在核沸腾时，凹坑中的汽泡受到多孔介质有限空间的限制会在受热面附近形成汽区或汽团。多孔介质内的液体在汽区汽液弯月界面发生强烈的液体细薄膜蒸发，这种液体细薄膜主要存在于多孔介质的空隙中;另一方面，因为金属颗粒的导热系数好于沸腾工质的导热系数，所以，多孔烧结层对换热壁面而言相当于增加了翅片作用，并且由于烧结层具有很高的比表面积，使固液换热量得到很大提升，有利于细薄膜的受热与蒸发。蒸汽逸出烧结层和液体的补充是由相应的毛细通道的抽吸力来实现的。

根据以上分析，多孔烧结表面沸腾换热主要受液体的激烈细薄膜蒸发和烧结层中汽-液两相运动特性这两个因素的影响。随着这两个因素的改变会出现不同的传热特性。在低热负荷时，液体的细薄膜蒸发占主要地位，烧结层对沸腾换热起强化作用，这一区域称为传热控制区;而在高热负荷时，由于液体的补充和蒸汽的脱离受烧结层骨架结构的限制，减弱了传热强化性能，这一区域称为阻力控制区。在阻力控制区和传热控制区的临界转折点，换热系数达到最高，传热强化效果最好[6]。

2 烧结时芯棒对中固定存在的问题

烧结层是发生热量交换的场所，是换热芯最重要的部分，而要在细小的铜管内壁烧结铜粉颗粒层形成烧结式吸液芯，芯棒的对中和固定工艺非常重要，该工艺将直接影响到烧结颗粒层的成型，进而会影响到烧结蒸发器的强化传热性能[9]。

尽管目前的铜粉烧结流程早已成熟，但是在微小的铜管内表面烧结铜粉层形成烧结芯毛细结构却是一个难题。目前烧结时常用一根不锈钢棒作为芯棒，如图2所示，从紫铜管一端放入不锈钢芯棒和大堵头，从另一端装入铜粉颗粒，然后放上小堵头，随后放在烧结支架上，放入具有保护气体保护的烧结炉中进行烧结，烧结结束之后采用专用工具把芯棒与两个堵头取出。该方法虽然工艺简单，但存在下列两个缺点：

（1）由于芯棒较长，使用一根不锈钢棒作芯棒时，大堵头对对中其固定得不到控制，芯棒容易产生倾斜，对后续的铜粉颗粒填入不利，不利于保证烧结层厚度的均匀性;

（2）在不锈钢芯棒和铜管所形成的环形空间灌入铜粉颗粒后，装置在移动过程中铜粉颗粒容易从两端堵头处漏出来。

不锈钢芯棒在铜管中是否对中准确会对烧结层的性能非常大影响的影响：芯棒比较细长，如果在填入铜粉颗粒前没有准确地定中，则容易产生较大的挠度，单靠两端大小堵头是无法纠正的，制成的烧结层会出现偏心现象，如图3所示，偏心会导致芯棒抽出时的摩擦力增加，芯棒抽出时的运动会是曲线而不是直线，抽出时需要的外力较大，在抽出过程中容易导致烧结层的脱落而破坏烧结层。

3 烧结芯棒定位装置的优化

针对烧结蒸发器制造过程中芯棒定位不好烧结芯会出现偏心现象以及铜粉颗粒灌装后容易漏出的问题，本文设计了一套芯棒对中固定装置，如图4所示。

该装置中的烧结芯棒与定位支架做成一体，两者相对位置固定不变，通过两个定位孔和铜管外壁来实现铜管和烧结芯棒相对位置的精确定位，将紫铜管放入两个定位孔内，从另一端灌入铜粉，然后放入堵头防止铜粉漏出，放入烧结炉中进行烧结。

图4中所示装置的烧结芯棒直径为6 mm，两个定位孔直径为8 mm，按照此装置可获得规格为壁厚0.6 mm，烧结层厚度为0.4 mm，外径为8 mm的烧结式管。通过调节芯棒的高度和直径以及两个定位孔直径，可以制得不同大小的烧结式管，这一设计优化了现有的烧结定位工艺，为用烧结炉制造不同直径和烧结层厚度的烧结蒸发器提供了借鉴。

从图1所示铜管内壁烧结铜粉颗粒的显微组织图可以看出，对中良好的芯棒烧结出来的微热管铜粉颗粒分布均匀，致密性好，对称性好，已基本形成了均匀且界面分开的组织，铜粉颗粒均匀的表面可以为液体提供高的毛细压力。

4 结语

烧结蒸发器的强化传热性能要优于普通蒸发器，为船舶蒸发器缩小尺寸、节省金属耗材提供了参考，本文探讨了烧结蒸发器内表面烧结芯毛细结构的制造工艺，针对烧结芯棒对中困难及烧结铜粉颗粒灌装后容易漏出的问题，设计了一套优化方案，通过调节芯棒的直径和高度以及两个定位孔直径，可以制得不同规格的烧结式管，为用烧结炉制造不同直径和烧结层厚度的烧结蒸发器提供了参考，同时也为提高生产效率，得到均匀致密对称性好的烧结蒸发器提供了借鉴。

参考文献

[1] 费千.船舶辅机[M].大连：大连海事出版社，2000.

[2] Bergles A.E. Heat transfer enhancement the encouragement and accommodation of high heat fluxes[J].ASME Journal of Heat Transfer，1997（119）：8-19

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[4] Rohsenow W.M.，Hartnett J.P.，Ganic，E.N..Handbook of heat transfer applications[M].2nd edition.New York：McGraw-Hill，1985.

[5] 刘建新，金海波.多孔表面管沸腾传热试验研究[J].动力工程，1999，19（1）.

[6] 蒋绿林.多孔烧结表面强化沸腾换热最佳结构的研究[J].江苏石油化工学院学报，1995，7（4）.

船舶优化设计篇（4）

0 引 言

黄骅港煤炭港区是我国“三西”地区煤炭外运第二通道出海口，也是北煤南运和冬季电煤运输的重要港口，全港区煤炭通过能力达到万t，运营航线通达我国华东、华南沿海、台湾地区和日本、韩国以及东南亚部分国家。近年来，随着黄骅港煤炭港区的开发扩容，其吞吐量迅速攀升并实现跨越式增长，对增加神府-东胜煤田的煤炭外运量，保障华东、华南沿海地区能源供应发挥了十分重要的作用。本文结合黄骅港煤炭港区7万吨级船舶双向通航航道扩宽工程，针对港区通航重要辅助设施导标的配布调整进行分析和优化设计。

1 航道现状

黄骅港煤炭港区5万吨级船舶重载双向航道总长约44 km，内航道里程为 m，外航道里程为 m，航道挖泥边坡均为1∶5 （见图1）。

2012年12月6日，沧州海事局在黄骅市组织召开了“黄骅港煤炭港区航道双向通航推进会”，规定外航道里程尺度（见图1）～ m航段内只允许单向通航；其余航段允许3.5万吨级船舶双向通航，5万吨级船舶与2万吨级船舶双向通航。

2 导标现状

2.1 导标布置情况

目前，黄骅港煤炭港区陆域范围内共布置有外航道前、后导标10座（5组），内航道前、后导标10座（5组）。5组导标分别为：对应航道设计底边线布置南、北边线标；对应航道中心线布置中线标；对应分向航道航迹带中心线布置南、北中线标。导标布置断面见图2。

