绿色制造技术在船舶结构中的运用

张宝辉

摘要：现阶段，生产制造业属于人们获取经济效益的主要途径，为人们积累了大量的财富。在此过程中，虽然人们得到了预期的效益，但需要消耗一定量的有限资源，导致生态环境被破坏，属于引起生态环境问题的主要原因之一。对船舶进行制造时，需要运用到许多的能源，进而间接的对环境产生了破坏，对此为了能够构建优良的生态环境，就需要将绿色制造理念融入到船舶制造中，适当地降低对能源的消耗，加强制造效率与水平。

关键词：绿色制造技术;船舶结构;运用;

引言

在船舶行业的发展过程中，能够对当前的经济社会产生较为突出的促进作用，同时能够产生较为突出的现实平衡，并且其自身所有的能源消耗问题较为明显，世界海事组织在发展过程中对相应的情况构建了具有创新意义的规范及公约，进而使各国制船业在发展过程中对绿色船舶领域的发展特征予以综合性的探究。绿色船舶与以往性能的需求相比，其自身所用的功能性及跨时代意义较为明显，在对船舶进行有效的规划，生产以及具体的利用过程中，能够使其对于能源的消耗量等于大幅度的降低，进而使船舶在全面生产及应用过程中所具有的生态环境影响力程度得以有效的降低。

1绿色船舶制造概述

在理解绿色船舶制造前，应对绿色船舶含义进行明确。就绿色船舶而言，指的是船舶在寿命周期中，包含设计、制造以及运营等相关环节，运用现代技术，可以对用户功能以及需求进行满足，并促进能源消耗量的降低，保护生态环境。船舶绿色制造涉及到的具体含义，主要是立足于绿色船舶条件而形成的。对于船舶绿色制造而言，体现为确保绿色船舶目标能够顺利的实现，对船舶进行绿色制造的过程中，降低对环境产生的破坏，促进有限资源使用率的提高，进而让船舶制造事业整体效益得到全面的提高。作为特护产品，船舶运营周期结束后一般不必回原厂予以拆解，所以为了能够达到绿色船舶制造的目的，需要将重点放在绿色船舶制造方面。绿色船舶制造时，需要将设计、制造、服务等作为核心标准，结合经济、社会效益，重视对环境的保护，降低能源消耗，进而顺利实现绿色船舶制造的目的。

2绿色船舶设计的发展

绿色船舶有很多定义，随着科学技术的不断发展，内涵也在不断扩展。CCS《绿色生态船舶规范2020》的定义较为全面：绿色生态船舶采用先进技术在其生命周期内能安全地满足其预定功能和性能，同时实现提高能源使用效率，降低温室气体（GHG）排放，减少或消除对人类健康危害和生态环境污染、破坏，提升资源有效循环利用，并对操作和使用人员具有良好的保护。［1］简而言之，即以满足功能为前提，以安全为基础，实现船舶的节能和环保目标，同时改善船员的工作环境。安全是国际立法的基础，海上人命安全具有法规要求的最高优先度，船舶任何绿色技术的应用，应不导致降低船舶原有的安全水平；节能是船舶设计永恒的主题，提高船舶能效既是实现温室气体减排的重要手段，也可以改善船舶运营的经济性；环保可以减少对环境的影响，包括控制水污染物和大气污染物排放。回顾现代船舶设计的发展，主要也是围绕安全、节能、环保这3大主题进行，大体经历了以下几个阶段：●第1阶段（1950~1990年）以船舶的专业化、大型化为主。各种大型专用运输船型的出现，从无到有、从小到大，不断发展。●第2阶段（1990~2010年）以船舶的安全性、防污染为主。由于部分油轮海损事故造成的巨大污染，对船舶安全（特别是防止货物污染）更加关注，例如油轮的双壳要求、稳性和结构规范的不断发展。●第3阶段（2010~2020年）以船舶的能效升级、绿色环保为主。除了对船舶安全要求的持续提高，更加关注能效和环保，特别是最近5年，绿色船型设计获得前所未有的快速发展

