船舶管系布局优化研究

王猛

摘要：近些年，经济发展迅速，科技进步快，国际船舶市场竞争愈发激烈。当前各国为发展海运，降低运输成本，提高船舶竞争力，在船舶造价上做努力，致力于减少船舶制造费用，缩短制造周期。管道在船舶操作的实践中起着重要作用，船舶管路不合理会造成空间资源的浪费, 会增加维护成本。考虑到一般船舶的运行状态，优化方案和具体方法的应用具有重要的实际意义。管路分为保障航行的动力管路和保障运营的船舶管路，通过这些管路实现各类介质的按需流动，从而保障船舶的正常航行和高效运营。

关键词：船舶；管路系统；布局

对于船舶的生产制造来说，管系设计是重要内容之一。只有设计出具有科学合理的船舶管系布局，才能让船舶在后期的使用过程中表现出良好的使用性能。由于船舶管路布局的管理工作相对庞大且复杂，所以对于管路的管理由具有多年工作经验的行业专家来负责，所以想要对管路布局设计进行优化，有着较大的难度，需要投入大量的精力。相比于船舶事业的其它技术领域，船舶管路布局在管理方面较为落后，缺乏先进的管理技术，现阶段已然成为制约船舶事业发展的一个因素，所以需要针对船舶管路布局中存在的问题，提出解决策略，使管路布局设计朝着智能化与自动化的方向发展。

一、管系设计布局的要求

船舶管线布局是船舶生产的重要工作流程，直接影响到船舶的建造质量。而在实际的建造过程中，经常会出现多种影响船舶生产的不良因素，船舶的建造必须要满足实际的生产需求，确保达到以下的生产标准。首先，需要满足船舶建造的经济性标准。船舶管线布局要尽量缩短管线的长度，减少非必要配件的使用。其次，满足船舶建造的安全性标准，在管线的布置上，要遵循安全准则，避开不稳定的设备，例如水泵、压缩机等装置，绕开温度过高或者存在蒸汽的设备上。安装管线时要遵循力学规律，充分考虑热胀冷缩等问题，灵活地进行设计与安装。再次，要满足船舶建造的维修标准。确保在投入运行后，能够让管路与其他设备之间留有一定的空间，同时绕开障碍物，这样设计有利于后期的维修与保养。考虑到维修时需要使用到的维修工具，给维修工具的操作留出空间，例如保留扳手扭动的间隙，让后期的维修工作不受影响。最后，要满足船舶建造的精细化标准。由于管系布局包括多种类型的管线，所以要考虑到布局的合理性，需要先布置较粗的管线，在粗管的基础上开始设计较细的管线，让管线的走向便于管理，远离其他设备，整齐的同向排列，避免交叉错位，影响后期管线管理工作的进行。对于存在着受力情况的管线，要考虑到后期的管线变形问题，做好管线的支撑工作，确保管线的布局具有合理性。

二、优化管道布局的方法

1、静态分析，指数字化建模的现有船舶的总体结构 ,并使用数字建模方法确保三维图形化管线系统的完善与合理。通过完善的结构模型，分析出此处管路的最佳布局方案。具体分析方法如下: 综合分析法通过对管路系统技术要求 , 如管路系统的压力、材质、管径、连接方式、受力方向等, 以及所处位置的结构大小、材质、强度要求进行综合研判。通过分析方法, 可以了解整体内部结构是否普遍存在不利于管路布置的弊端和可以采用的补偿措施，也可以得出管路布置的一些基本要求，如管道与管道之间的最大间距、可以采用的连接方式。通过此分析方法，可以进一步评估管道系统。分析该方法并比较管道系统的具体参数 , 如管道尺寸、布置空间、管路支架形式的选用等。借助数据能够实施具体操作的优化 , 以达到管路布置优化目的。

2、动态分析方法，目的是使用实验模拟方法验证管道的具体运行状态测量。一般来说 , 管道设计有科学的标准, 其组成部分有明确要求。管路系统仿真技术实验分析决定了实际管路的工作情况, 如水、气和油特定启动 / 工作情况以及管路的振动、压力变形、水锤效应、结构变形等因素对管路布置造成的影响。利用软件模拟 ,能够准确计算出管路系统在工作时的实际工况，如受力分析、管路变形的趋势。根据实验和设计数据, 能够判 动态和静态之间的差异性。如果差异性在允许范围内,则管路有效，不在允许范围内表示管路布局存在问题。根据具体结果, 分析研究管道可能存在的问题, 调整优化布局, 从而达到优化管道布局的目的，进而保证管路在实际工作中的安全性。