2.2 导标使用情况

单向通航时，船舶观察中线标航行，南、北边线标标示航道设计底边线；双向通航时，船舶观察南、北中线标航行，中线标标示分道通航水域的分隔线，边线标标示航道设计底边线。

经调研，内航道导标使用效果较好；外航道导标受能见度、导标背景条件、导标终导点距离等影响，使用效果欠佳。

3 航道拓宽工程

3.1 实施背景

近年来，船舶大型化趋势非常明显，但受通航规则限制，船舶平均在港停泊时间随运量增长而大幅增加，对港口服务水平产生较大影响。

由于5万吨级船舶暂时无法进行双向通航，故航道条件得不到充分利用，疏浚工程投资未产生应有的经济效益。另外，随着综合港20万吨级航道和南防波堤工程等周边设施的完善，将使煤炭港区防波堤口门处横流有所改善。因此，有必要调整现状航道的通航规则，允许大型船舶双向通航。

3.2 实施方案

航道里程尺度0～ m航段向北韧乜30 m，相应调整灯浮标，航道设计底高程仍为 14.0 m （标准段）、 15.0 m （口门段）。航道拓宽段可满足7万吨级散货船重载乘潮双向通航；拓宽段以外的航段，结合煤炭运输船舶重载出港、压载进港的特点，利用现状航道（航道挖槽宽度不变）北侧边坡水域作为可利用的通航水域，确定现状航道（全航道）可满足双向通航的船型组合。标准段和口门段航道拓宽断面分别见图3和图4。对于油船、化学品船等液体散货船及10万吨级散货船，仍按现状通航规则，采用单向通航。

4 导标调整方案

外航道导标因受能见度制约而目视效果欠佳，综合考虑导标迁移的成本与经济效益，此次拓宽工程暂不对外航道导标进行调整。

4.1 内航道导标调整方案设计

方案1：航道设计底宽4等分法。航道北边线标和北侧分向航道中心标位置不变，中心标向南侧移动15 m，南侧分向航道中心标、南边线标同时向南侧移动30 m。

方案2：航迹带法。航道北边线标位置不变，北侧分向航道中心标向南侧移动8 m，中心标向南侧移动15 m，南侧分向航道中心标向南侧移动，南边线标向南侧移动30 m。

4.2 方案比选

从导标引导效果来看，方案1和方案2均能保证导标有较好的引导效果。方案1符合引航习惯要求，但存在会船时两船间富余宽度较大，而船岸间富余宽度略低于规范要求的问题；方案2满足规范要求，但与引航习惯要求不一致。

经综合比较后发现，方案1基本接近规范要求，且移标数量少，工程费用低，又能满足引航部门的习惯要求。因此，推荐方案1作为导标调整方案（见图5）。

4.3 导标使用规则

4.3.1 单向通航

（1）进出港船舶观察导标的中线标航行。

（2）边线标标示通航水域边界线。单向通航断面示意见图6。

4.3.2 双向重载通航

以7万吨级船舶重载双向通航为例，导标使用规则如下：

（1）进出港船舶应观察导标的北中线标和南中线标航行，此时船长和引航员需注意北中线标和南中线标标示的位置比实际的航迹带中心线向航道边坡侧偏8.0 m。

（2）中线标标示分道通航水域的分隔线。

船舶优化设计篇（5）

关键词： 内河航运；船舶；标准化

Key words： inland shipping；ship；standardization

中图分类号：F552 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）36-0023-02

1 概述

盐城地处里下河水网地区，市内河流纵横交错，数量众多，境内现有航道287条，总里程4488.94公里，约占江苏省内河航道总里程的五分之一。近年来，随着内河航运的发展，内河船舶密度越来越大。为了提高盐城地区内河航运运输效率，促进地区经济的发展和节能减排，交通主管部门做了大量的工作，其中包括航道、船闸等大量的投入建设。船型能否实行标准化，能否与航道、船闸实现一体化影响着我国内河航运的进一步发展[1]。

2 发展现状

2.1 国家政策

近年来，交通运输部为推动内河船型标准化开展了一系列的工作，内河船型标准化工作也取得了一定的成绩。所谓标准船型是指在给定的航运环境下，通过技术经济论证而确立的技术性能和经济性能优良的船型[2]。为了推进内河运输船舶船型标准化工作，提高我国内河航运效率、节能减排，交通运输部于2012年12月25日在总结和分析前期推进京杭运河船型标准化工作以及已有标准船型研发成果的基础上，充分考虑航道、船闸等因素，经多方案技术经济优化论证，研究了京杭运河、淮河水系过闸运输船舶标准船型主尺度系列。

2.2 发展现状

盐城地区目前营运船舶约有13000多艘，由于历史原因盐城地区的船型千差万别，其中绝大部分为非标准化船型，且很大一部分船舶为200总吨以下小船。而对于盐城地区的新造船舶的尺寸基本上是按照船东的要求来，即船东想要什么尺寸的船，船厂就造什么样的船，导致船型复杂，直接影响到盐城地区船型标准化工作。近来，财政部和交通运输部针对航运发展受到运力过剩的问题，鼓励老旧船舶提前报废更新，以提高航运企业船舶技术水平、优化船队结构，促进节能减排、加强环境保护。盐城地区可以以财政补贴报废老旧船舶为契机，鼓励船东和航运公司建造标准化船型。

3 研究对策

船东要建造一艘新船首先要经过设计公司的设计，设计公司会根据船东的要求设计出满足现行法规、规范要求的图纸，图纸设计好后设计公司会把图纸送给图纸审查机构审查，图纸经过审图机构审核符合相应的法规、规范后，船厂根据设计好的图纸建造船舶。不管是船舶设计公司还是船舶建造厂、船舶检验机构，最终的用船部门为船东，船东要建造的船舶是为自己营运的需要。下面主要从设计公司、船舶检验机构、船厂三方面考虑，鼓励建造标准化船型。

3.1 设计公司

标准化船型是在分析和总结近年来的经验基础上总结出来的优秀船型，图纸设计人员要充分认识到船型标准化是内河航运发展的需要，也是节能减的需要。设计公司是标准化船型推进的第一道关口，设计人员要推荐标准化的优良船型给船东，并把相关的国家政策提供给船东，使船东了解相关的政策和标准化船型的诸多优势。由于标准化船型的图纸相对比较成熟，设计公司减轻了工作量，可以对船东的标准化船型设计费给与优惠。对于设计的非标准化船型，由于主尺度、主机等主要参数需要重新设计，增加了设计单位的设计负荷，设计公司可以适当增加图纸设计费用，从而最终鼓励船东建造符合国家标准化的船型。

3.2 船舶检验机构

图纸要经过船舶检验机构审查才可以申请建造新船，而且新船必须经过船舶检验机构检验合格才可以发放相关证书。对于验船机构，可以从以下两点入手：

①对于设计公司申请审查的标准化船型的图纸，由于船型标准、工作量较小，检验机构可以给与审图费适当优惠，且审图人员可以给与标准化船型的图纸优先审查。对于非标准化船型，船舶检验机构可以对相关国家政策贯彻，并且不予相关的优惠。

②对于船厂申请建造的标准化船型船舶，由于标准船型图纸比较完善，建造工艺比较成熟，给现场检验带来了便利，船舶检验机构可以给与检验费用优惠，并提供相当的奖励，鼓励船厂建造符合国家要求的标准化船型，而对于非标准化船型，船舶检验机构不予优惠。

船舶检验机构是船舶进入内河航行的最重要的一关，船舶检验机构可以联合海事、运管等相关机构给与政策上的支持共同保证国家船型标准化的实施。船闸管理机构可以对满足《主尺度系列》的标准化船型给与优先过闸，过闸费减免等利好政策。运输管理机构对于不满足《主尺度系列》的标准化船型给与营运证营运范围的缩减等相关政策。

3.3 船厂

船舶的建造成本和时间成本是船厂最关注的，标准化船舶由于船型的标准化，相似度较高，有利于船厂节省建造成本，有利于提高船厂的生产效率，有利于船厂的节能减排。具体表现在，一是减少开工准备时间和费用，二是避免建造过程中的返工，三是工人较为熟练，工作效率较高。对于建造标准船型，由于船厂的建造成本的降低，船厂可以减低船舶报价提高船厂和标准化船型的竞争力，从而鼓励船东建造标准化船型。