3对绿色船舶结构的设计思路进行详细分析

首先，在具体的设计过程中，需要对船舶所具有的推进系统进行有效的改进，绿色制造技术在构建过程中。需要从船舶所有的推进系统优化予以入手，对船舶制造领域中，目前所具有的推动气机相应的发动机展开具有高度创新意义的排列组合，根据每一船自身所具有的情况，进行具有高度合理性的匹配，进而使整体船舶所具有的推进系统能够获得综合性的改善。举例说明，在对浅水区域行驶的快速船进行改进的过程中，需要对重量相对较轻，且动力相对较大的推进系统予以配置，而对于载客船而言，则需要根据其乘客所需要的形式要求，以及其自然所有的载重量进行综合性的推进系统构件，就其综合情况而言，需要对柴、燃、点的联合系统进行有效构建，由此使得整体船舶的制造过程中所具有的行驶成本能够获得有效的降低，并且使乘客的乘坐舒适性可以提高。此外，针对船舶在构建中的动力系统匹配过程中，不仅需要考虑船舶自身所有的现实因素，还需要对外部因素进行综合性的结合，需要选择环保节能设备，进而对整体绿色船舶结构进行有效的构建。其次，需要对船舶节能机制进行有效的改进，绿色船舶所具有的结构设计在构建过程中，需要对各类节能思想予以应用。1）需要对新型能源语义应用，需要对风能、水能、太阳能等诸多资源进行综合性的应用，需要使可再生资源在整体绿色船舶中的作用予以有效的发挥。2）需要采取更为科学性的方式，对整体船舶的推进形式进行有效的创新，需要对环保节能的模式进行综合性的应用，使整体船舶所具有的推进效率对大幅度提升。3）需要对较为先进的技术手段进行有效的应用，进而使相应的船舶能够获得更加高效的处理，使整体船舶燃油所具有的利用率得以提升，使船舶在行驶过程中所存在的燃油应用高效性得以提升。防止各类资源浪费现象的产生，从而使整体绿色环保的目标予以达成。4）需要对已报废的船舶进行综合性的回收，对其自身所用的零部件进行有效的利用。

4绿色船舶结构设计的实施途径

4.1优化整合船舶设计

1)优化整合船体结构。有关工作人员在设计绿色船舶结构的过程中，需要注重对其的优化，以及资源、能源的节约，并调整船舶型号和尺度，促进船舶航速的提高，加强其稳定性和载重量，确保船舶整体的安全。2)优化船舶节能设计。要想将节能化设计融入到绿色船舶之中，首先需重视对各类新能源的研发和运用，诸如运用风能、水能以及太阳能等，进而在船舶节能优化设计之中将新能源所具备的利导作用展现出来。其次，优化推进方式，诸如探究更加节能以及高效的推进措施。再次，促进燃油运用效率的提高，运用先进的燃油技术，以便于更好实现节能环保的目的。最后，重视对各类能源的循环使用，诸如回收废气以及分离废弃物等。

4.2对绿色材料予以选择

1. 就涂装材料而言，传统的船舶制造在涂装过程中往往会对人员以及水源等诸多环境产生诸多的现实影响，而通常情况下是对拟涂装的材料进行综合性的预处理。而后进行二次涂装作业，相应的涂装模式在应用过程中，其自身的复杂性较为明显，并且能够对各类资源进行综合性的浪费，对环境产生较为突出的现实污染，因此，在船舶结构的过境过程中，应当尽量减少对传统涂装进行综合性的使用，需要对绿色色料进行有效的选择，需要采取全球顶尖的涂料工艺，将整体船舶涂料在构建过程中，对于环境所产生的影响水平能够进行有效的降低，进而使绿色制造的目标得到有效的达成。2）需要对绝缘材料予以应用，造船过程中，其绝缘材料往往由玻璃棉以及相应的矿棉予以构成，相应的材料在废弃之后往往无法得到有效的降解，进而对整体环境及水资源产生较为突出的现实污染，由此在具体的绿色船舶构建过程中，不能够对传统的绝缘材料予以应用，需要对绿色船舶的全绝缘材料予以应用，需要对其自身所有的技术经济环保性予以有效的考量，需要对高效先进的环保型材料予以应用，进而使整体船舶结构在过境过程中能够获得有效的绿色设计。3）需要对焊接材料进行有效探究。在传统的船舶制造过程中，所应用的焊接材料自身往往会拥有较为多数量的助焊药剂，而在高温环境之下，相应的药剂往往会挥发至空气之内，进而对现场工作者所拥有的心理健康产生。为突出的现实威胁，同时会对大气环境产生污染，而在绿色船舶的构件过程中，需要对无毒且低烟的焊接材料予以有有的应用。

4.3选择合理的焊接工艺

船舶结构中采用环保制造方法还需要选择合适的船舶焊接方法，注意以下几点:(1)选择高性能焊接焊料。随着国内科学创新的增加，焊接网络也体现了节能特性。与实施纯电源和高性能电源相比，您可以看到高能效、环保的高性能电源是无与伦比的。现代信息技术与高性能电源相结合，使高性能的现代信息电源能够确保船舶焊接精度。2)选择高性能焊接设备。好的和坏的焊接设备对船舶焊接的效率和质量有很大影响，因此是船舶焊接方面功能更强大的设施。高性能设施本身非常环保节能，因此焊接效果更好，对船舶的环保有积极影响。3)选择更强大的焊接技术。焊接技术的合法性取决于焊接对船舶的影响，采用对接焊接技术对船舶进行环保调度，确保绿色船舶的整体效果。为了获得更强大的焊接技术，这可以显着降低船舶焊接质量并减轻资源负荷。船舶建造绿色设施的具体部分广泛采用高性能焊接技术，以确保船舶建造的环境友好性和环境友好性。