三、管系优化布局的有效措施

对船舶管线布局存在问题进行分析，对此提出解决方案，想要解决平面设计的缺陷，就要结合现代化技术优化管系布局，让船舶建造朝着更加智能化的方向发展。在布局设计方面，引进三维数字技术，从而实现自动化的管线布局，对后期的检测手段进行优化，采用数字化的检测方法，让船舶制造业走向数字化。

1、进行三维数字化放样。相比于二维平面设计，引进三维化数字设计已经成为现代船舶布局的必然趋势，将三维数字化应用在管线布局的方案设计上，更能满足船舶事业的发展需要。三维数字化在管线布局设计中展现出了明显的技术优势，能够有效提升安装效率，让管线设计与设备安装处于同一阶段，减少施工周期，提高建造速度。而且选择三维数字化的设计方式，可以通过三维建模，提前模拟出管线与管线之间，管线与设备之间的具体位置关系，并以三维立体模型呈现出来，更容易让安装人员理解，也能让管线与设备的安装一目了然，既可以提高工作效率，也不需要丰富的安装经验，只需要专门的技术人员能够看懂三维图纸就可以操作，这就有效地解决了安装领域人才匮乏的问题，也让返工问题大幅度降低。随着我国船舶制造业的发展，已经有部分造船企业开始尝试采用三维数字化的设计方式进行管系布局，并且已经获得了显著的成绩，所以这也是未来船舶制造业的主要发展方向。只有不断地引进国内外先进的技术方法，才能提升我国的船舶制造水平，促进行业的进一步发展。

2、实现自动化管系布局。自动化管系布局作为全新的布局手段，能够明显提升管系布局的合理性，能够让布局更加精确与安全，提升船舶系统的稳定性。相比于二维平面布局设计，采用三维数字化的布局方式能够将管系设计方案优化，但是仍然需要具有丰富经验的设计人员。但是自动化管系布局系统是通过计算机系统进行运算，通过预先输入的算法进行运算，只需填写出必要数据就可以实现自动化管系布局。自动化管系布局具有广阔的发展前景，虽然现在仍然处于发展阶段，但是已经能够在小范围内取得一定的成绩，所以未来一定能够在船舶管系布局方面发挥出重要作用。

3、检测反馈手段的数字化。对于船舶管系布局来说，不仅要在设计方案上投入大量精力，还需要重视管系布局方案的检测反馈。虚拟技术的应用能够在三维数字化布局设计中发挥重要作用，但是在后期的生产与安装工作方面，还有着较大的应用空间。想要提升应用能力，就需要在监测反馈技术方面投入较大的精力，利用三维虚拟技术来进行监测，将监测后的数据与三维设计图中的数据进行比对，出现较大的误差情况要提出警示，让安装人员能够及时发现安装不合理的问题，提升工作效率，减少生产与安装过程中的返工问题，节约材料，提高工作效率。

船舶中的管系设计系统是重要组成部分，其应用和发展直接影响着建设质量、效率。随着船舶管系设计系统的发展，其应用范围也逐渐扩大，应用过程更加完善高效，我国造船行业对管系系统也更加重视，成为船舶生产制造的重要技术引导。同时，船舶设计人员在经济快速发展中不断优化，将管系系统与机舱布置、制造、电缆等系统连接起来，进而实现了设计优化和系统集成，大大降低了成本，缩短了制造周期，增加了经济效益，提高了企业竞争力，为我国船舶企业发展奠定了基础。

参考文献：

［1］陈飞亚 . 船舶管系设计物料数据管理系统研究 [J]. 中国水运,2017,17(06):25.

［2］ 顾晓波 ,范小宁.船舶管路布局优化方法及应用研究［M］.北京：冶金工业出版社，2018.

［3］吴红洁 , 杨晓光.航空发动机外部管路自动敷设研究［J］.机械设计，2019，20（07）.

［4］胡勇，刘光武，王呈方.船舶制造中的现场取样管人工样杆的数字化［J］.船海工程，2018（06）.