4 标准化船型实例

某船东建造一艘44.8m干货船（见图1），该船为单底、单舷、单甲板、单机、单浆型普通干货船，主要航行于京杭大运河。中部货舱区域用于载货，主要用于载运积载因素≥0.45m3/t的一般干杂货物。其主要量度如下，布置图如图1所示。

京杭运河、沙颖河-淮河干线过闸内河干散货船、液货船标准船型主尺度中京淮货-3标准船型主尺度的要求如表1所示。

设计吃水和载货吨级为参考值，对比表1船型主尺度可以看出该船主尺度满足京淮货-3标准船型主尺度要求。该船和另一艘44.8m相似干货船建造费用如表2所示。

相比于非标准化船型，由于是标准化船型，设计公司不需要重新设计，节省了大量的人力和时间，设计费相对较低；由于船型标准化，船厂在建造新船时熟练程度、建造速度、施工质量、成本控制等方面具有强大的优势，生产效率骤增，成本骤降，为船东节省了成本。

该船在以后的营运过程中，标准化船型由于可以优先过闸等优惠条件，将大大提高船舶的运输效率，为船东增加经济效益。

5 结束语

内河船型标准化是现代化内河水运体系的必备要素，也是内河水运节能减排的重要内容。文章主要从经济效益方面考虑鼓励设计公司、船厂、船东建造标准化船型，推进船型标准化工作。船舶检验机构作为推进船型标准化工作的重要部门，并应当联合相关部门出具相应的法律法规给予保障和推进。

参考文献：

船舶优化设计篇（6）

社会经济的不断发展给交通运输行业带来巨大的考验，车辆、船舶等交通运输加剧了 的排放，其在一定程度上影响了人们的身心健康以及社会经济的健康可持续发展，其中被认为是最清洁、最环保的船舶运输行业也不能幸免。因此，研究船舶运输行业的节能减排具有十分重要的现实意义。

一、船舶节能减排技术重要性

船舶节能减排是航运发展的需要，船舶运输努力的方向就是利用最合理的航速和耗油关系来获得最好的经济效益，对于船舶运输行业来说，船舶节能减排已经成为船舶企业落实科学发展观的关键步骤，其对建设资源节约型、环境友好型社会有着重要意义。在实际的船舶运输中，工作人员需要根据船舶运行航线、工况等实际的变化情况，对船舶实际运行中的耗油等进行分析以及修正，以便得到船舶实际的耗油数据，从而分析船舶实际的节能方式，为满足实际船舶运输需要奠定坚实基础。船舶节能减排也是我国法律法规的强制性要求，我国明确规定了到2020年，我国二氧化碳排放量会降低到16%，船舶运输单位运输周转耗能量降到15%，因此可以说船舶节能减排技术在一定程度上符合我国节能减排总体战略。

二、船舶节能减排的影响因素

1.船舶性能

船舶自身的性能会影响到船舶节能减排的效果，一般来说，不同船舶主辅机状态、涂装底漆以及污底情况、运营年限、型号以及船体浸水体积等都会对船舶节能减排产生不同影响。船舶主辅机是船舶运输过程中重要的耗能设备和安全设备，主辅机运行效率越高，船舶燃烧效率就越高，这样就可以适当降低船舶单位耗油量，在一定程度上对船舶节能减排工作起到重要作用；不同运营年限的船舶主机磨损程度不同，长时间运行的船舶主机磨损较大，其单位耗油量较大，对能源利用效率、污染物排放等存在一定的影响；不同型号的船舶抗风浪性能不同，其甲板受风面积以及船舶耐波性等都会对船舶节能减排效果产生一定的影响；船舶船体浸水体积会在一定程度上影响船舶兴波阻力，进而影响船舶节能减排效果。

2.环境因素

在船舶实际运行的过程中，环境因素会在一定程度上影响船舶燃料燃烧效率，进而船舶节能减排效率。具体来说，环境因素主要指的是船舶运行过程中的地理环境和自然环境，包括温度、气压、航道条件以及气象条件等，这些环境因素很大程度上会影响船舶耗油水平以及排放水平。例如大风会增加船舶运行阻力，影响船舶主机负荷，进而增加船舶耗油量；在海拔比较高的地区运行时，大气压力会随着海拔的升高而降低，空气含氧量也随之降低，这样船舶燃料就不能充分燃烧，单位燃料燃烧的实际功率也会降低；航道弯曲角度、交叉情况、航道宽度以及航道深度等都会在一定程度上影响船舶能源消耗以及废气排放情况，航道弯曲度越小，燃烧消耗越少。

3.效益因素

船舶资金投入成本以及效益水平在一定程度上反映了船舶企业给我国国家社会带来的经济效益以及实施节能减排的效果。船舶企业在进行高效低成本投入时，能够更合理地实施节能减排工作，促进船舶节能减排效果的实现，但船舶企业在进行比较高成本投入时不仅不能带来经济效益，还有可能使企业产生负经济效益，进而打击船舶企业节能减排的积极性，严重影响船舶企业的发展。船舶企业的经济效益指的是在船舶运行中，产品投入比值，其效益的高低在一定程度上影响着整个船舶行业。从国民经济方面来讲，经济效益就是说全部的构成要素和其中某个构成要素之间的百分比，经济效益越高，船舶节能减排发展越迅速。因此可以说，经济效益是船舶节能减排重要影响因素之一。

三、船舶节能减排技术的应用

1.船体减阻降耗

船舶船体减阻降耗是船舶节能减排重要手段之一。从船舶设计层面上讲，船体减阻降耗可以从船体低阻力线型设计、浮态调整、船舶船体表面减阻以及低风阻上层建筑等方面进行设计研究。低阻力线型设计主要包括线型优化和总体设计优化两个方面，如下图3.1所示。低阻力线型设计中的总体设计优化指的是设计优化人员根据设计经验和母型船等，在保证船舶具有足够排水量的前提下，调整方形系数和浮心位置，选取合适的船型尺寸比。而线型优化则指的是船舶船体线型的UV度、水线进流角以及去流角等的设计对船舶船体阻力具有一定的影响，设计优化人员依靠模型试验和CFD手段等，反复调整船舶线型，并最终确定船体的低阻力线型。船舶在实际航行中的阻力不仅仅取决于船舶的静水阻力，还与航线上风浪流等环境因素有关，研究人员对船舶在多种转载工况下的阻力性能进行研究，实现了在全航程多工况下船舶综合阻力性能全面提升的目标，从而形成了船舶船体减阻降耗的浮态调整方法。低风阻上层建筑则指的是设计人员通过优化船舶船体上层建筑的外形，降低风阻力，从而实现节能减排。

2.使用经济航速

船舶的燃油消耗是一种综合反映船舶节能减排技术与经济性的指标，其与船舶航速息息相关。在实际的船舶运行过程中，经济航速的概念主要有三种，也即最低燃油消耗率航速、最高盈利航速以及最低燃油费用航速，实际意义上的经济航速常指的是最低燃油消耗率航速。船舶主要部分有锅炉、船舶主机以及发电柴油机等，其中最重要的耗油就是船舶主机耗油，其重要的耗油特点就是在运行船舶主机时，船舶功率和船舶航速之间具有三次方关系，因此应适当地降低船舶航速。从实际的船舶运行方面进行考虑，当船舶转速和功率变化时，船舶主机消耗燃油量就会受到船速、换气量以及喷油量的影响，因此就要找到一个船舶航速和耗油的最佳平衡点。最佳平衡点主要从以下几个方面进行考虑：船舶航速和主机耗油量关系、船舶耗油设备的状态、船舶运营年限、船舶航行条件、船舶实际的运行路线等。因此，船舶使用经济航速的基本原理就是工作人员在主机安全的转速范围内，根据主机实际的运行情况，找到船舶耗油和航速最佳的平衡点。