4.4船舶标准及模块化设计

1. 船舶标准化设计。在绿色船舶之中运用标准化设计，可以实现对船体结构的全面优化。同时，在选择零件的过程中，立足于相关标准进行，能够防止选择失误产生的损失以及浪费情况，确保标准零件等作用的发挥，促进不同材料间的有效结合，改善船体结构，并让各类资源得到合理的使用。2)船舶模块化设计。通过对模块化设计的正确运用，能够促进工作效率以及质量的提高。模块化设计，让各项工作需要运用到的资金与人力资源得到了降低，真正的实现了物尽其用。同时，还能够让噪音污染得到缓解，及时的对相关设备进行更新和优化，加强不同资源之间的整合，顺利实现节能环保的目的。

5绿色制造在船舶结构中的应用

为了能够达到绿色船舶的要求，应将绿色制造工艺作为立足点，对船舶结构开展全面、系统的绿色设计，并通过绿色环保材料对船舶进行制作［3］。例如，内室需要采取绝缘性能良好的无害材料。当绿色船舶设计实现之后，应严格按照制定好的内容开展各项操作。但是，因为CSＲ与HCSＲ在结构方面存在着极高的要求，进而会导致船舶经济成本升高和材料浪费，对此应采取轻量化设计技术。例如，通过对高强度钢的使用，让船舶结构重量得到降低，然后对肋距或纵骨距进行科学的优化，运用轻量化的方式对疲劳节点予以创新，进一步降低船体结构重量，并让船体结构安全性能够得到保障。此工艺除了能够对船舶结构性能要求予以满足之外，还能够实现节能环保的目的。

6绿色船舶技术发展的展望

为了实现IMO温室气体减排战略的目标，绿色船舶技术包括新兴技术将分阶段得到发展：（1）中短期（2020~2030年）从法规角度，将不断完善现有能效框架。新造船舶能效设计指数要求会不断提高，同时营运船舶的减排要求（EEXI和CII）也已正式推出。对于氢、氨等新兴燃料的规范研究与制定也会提上日程。从技术角度，现有的成熟节能技术会持续应用，但效率已接近“天花板”，更多的新节能技术（例如风帆和旋转风筒、空气润滑减阻等）会得到一定发展。LNG燃料作为替代燃油的现阶段最佳选择，将得到快速发展和应用。（2）长期（2030~2050年）为实现航运业的脱碳目标，长期来看必定依赖于燃料能源的脱碳。鉴于船舶具有20年左右的寿命周期，2030年以后的新造船将逐渐过渡到无碳燃料。这一方面取决于技术的发展，另一方面与国际能源转型整体进程相关。现有能源基础设施投资的锁定效应，导致能源系统的转型相对缓慢，航运业的能源转型也必将同步经历一个较长的周期。对于新兴清洁能源，适用于船舶的氢基燃料具有较大潜力，如液氢、液氨（NH3）等。氢被认为是最有前景的可再生清洁燃料，但氢气因难于液化，而给运输、加注和使用带来诸多麻烦。与氢相同，氨不含碳元素，完全燃烧只产生清洁无污染的水和氮气，且其含氢量高。相对于氢，氨的优点是能量密度大、易液化、易贮运、易获取以及防爆特性好，缺点是具有一定的毒性。氨目前已有广泛使用的基础设施，故被认为是长途运输大功率发动机的理想绿色燃料。MAN和瓦锡兰等主机厂商已将氨燃料发动机开发列上日程。未来的碳零排放船舶，根据船型的区别将会选择不同的技术路径：短途小型船舶以纯电动、氢燃料电池为主，长途远洋船舶将以氨燃料内燃机为主。虽然氢（氨）燃料可以实现航运中燃料舱到螺旋桨的碳零排放，但合成氢（氨）过程是否真正减少碳排放，则决定了全链条的减排效果。化石燃料合成氢（氨）如果不匹配碳捕捉技术或化石能源电力电解法制氢（氨）技术，则只是将碳排放转移至其他行业。只有大力发展风电、水电等绿色能源，从而实现绿色制氢（氨），才能真正实现温室气体减排的目标。

结束语

在当前船舶的制造过程中，绿色技术拥有极为突出的现实意义，在对绿色船舶结构进行综合设计的过程中，需要对其自身所拥有的船舶推进系统进行综合性的改进，并且使整体环保所具有的机制进行综合性的优化。在未来的发展过程中，可以对标准化及模块化的设计模式予以应用，对绿色涂料以及相应的涂装工艺进行有效的选择，并且对较为优质且具有高效低环境污染性的焊接工艺予以应用，进而使整体船舶结构在构建过程中所具有的创新性能够得到有效的提升，使整体绿色船舶行业在发展过程当中所具有的完善性对有效的体现，使船舶行业在发展过程中能够对环境节约型模式予以应用，并且对绿色制造技术予以综合性的应用。由此增强整体行业的发展中所具有的创新性特征，以及环境友好特征。

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