3.提高推进效率

提高船舶推进效率主要有改进尾部伴流场、主机降功率使用等方式，改进尾部半流场指的是在船舶船体上加装螺旋桨整流罩，这种技术主要应用到对螺旋桨尺寸有限制的以及拖轮等高负荷低航速的船舶。加装螺旋桨整流罩后的螺旋桨后流场、桨轴上下不完全对称，其螺旋桨桨轴上方流场偏右，桨轴下方流场偏左。因此，使船舵上下部成一定角度，来分别对齐螺旋桨后流场，进而减少船舵所受扭矩，这种节能措施可在服务航速工况下节省4%的功率。主机降功率使用指的是将船舶主机的功率降低，进而降低船舶燃油消耗率，达到船舶节能的目的。这种节能技术较为成熟，虽然初次投入成本较大，但从整个船舶生命周期来看，该节能技术经济性较好。目前，很多的大型船舶公司可以接受这种优化设计方案，其通过主机的优化配置可实现3%―6%的降耗。

4.废热回收及废气处理

船舶废热回收及废气处理也是一种较为重要的船舶节能减排手段，其中船舶废热回收主要指的是船舶废热利用技术，其回收原理图如下图3.2所示，在船舶燃油消耗中，大概有50%的热量以热辐射、废气以及热交换的形式浪费掉。船舶主机废热利用透平转化功率为最大功率的0.6%到4%，这种利用技术初次投入资金较多，多用在大型集装箱船上；船舶主机冷却水废热再利用则可对船舶扫气和缸套的废热进行再次利用，从而提高2%到3.5%的主机功率，这种回收系统较为复杂，通常需要与蒸汽透平和废气透平等联合使用，因此多用在大型集装箱船上。船舶废气处理主要指的是船舶安装废气净化器以及船舶采用废气循环系统，船舶废气净化器可以有效去除船舶废气中的SOX以及微尘颗粒等，其去除率可达到98%、80%，船舶废气循环系统则可以有效减少船舶中的NOX，其主要是加装一个EGR单元，以降低船舶废气的峰值温度，从而减少船舶的产生。

结语

总而言之，船舶节能减排不仅能满足我国航运发展的需要，还能符合我国节能减排的总体国家战略，因此工作人员要采取合适的措施，对船舶进行节能减排优化设计，例如船体减阻降耗、使用经济航速、提高推进效率以及废热回收及废气处理，从而提高船舶节能减排效果，推动我国船舶运输行业的健康发展。

参考文献

[1]何放平，王海松.浅析船舶节能减排技术的应用[J].山东工业技术，2016（1）

船舶优化设计篇（7）

船舶舾装专业方向是船舶与海洋工程的一个相对独立的重要分支,随着壳、舾、涂一体化区域造船法的全面推进,船舶舾装工程在船舶行业的地位越来越重要,对船舶舾装专业方向的人才需求也将越来越迫切。

江苏科技大学正是顺应造船形势发展的需要,发挥船舶与海洋工程学科优势,充分利用行业背景的便利以及船舶与海洋工程专业办学的积累,结合船舶舾装专业方向的特点,形成本校船舶舾装专业方向的办学特色,为船舶行业培养特色人才,这在国内本科高校中尚属首创,具有较好的发展前景。

一、船舶舾装特色专业建设

特色专业是指教育教学整体水平和人才培养质量较高,办学思想、专业建设、教学改革、人才培养模式、人才培养质量等方面具有显著特色和较高社会声誉的专业。特色专业建设是进一步优化高校专业设置,提升专业建设的整体水平,提高人才培养的质量、效益和人才竞争力的重要手段。

特色是特色专业建设的灵魂,特色的定位是特色专业建设的关键环节之一。一是本着“人无我有”的差异化策略,二是专业方向细分以适应多样化的人才需求现状,根据市场需求和自己的资源条件,有选择地确定自己的专业方向和办学特色,把专业建设成特色专业。细分方法之一是根据就业方向的类型细分,细分方法之二是按人才培养层次类型来细分。

船舶舾装具有内容广、实践性强和发展快等突出特点。随着造船业的发展,对舾装的理解和要求越来越高。结合学校船舶与海洋工程的行业背景,结合船舶舾装专业方向的特点,进行船舶舾装特色专业建设,是适应现代造船模式发展的需要,也是高校在高等教育大众化新形势下得以生存和发展的重要战略手段。以高等教育理论为基础,深入探讨船舶舾装特色专业建设目标、特色专业建设方向、特色专业定位、特色专业建设内容等主要问题以及如何适应当前造船形势发展对人才的需求和人才竞争优势的问题。

1.建设目标

(1)通过研究和实践把学校船舶与海洋工程的优势与船舶舾装工程专业方向的发展有机结合起来,形成自己的专业特色和比较优势。

(2)确定船舶与海洋工程舾装专业方向的发展方向。

(3)构建全新的大学生素质教育及培养船舶舾装工程专业方向的创新人才教育体系。

2.要解决的主要问题

(1)结合学校船舶与海洋工程的行业背景,结合船舶舾装工程专业方向的特点,制定共性与个性培养有机结合、课内教学与课外教育融为一体、理论教学与实践教学相结合的人才培养方案。

(2)制定船舶舾装工程专业方向教学计划,构建课程体系和教学内容、方法、手段。

二、船舶舾装特色专业建设思路

目标导向的特色专业建设思路。即根据确立的特色专业的发展方向和人才培养目标,确立人才培养方案,从教师队伍、专业教学计划、课程体系、教学条件等方面的建设着手,形成富有特色的学科发展格局和人才培养模式,建立创新教育体系。

1.指导思想

(1)在研究现代造船模式对人才要求的基础上,制定一个“理想”方案,结合现有条件分步实施。

(2)按照“理想”方案进行全方位的规划,分析现有教学资源的缺口,找出差距,制定分步实施方案。

(3)确保“理想”方案在07级船舶舾装专业方向的教学中有效地实施,在实施的过程中不断完善:专业定位――船舶与海洋工程背景下的船舶舾装专业方向特色;人才培养目标――培养富于创新精神的,有特色的专业实用型人才;人才培养模式――探索并形成有利于实现人才培养目标的培养模式;师资队伍建设和课程结构体系建设等――打造有利于实现人才培养目标的师资队伍和构建课程结构体系。

2.构建思路

首先要进行充分的调研,了解造船业发展的动态及对舾装专业技术人才的知识结构和能力结构的要求;再就是到船舶类高校了解现在学科发展的动态及收集相关资料,然后进行深入地研究。按下面的思路进行构建:

(1)构建专业教学课程体系,首先规划和建设主干专业课程群,按船舶与海洋工程大类学科建设基础课程平台。

(2)结合各专业方向,规划和建设各专业方向课程群。以船舶与海洋工程大类学科建设基础课程平台,按船舶外装/机(管)装(简称热舾装)和船舶内装/涂装(简称冷舾装)二个方向进行规划和建设,构建与主干专业课相衔接的各专业方向课程群,以形成人才培养的特色。

(3)规划和建设实践性教学环节。以培养一个合格的船舶舾装工程专业工程师所需的基本训练要求为目的,构建与专业培养目标相适应的实践教学体系以及与专业理论教学课程体系相配套的实践性教学环节。

3.建设目标

(1)确立船舶舾装专业方向的课程设置,制定专业教学计划。

(2)确定船舶舾装专业方向各专业课程内容,编制专业课程教学大纲。

(3)确定船舶舾装专业方向实践教学环节和教学方式以及规划实验室建设的方案。

三、船舶舾装特色专业培养方案的构建

1.总体框架

一、二年级课程全部打通(通识类课程)。二、三年级按照按大类学科建设基础课程平台(船舶与海洋工程平台、船舶舾装平台)。三年级以后按照专业方向适应的原则开设专业主干课和专业方向课程,以专业选修课作为补充,扩大专业知识面。

2.课程设置原则

(1)前瞻性:适应当前科学技术和市场经济迅速发展对人才培养要求从“专业化”向“工程化”方向发展的大趋势,努力实现“由专业对口教育向基本素质教育,由注重知识传授向注重创新能力培养的转变”。

(2)宽基础:以支撑学科的大类学科基础课程为“宽基础”的落脚点,通过课程设置形成学生“宽广(而非深厚)”的船舶舾装学科基础及跨学科综合知识面。并针对船舶舾装学科的特点,对大类学科基础课程按必修模块构建船舶舾装学科的公共基础平台;通过选修模块补充各方向所必须的特色学科基础课程。

(3)应用型:为培养面向工程第一线的应用型人才,以独立设课的实验、金工实习、专业认识实习和专业实习以及课程设计、毕业设计等实践性环节为纽带,贯通和整合大类学科基础课程与专业课程之间的知识联系,不断培养和强化学生综合应用所学知识的应用能力及工程实践能力。

(4)灵活性:针对船舶舾装学科的特点及今后的就业面向,对专业课程按模块设置主干课和各方向系列课程以及相应的实践环节。在对就业形势预测的基础上,结合学生的情况安排专业方向课、专业选修课程以及毕业设计,随时能够灵活地适应市场对人才的需求变化。

(5)对外语能力培养不断线。

(6)对计算机能力培养不断线。

(7)科研素质的培养主要通过讲座、课外阅读、参与教师的科研工作等形式。

3.课程模块及配置流程

四、船舶舾装特色专业培养方案

1.培养目标

本专业培养德、智、体等诸方面全面发展的,具备现代船舶与海洋工程设计、研究、制造基础理论知识与专业基本技能、计算机编程及应用能力,能在船舶与海洋结构物设计、研究、制造、检验、使用和管理等部门从事技术和管理方面工作,侧重船舶舾装学科方向的高级工程技术人才。尤其侧重为各造船企业以及船舶配套产业培养基础扎实、专业知识面广、动手能力强、具有创新精神和实践能力的应用型、复合型高级专门人才。

2.业务培养要求

学生在掌握必备的人文、社科、自然科学基础知识和理论以及一门外语的基础上,主要系统学习船舶及海洋工程原理等本专业技术领域的基本理论及基本知识。

(1)掌握船舶与海洋结构物现代设计与制造的基本技能与方法;

(2)受到现代造船工程师素质的基本训练;

(3)具有应用计算机进行船舶与海洋结构物设计的能力;

(4)熟悉船舶与海洋结构物的建造法规和国内外主要船级社的规范;

(5)了解造船与海洋开发的前沿理论、新型舰船和海洋结构物的应用前景和发展动态;

(6)掌握文献检索、资料查询的基本方法,具有一定的科研工作能力;

根据舾装学科特点分为二个方向:

(1)“船舶外装/机(管)装”方向(简称热舾装)

(2)“船舶内装/涂装”方向(简称冷舾装)

按不同方向的培养要求,应具有相应的特色:

(1)“船舶外装/机(管)装”方向(简称热舾装)

要求掌握现代造船模式的理论,具有较强的船舶外装/船舶机(管)装设计和施工方面的知识和设计能力,具有相当的造船舾装工程管理方面的基础知识和综合应用能力。

(2)“船舶内装/涂装”方向(简称冷舾装)

要求掌握现代造船模式的理论,具有较强的船舶舱室内装/船舶涂装设计和施工方面的知识和设计能力,具有相当的造船舾装工程管理/造船涂装工程管理方面的基础知识和综合应用能力。

3.主干学科

数学、力学、物理学;机械学、电工电子学;船舶与海洋工程。

4.主要课程

高等数学、工程数学、大学物理、大学化学、大学英语;计算机系列课程;理论力学、材料力学、流体力学、船舶结构力学、船体结构强度;机械设计基础、电工电子技术、工程图学、船体结构、船舶制图;船舶原理、船舶设计原理、造船材料与焊接技术、船舶与海洋结构物制造技术、人机工程与船舶建筑美学、舾装生产设计等。

5.主要实践性环节

物理实验、电工基础实验、开放性选修实验;金工实习、专业认识实习、专业生产实习;机械设计基础课程设计、船舶制图大作业、船舶总体设计、船舶结构设计、船舶生产设计;毕业设计。

另根据不同方向的培养要求,设置了相应的反映其特色的实践性环节:

(1)“船舶外装/机(管)装”方向(简称热舾装)的实践性环节:

船舶机(管)装生产设计、船舶外舾装设计、船舶机舱布置/单元设计。

(2)“船舶内装/涂装”方向(简称冷舾装)的实践性环节:

船舶上层建筑舱室区划布置设计、船舶防火结构设计、船舶内装设计、船舶涂装生产设计。

五、特色体现

1.制定了全新的船舶舾装专业方向的人才培养方案,这在国内本科院校中属首创。

2.把本校船舶与海洋工程的优势与船舶舾装工程专业方向的发展有机结合起来,形成自己的专业特色和比较优势,以便在越来越激烈的竞争中求得生存和可持续的发展。创新点主要有:

(1)按壳・舾・涂一体化区域造船法的思想,形成了大舾装的理念;

(2)根据船舶舾装的不同特点,将船舶舾装又分为:船舶外装/机管装(简称热舾装)和船舶内装/涂装(简称冷舾装)二个方向,分别构建课程体系,形成了大舾装的理念。

3.构建了全新的船舶舾装工程专业方向的创新教育体系。

参考文献:

[1] 杜冬云.面向市场的专业建设[J].湖北师范学院学报(哲学社会科学版),2006,(1).

[2] 刘传林.适应行业需要创建特色专业[J].中国高等教育,2005,(19).

船舶优化设计篇（8）

近几年来，全球“温室效应”加剧，导致世界各地重大灾害频繁发生，人们逐渐意识到环境保护的重要性，并不断地改善各种场合的能源利用效率，而作为温室气体排放大户的航运业，实现运营船舶的节能减排目标具有现实的重大意义。尤其是燃油价格近年来大幅度上涨，，燃油费用所占的成本比例越来越高，为了应对此种局面，减少燃油消耗已成为最优先考虑的问题，而某些情况下航运时间具有不确定性， 因此考虑对船舶航速优化问题进行模糊化处理.，以期找到一种能体现节能减排的优化模型，使船舶航行成本降低。

1.最优调度模糊规划模型

1.1模型假设

内河船舶航速优化过程中，最终的目的是船舶燃油消耗最少。在解决船舶燃油优化的问题前，做出如下模型假设：

假设1：船舶内河航行航道分成了若干小水道，船舶在每个水道的不同转速已获得，且不同的转速均能保证船舶正常行驶。

假设2：风速、设备状态、污底等情况对油耗的影响忽略不计。

假设3：船舶不同转速之间转换的缓冲时间忽略不计。

1.2模型建立

根据船舶航行的起点和终点找出其航行过的水道编号，设编号集合为A，对于每个i∈A，其转速的集合Ni={ni1，ni2，···，nij，···}，油耗率的集合Gi={gi1，gi2，···，gij，···}，航速的集合Vi={vi1，vi2，···，vij，···}，其中每个转速nij对应油耗率gij、航速 （l/km）。假设第i水道长度为Si（km），当船舶以转速nij通过第i水道时，所需要的时间T=（h），船舶要求达到的时间大致为t（h）。

求解每个水道i最优转速ni*模型为minS=xSg （1）

模型中x为0-1变量，若第i水道选择第j个转速，则x=1，否则x=0。目标函数（1）的目的是船舶燃油消耗最少，约束（2）中 表示“近似小于等于”，表明船舶通过所有航道的时间弹性约束，约束条件（3）（4）要求船舶以每个水道转速集合中的某个转速通过水道。

1.3模型求解

求解模糊线性规划问题的最优解，首先将模糊线性规划问题转化为普通线性规划问题，即先分别求解以下两个普通线性规划：

得到两个模型的最优解S0，S1，然后求出新的伸缩指标d0=S0-S1>0，进而将求 的问题转化为求解如下混合线性规划问题

2.数值模拟探究

以某船舶的航运为例，已知它在 5个航段上油耗、时间、航速、水道距离等数据，如下表述。

G=[123 115 120 119 102；120 147 125 255 152；171 190 163 184 186；198 185 204 176 153；162 126 137 174 180]；V=[14 11 13 12 10；11 14 12 16 15；17 21 16 18 19；20 19 22 17 15；15 11 13 16 19]；S=[24 35 40 53 46]

G表示油耗矩阵，其中G（i，j）表示船舶在第i水道以第j转速航行时每公里的耗油量。V表示航速矩阵，其中V（i，j）表示在第i水道时采用的第j航速。S表示距离向量，其中S（i）表示船舶在第i水道航行的距离。

假设船舶走完这5条水道总的时间大致为12h，时间伸缩性参数 t0=1，在MATLAB上编程实现，分别用普通线性规划及模糊线性规划模型计算出船舶航行时所用总油耗，两种方法结果分别为30.108，29.849 l，两者相差0.259 l，可见在时间相差不大的情况下，利用模糊线性规划计算出来的油耗量比普通线性规划计算的结果低，船舶燃油成本相比较降低了，符合船舶燃油消耗量与转速之间的关系。对于时间伸缩性参数，需根据具体的情况设置。

3.结论

由于船舶运行时间的不确定性，文章中对船舶约束条件进行模糊化处理，并运用隶属函数，在求解过程中将模糊约束条件转化成一般约束条件，最终化为混合线性规划问题求解。以某船舶的航行为例，选择了5个水道的油耗值、航速、航行时间、水道的距离，采用文中模型与一般线性规划模型计算比较时间、油耗，结果表明，模糊线性模型计算的油耗更低，可见适当改变船舶航行时间，优化选择船舶转速，船舶燃油成本也将改变。

【参考文献】

船舶优化设计篇（9）

中图分类号：U662 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）08-0161-01

船舶并行协同设计成为现代船舶设计的主要方法，该设计理念的先进性主要表现在数字化设计以及行业并行协同设计，通过资源信息的共享与集成，实现船舶设计、决策等方面的协同管理，有助于推动船舶设计与制造的水平。

1.开展船舶协同设计的必要性

船舶是一种大型商品，具有结构和技术复杂、开发设计周期长、配套零件多、产品内容大量等特点，船舶设计对于船舶成本、质量以及生产周期具有重要影响[1]。由于目前市场中的船舶产品的种类多种多样，且客户要求的时间较短，时常出现多种规格船舶同时设计的情况，并且由于船舶设计需要各单位和组织的共同合作，包括船舶商、造船厂、修船厂、客户、船舶设计研究所、零部件供应商、设备生产商以及融资方等机构，利用先进的计算机技术、软件工程进行船舶协同设计，是现代船舶设计的主要趋势[2]。协同设计需要各单位组织的资源共享，提高信息的利用率，从而使船舶设计人员能够减少信息采集的时间，通过行业间的协同设计共同合作。现代XML技术、WEB service技术、软件技术成为船舶协同设计中的关键技术，使得船舶设计向着综合化、整体化发展。利用这些先进技术进行分析与计算，并结合物理仿真试验等功能，构建全面化船舶协同设计系统[3]。

2.船舶协同设计体系结构

目前我国船舶制造行业与国外相比仍存在较大的差距，主要表现在产品的开发水平较低、产品创新少，尤其是设计周期较长、产品成本高以及质量参差不齐等问题的影响。随着日韩两国船舶制造行业的不断发展，给我国船舶制造行业带来了不小的压力。因此，降低制造成本、提高国际市场竞争力，提高船舶技术含量与制造质量，是现代船舶制造工业主要需要解决的问题[4]。随着我国经济市场全球化趋势的加深，船舶企业必须着眼于国际上先进的船舶研究设计机构、加工企业以及供应市场。同时也要加强船舶制造行业上游企业与下游企业的强强联手，从产品研发与创新城面上构建本土优势行业，并不断努力突破劳动成本优势的限制，建立一个设计、计算、仿真试验于一体的系统研发机构具有重要的现实意义。

根据现代信息技术的发展以及船舶协同设计的需求，文章提出的船舶协同设计系统主要由数据库层、协同服务层、协同管理层以及设计工作层组成。数据库层主要是由各企业经由互联网构成的分布在各地的产品数据库、电子仓库以及信息库等。协同服务层主要是由通用服务器或专用服务器构成的服务平台，主要包括了互联网服务器、安全服务器、通讯服务器以及产品记录服务器，能够实现资源共享、信息交换的功能，专用服务器主要用于数字化分析、仿真设计、水动力分析以及船舶零部件整理等方面。协同管理层主要包括用户管理、系统管理、资源管理、产品管理等方面。船舶设计工作层主要包括项目经理任务分配以及设计人员的设计工作。

3.船舶协同设计关键技术

虽然船舶开发期间的成本不高，但是其对船舶产品生产周期具有重要影响。其次在开发过程中随着设计错误的更改，会随着开发进度的增加而不断提升。利用协同设计技术能够大大的缩短设计周期，减少设计错误，实现资源的共享，有助于减少设计成本，缩短产品生产周几，提高各种资源的使用效率，优化资源配置。

3.1 信息集成框架和协同设计体系研究

船舶生产中主要包括产品设计、产品制造、产品销售以及后期维护等环节，而在生产过程中涉及到许多方面，除了质量单位的验收外，还需要船东、制造商的全程参与，并对产品设计提出不同的要求。利用先进的科学技术，构建船舶协同设计系统，有助于更好的研发异构操作系统、如何实现异构软件中的同步、异步等不同情况下的数据交流，研究数据保密技术等。协同服务层主要是对各种数据模型、结构设计、性能设计、仿真实验等进行分析。

3.2 船舶协同本体建模研究

其主要包括人机交互、一体化操作等方面的研究，针对船舶协同设计模型展开研究。通过建立相应的结构模型、船舶协同设计共享数据库等。以STEP标准为基础，并结合我国船舶制造业的实际发展情况，针对整个船舶产品研发周期的产品信息进行建模处理。研究先进的制造方法和技术，并建立各方面协同合作的关系与模型。

3.3 基于工作流的协同设计过程建模和控制研究

协同设计离不开各个环节的协同配合，在同一环节的操作过程中，可能需要多组织或多单位共同合作才能完成，有可能还需要返回至前一个操作步骤。在船舶设计过程中，各方面的参数都可能发生变更，某一处参数发生变更会使得其他部位也需要进行调整，甚至导致设计流程要改变。因此，除了需要建设科学的船舶设计协同模型，并且需要提高控制系统的操作性与灵活性，从而满足设计参数变更的需求。

3.4 船舶产品开发的组织模型

由于船舶设计具有较高的复杂性，且技术含量较高，即使在不远的未来，仍旧需要以人作为主导，利用计算机技术进行设计。科学的组织模型能够帮助设计人员对分配的任务以及合作任务进行更好的管理，组织模型为设计人员的工作提供了更好的交流框架，从而让设计人员能够更好的协同合作，提高设计效率与质量。

3.5 支持图形互操作的协调系统

由于不同人员的学习水平、任务、工作经验、个人能力各有所不同，在研发设计过程中难免会出现意见不统一的情况，设计人员与审核人员需要针对3D建模设计图纸就某一具体问题进行核对、探讨或协作时，其实质上就是3D建模之间的图形互操作协调。协调是解决矛盾的主要途径，需要通过研发图形互操作协调系统，解决设计不统一的问}，保障协同设计的顺利开展。

3.6 船舶协同产品商务研究

产品设计不单单需要考虑到技术因素，同时还需要考虑到市场需求。协同设计时需要将产品设计、制造、采购、销售、服务及客户管理等连成一个整体网络。不同的单位和企业都参与船舶协同设计，从而构成了一个系统，需要对合作伙伴以及单位进行评价，从而选择合适的合作商，优化产业链的结构，促使协同设计目标具有统一性。

4.结束语

船舶协同设计是一项复杂的工程，需要各种工程技术的重组与调整，涉及到各种机构的权值变更，同时也需要各级单位的配合与支持，从思想、组织、技术和资源上进行深入合作，协调好各方面的关系，认清局部与整体之间的利益关系。

参考文献

[1] 刘寅东，苏绍娟.船舶并行协同设计环境及关键技术[J].大连海事大学学报，2015，37（1）：25-28，31.

船舶优化设计篇（10）

1.引言

目前，全球面临的环境形势愈发严峻，航运业虽然相对友好，但也是全球排放温室气体的大户之一。船舶排放的废气主要有：CO2、CH4、NOx、SOx ，其中船舶排放的CO2总量已超过许多《京都议定书》国家每年温室气体的排放量。特别是其二氧化硫和一氧化二氮的排放量分别占全球排放总量的10%和25%。另外，据2011年IMO的统计数据显示，到2020年，全球航运业的CO2排放量将达到14亿吨。报告预测，随着海运贸易的增长，如果不采取任何措施，船舶温室气体的排放量到2050年将会比2 0 0 7年增加 150%～250%。船舶温室气体减排已经迫在眉睫。

2.国内外减少船舶温室气体排放的背景

面对日益严峻的环境形势，国际法规日趋严格。2008年l0月召开的MEPC第58次会议上提出将新造船CO2设计指数改为新船能效设计指数（EEDI），它是用CO2排放量和货运能力的比值来表示船舶的能效。EEDI的实施不仅可以带动绿色船舶发展，也对船型设计/推进系统/新材料/新能源等方面提出了更高的要求。

在NOx控制排放方面，MAPOL公约附则VI修正案提出了三层标准，在2011年1月1日，IMO（国际海事组织）第二阶段（TierⅡ）已实施，最为严格的TierⅢ则要求：2016年1月1日以后建造的船舶安装的柴油机的NOx排放量必须在下列限制内：

3.4g/KWh（n

对于一般海域，船舶使用燃油的硫份含量必须满足表1。

对于ECA地区，船舶使用燃油的硫份含量则要满足表2。

另外，北美加利福尼亚州（CA）和欧盟（EU）也对航行于其海域的船舶使用燃油中的含硫量提出要求，且最终目标都是降到0.1% m/m及以下。

国内方面，国务院“十二五”节能减排综合性工作方案中提出，到2020年单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～45%。交通运输部"十二五"发展规划也明确：到2020年，营运船舶单位运输货物周转量能耗下降15%，二氧化碳排放下降16%。

3.我国航运业节能减排存在的问题

我国航运业节能减排起步比较晚，法律法规和管理体制还不健全，缺乏科学完整的节能减排规划方案和相应标准。例如，在航运企业节能减排战略规划体系、法规标准体系、统计监测考核体系、政策支持体系和监督管理体系等方面还不完善，节能监管能力和支撑保障水平有待加强。

我国航运公司的一些船舶标准化程度比较低，落后船型多，专业化船舶比例低。我国沿海和内河有很多老旧船舶，不仅带来很大的安全隐患，而且能源效率比较低，造成大量的能源浪费和环境大气污染。

很多航运公司的节能意识不强，船舶的节能减排问题没有得到足够的重视。航运企业船舶减排意识不强，很多企业只着眼于短期的经济利益最大化，对于短期内无法产生经济利益的减排先进技术和典型经验，企业积极性不高，一些公司只是片面追求经济效益，忽视环境保护和能源节约。

我国航运企业在船舶节能减排方面的技术创新还不够，与国外相比，差距比较大。很多公司在技术创新方面投入的资金很少，对节能减排技术的研发不感兴趣，只想从国外进口，导致我国在技术创新方面的能力不足。当前低碳经济成为热潮，以节能环保为代表的低碳船舶技术正成为竞争法宝，纵观我国船舶企业，科研投入不足，缺少专业的船舶研发机构，设计能力薄弱，产品开发能力较差，现有船舶产品结构仍然以传统船型为主，与世界船舶市场发展趋势不相匹配。未来随着EEDI的实施，我国造船业将面临更为严峻的现实。

4.当前船舶温室气体减排的措施简介

4 . 1 SOx减排措施

喷油嘴的磨损。SOx的排放主要集中在燃油方面，据IMO统计，航运业每年至少要消耗20亿桶燃油，造成了严重的空气污染。目前降低SOX排放主要有四个措施：①使用低硫燃油。但低硫燃油同时也存在着粘度低、闪点低、易挥发、性差等特性，这些特性在船舶传统设计中并未提及，而且低硫燃油价格较贵，目前普遍采取的方法是在不同航区使用不同含硫浓度的燃油，但这也增加了船内油舱布置的设计难度。②从烟气中脱硫。海水冲洗是烟气脱硫的办法之一，它利用海水呈碱性与SO2可溶于海水的基本原理，让排气通过清洗装置、洗涤水溶解SOx，而产生的硫酸利用海水的碱性正好将其中和。此办法可以除去90%的SOx。③寻找替代动力燃料。LNG是目前比较可行的替代燃料。随着燃油价格上涨，LNG的价格优势越来越明显，且LNG燃烧时CO2减排20%-25%，NOx减排量为90%，SOx排放量可减低为0，颗粒减排量达到99%。④减速航行。一般条件下，如果降低航速10%，可以减少船用燃油消耗量及船舶温室气体排放量至少25%，但是降低航速也可能导致主机损坏，增加供应链库存压力、造成集装箱设备短缺、因延迟交货产生法律纠纷等一系列技术、营运问题。而且促使船东们降低航速的真正动力不是减少船舶温室气体排放而源于燃油的价格压力，这就需要政府出台相关的政策，如征收碳税、强制减速等手段，来保持船公司减速航行的积极性。

4 . 2 NOx减排措施

减排NOx的关键在于发动机，据测算，NOx产生的废气中含有95%的NO和5%的NO2+N2。要控制其排放，可以从生成机理和性质两方面进行，一般分为机内燃烧控制技术和机外排气净化技术。机内控制技术主要有燃油乳化、发动机优化等措施，但无法实现零排放，且会降低燃油经济性，所以一般要配合使用机外排气净化技术。目前选择性催化法（SCR）被公认为是最成熟、最有效的措施，它在柴油机NOX排放中的应用在逐步推广。另外，船舶每天排放的NOx中，1/3是船舶停靠在港口时排放的，所以靠港船舶使用岸电是非常好的减排手段。目前世界上一些先进的港口已经开始使用岸电，我国也在青岛港、连云港、深圳港部分码头实施了靠港船舶使用岸电的技术改造并取得了很好的效果。目前主要问题聚焦在立法、相关标准、技术改造成本等方面。

4 . 3 CO2减排措施

碳排放方面，IMO及其成员在全球范围内制定了第一个提高船舶能效和减少海运CO2排放的约束性措施――EEDI，它是IMO在减少CO2排放方面所取得的重大成就，它旨在鼓励船东和设计人员通过节能技术和技术改进，使新造船尽可能达到高的能效标准，预计通过该措施，到2030年CO2排放大约降低25%～30%。为了符合新船能效指数，各国可能会采取降低主机功率、提高主机能效、使用CO2低排放的主机，利用主机废热、提高辅助动力能效、使用其它形式能源（如LNG）、降低船舶阻力、螺旋浆优化、船壳涂层优化、附体节能技术等方法，这些新技术的应用也间接促进了船舶建造业的技术革新。

5.政府在温室气体减排方面的政策研究

5 . 1 制定完善的减少船舶温室气体排放相关标准和法律框架

海事主管机关作为海上防止船舶污染的主管机关，对船舶的废气污染负有监督管理的责任。但到目前为止政府方面还没制定出对船舶大气污染物进行监管的工作指引，导致在防治大气污染方面难于进行有效监管，造成对船舶的防止大气污染监管仅停留在对证书和文书的检查上的尴尬局面。为了将工作落到实处，政府方面必须尽快制定温室气体排放监管程序和指南，以让海事执法人员在实施防大气污染检查时有章可循；同时，应为基层海事机构配备大气污染监测设备、仪器，提升对大气污染的监控能力，以更好地打击低标准船舶。

5 . 2 对未持有《防止船舶造成空气污染证书》船舶的政策研究。

由于我国的国情实际，国内航行海船法规与国际海船法规及国际公约在对船舶大气污染的要求和标准存在差异，国内法规只对2009年9月1日及以后建造的船舶才有防止空气污染的要求，法规的眷顾造成现阶段我国仍有大量的船舶不需持有《防止船舶造成空气污染证书》，这些低标准船舶，不但能源效率低，造成大量的能源浪费，而且机型落后，是造成大气污染的大户。对这些船舶，建议政府出台相关优惠政策，引导鼓励航运企业对一部分老旧船舶尽早淘汰，一部分船舶进行技术改造，以最大程度降低大气污染；同时，应出台措施加快码头岸电建设步伐，使这些船舶在靠码头期间连接岸电，也能一定程度上减少大气污染。

5 . 3 全面实施“绿色船舶”计划

打造“绿色船舶“计划。牵头成立“绿色船舶联合研发组”，设立一定的奖励和联合活动基金，鼓励和引导船东、航运企业、造船厂加入研发组，并做好组员的组织协调工作；建立“绿色船舶”体系，制定明确的绿色船舶标准，如优化船型指数、选择推进器、使用LNG等清洁能源或者已经批准的减排技术、提高发动机效率、使用优质燃油、降低航速等；对于达到绿色船舶标准的船舶颁发“绿色通行证”，提供减免税费、免于港口国监督检查、优先办理相关手续、优先通行等奖励措施；建立专门网站科学管理绿色船舶，公开“绿色船舶”名单，评选“年度最佳绿色船舶”，并通过政府、社会、企业等多方力量对绿色船舶进行动态而持续的管理。

加大科研投入，引进专业人才。增加高技术船舶科研经费投入，支持高技术新型船舶、绿色船舶、船用配套设备、材料、能源、新节能技术、新型高效推进系统、以及船舶型线优化技术等方面的技术研发；完善以航运企业为中心，产学研相结合的运行机制，建立科学的从技术研发、系统设计到成果转化的创新链；以重大工程、重大项目、关键技术攻关作为加快培养船舶温室气体减排方面创新人才的重要载体，制定住房、户籍、科研、奖励、医疗等方面的配套政策，以培养、吸引和留住船舶温室气体减排方面的海洋工程急需的高层次人才；鼓励企业大力引进培养船舶工业的领军人才和创新团队；推进培养航运业的一流专业大学、技工专业学校的建立，动员大学和专科院校加强船舶和海洋工程的教学科研力量。

加强硬件建设，做好技术改造。借鉴国内青岛港、深圳蛇口港岸电成功的模式，推广应用使用岸电技术。通过制定严格的靠港船舶温室气体排放监测标准和对使用岸电的船舶进行一定的奖励措施来调动港口和船公司的积极性；联合供电部门制定岸电收费标准；鼓励新建码头和船舶配套建设靠港船舶使用岸电的设备设施，设立专项资金支持港口岸电供电设备改造项目，力争在国际邮轮码头、主要客运码头以及有条件的大型集装箱和散货码头实现靠港船舶使用岸电。

加快LNG项目的配套措施建设，目前LNG改造整体比较粗放。政府应积极筹建专门负责LNG改建业务的公司，开展技术人员培训、船员培训等业务，帮助企业解决立项、资金、技术等问题，并加大宣传力度；设立专项资金，统筹规划、科学部局，加快建设各港口供气站，完善供气保障配套设施，培育扩大船舶LNG燃料使用市场，升级传统燃料消费市场结构；行业主管部门、船舶检验机构应发挥引导和协调作用，出台相关指导性规范，推进LNG储气罐等船用产品检验工作，整顿目前乱象丛生的LNG船用产品市场，杜绝安全隐患。

加强行政管理能力，助力航企科学管理。大力推进船舶标准化、大型化进程，利用船舶能效水平等指数控制船舶营运市场准入和推出制度，力求在新一轮技术革新中淘汰、驱逐“灰色”船舶；发挥政策引导作用，通过建立试点、示范工程宣传、推广新技术助力航运企业开展有效的温室气体减排工作；鼓励和引导企业建立科学优质的船舶管理模式，如降低船舶航速，气象定线，选择最优航线合理安排进程提高货物装卸效率；加强船舶日常维护管理等手段来减少不必要的能耗；通过VTS等手段加强船舶交通引导，尽量减少船舶拥堵造成航行时间和靠泊时间的无谓增加；目前交通主管部门没有利用统计监测手段履行节能减排管理职责的权利，仅依靠国家统计局的数据不足以有效履行上述职责。交通主管部门可以建立针对航企的统计监测考核体系、政策支持体系和监督管理体系，建议政府建立长效机制，制定节能减排战略规划体系、法规标准体系，从而加强政府节能监管能力和支撑保障水平。

加快基于市场机制的研究。目前，我国广东省已经在试点碳排放交易市场，预计12月前正式启动配额交易。一旦建议将船舶工业纳入控排行业，多排放CO2的企业就要从少排的企业那里购买配额，必将大大激发企业的减排积极性。另外，在征收港口费时，也可将CO2的排放量考虑进入，征收与排放量成正比的港口税费，从而保护与鼓励绿色船舶、遏制与驱赶“灰色”船舶。

在市场减排措施方面，IMO将全面开展在排放税及温室气体补偿基金、排放交易机制等问题上的实质性谈判，并计划出台新的公约。我国必须紧跟形势，积极参与，引导市场机制方案向有利于我国的方向发展。

6.总结

当前，我国船舶温室气体减排工作面临巨大的压力，推动船舶温室气体减排工作，迫切需要在技术层面、营运层面和市场层面加强政策研究和力度，加大资金投入，加快各项减排技术的推广和应用。相信在政府、主管部门、航运企业、科研机构的共同努力下，我们一定能打赢船舶温室气体减排这场“硬战”，让航行更安全，让海洋更清洁。

参考文献：

[1]魏昕，徐建豪.船舶节能减排思考[J] .中国海事，2012（8）：37-39.

[2]王志炎，曲永华.船舶能效设计指数的公式解析[J] .科技与管理，2012（10）：138-139.

[3]秦建国，衣正尧，杨雷.船舶低硫燃油系统的分析[J] .航海工程，2012（6）：67-70.[4]李永鹏.LNG燃料船舶的机遇和挑战[J] .青岛远洋船员学院学报，2010（4）：29-31.