船舶管路布局优化探究
摘 要：管路布局是船舶设计中重要的组成部分，管路布局的质量不仅影响到船厂的建造成本，更影响到后期船舶运营的安全性和便利性；而船舶管路布局是一项繁琐而复杂的工作，需要团队协同作业，不同的设计师，不同的区划，受经验与知识面的影响，设计风格、设计理念往往存在差异，这就要求设计人员在管路布局过程中能纵观全局，统筹把握，在满足各类规范和各项基准的前提下，优化出最经济、最实用的管路布局。
关键词：船舶设计；管路布局；优化
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.252
现行的船舶设计一般分为基本设计、详细设计和生产设计，船舶管路设计贯穿在详细设计阶段和生产设计阶段，管路设计以及综合布局质量直接影响到船舶的建造周期和船厂的建造成本，因此，设计初期就需要做好充足的准备工作并对管路布局进行优化，以确保后期船舶在正常航行中能够安全可靠，确保各机械设备能够有序运转，同时能够方便的进行维护，因此，进行合理有效的船舶管路布局可以有效的降低船厂成本并提升船舶整体品质。
船舶管路布局的一般流程为：前期准备工作、管路系统图绘制、管路计划图绘制、管路装置图绘制、管路一品图编制以及施工取付图编制。
1 船舶管路布局的准备
船舶管路布局工作是一项严谨而细致的工作，在进行管路设计前，应当做好充足的准备工作：
（1）船舶建造图纸。要进行管路布局，首先就需要对船舶管路布局相关的图纸进行充分的了解，管路布局时需要参考的图纸有很多，主要包括舱室布置图、船体结构图、防火构造图等；除此之外还要对规格书以及商谈备忘录进行详细研讨，将涉及到管路相关的内容进行批注，以便后续管路布局时能方便的查阅出处，只有在前期做好充分的准备工作，才能通过图纸信息对船舶实际情况做充分了解，进而达到设计方案的形成并进行有效的优化。
（2）船舶管路施工规范。在管路布局设计中，优秀的设计方案需要充分的考虑到后期建造阶段管路施工的具体情况，并考虑到施工的技术、工艺、空间环境与人员情况，这样才能在符合实际情况的基础上开展最优设计方案的制定。另外，对于相关行业规范要有细致的分析研读，同时对于重点施工环节细则需要反复研究，进而有效的提升实际施工效率，避免施工阶段返工。
（3）船舶管路材料。为确保管路设计的规范性，需要提前对管路的材料进行收集与整理，根据各管路系统的要求确认是否需要注文，其中最为重要的是管材的厚度、规格以及类别等，要做好相关材料性能、材质与规格的把控，进而确保施工材料能够符合各项规范和规格书要求。
（4）船舶管路建造工艺。管路布局属于较为综合的整体项目，建设中需要多样性的技术做有效支持，除了管路材料的支持，还需要在技术方面做充分准备，特别是对各船级社和海事规范的要求以及船厂自身的建造工艺进行充分的了解，从而才能有效的保证相关建造工艺的完善性，进而制造出卓越的产品。
2 船舶管路布局的要点
由于目前船舶管路布局设计主要是在限定的三维空间中，管线从指定起点开始寻找出一条不与其他布置物体发生干涉的现象，且满足各种约束条件的到指定终点的无碰路径。其目标主要是追求管长最短，弯头数最少即经济性因素，然而忽视维修性的考虑，会导致船舶管系在发生故障后维修困难耗，后期维护保养费用过高，严重的会导致船舶停航检修，对船舶安全运营造成重大的影响。所以，在管路设计阶段就应该考虑到维修性的因素，把它作为设计中的一个目标。
船舶管路系统按用途分为两大类：为推进装置服务的管系称为动力管系，以保证推进装置正常工作；为全船服务的管系称为船舶管系，以保证船舶的生命力、安全航行以及船员和旅客的正常生活和工作。
（1）常规管路设计。常规管路设计中要保证科学性和合理性，需要将不同性质不同用途的管路进行有效隔离，避免泄露后造成相互影响，对于具有危险性的管路需要与储存室、居住区与控制室保持一定安全隔离，防止对正常的工作和生活造成干扰；对于淡水与燃油管路做有效分开，避免污染，同时也需要做好加固与加密处理，可以设置管道套管或者油密隧道，避免泄露；对于具有爆炸性或可燃性的管路要远离电路、热源等，并做好必要的防火处理。此外，管路布局需要保证较好的操作性，以保证日常管理与维护工作的便捷性，在空间上布置在适当位置，同时阀门应该布置在容易触及的位置，尤其是一些逆止阀门，其安装方向也是有要求的；对于依靠重力进行排水的管路，如居住区划黑灰水系统，管路要有一定的倾斜角度，并且要充分考虑到船舶正常航行时的航态，以确保管路内部的污水能顺利排放；对于布置在暴露区划的管路，要考虑冬季气温对其的影响，设置放残管路或包覆防热材，以避免管路结冰造成管路损坏。
（2）特殊性管路设计。对于特殊性的管路要做好特殊设计方法与处理手段，风管线路上需要考虑船体结构特性。船体外形、甲板位置与高度等。通风头设置的内部结构与高度需要根据具体的布置位置以及对应的规范进行计算；每个通风管道需要计算好对应风量分配，并设置风闸进行风量平衡调整，通风管道结构需要保持较好的散热性；通风口与空气过滤器需要对准，从而保证空气质量；锅炉与液压器应该设计在燃烧口上面，如此才可避免热源不与空气产生直接性接触；通风口应该设计在人流相对集中处，风管考虑内部可追加导流板，从而保证良好的通风效果；供风口与抽风口应该运用对角线的设计方式，这样可以保证空气充分对流；喷油头间、机修间、分油机室与电焊间的抽风口都应该设计在舱室上方位置；风管布置时需要考虑到其他有关设备的检修空间，要防止布置时相互交错，尤其是部分风管可能会涉及到防火材与保温材的包裹，应当预留足够的施工空间，此外，风管与天花板间保持适当的距离，以便于天花板封板。
3 船舶管路布局的方法
不同的造船企业其建造方式、依赖的设计软件存在差异，进而常用的管路布局的方法也存在多样性，但其目的只有一个，在满足各项规范的基础上，设计出最经济、最实用的管路。
（1）逃逸法。其操作主要是在起始位置有两条互相垂直相交线，两条线称为逃逸线，依照预先规则在逃逸线上选取逃逸点，通过设置来选取起始点，而后不断重复操作，一直寻找到目标点。
（2）网络优化算法。在管路布局优化的设计处理上，需要通过网络优化算法进行，首先会出现有向图，通过其中的边集、顶点集来确定目标点最优路径情况，在该方法中需要涉及较多的中间节点、连接与交叉等，工作量较为庞杂，同时每一条管路设计均具有独立性，需要单独性处理，不能与其他管路达到有效协调配合，从而导致设计中存在一定障碍。
（3）模糊集方法。管路布局优化设计中存在较多的约束性因素与环境，部分约束时具有一定规则性，可以通过函数表达式来有效呈现，而部分是属于模糊性条件，难以有效通过函数表达。运用模糊集理论可以有效的将设计中所具有的操作频率、温度、空间概念等较为模糊的约束性条件有效的表达，进而得到更好的布局优化效果。同时该方式可以有效的考虑到不均中所可能需要的管道敷设间的协调作用，灵活度更高。而通过系统的有效开发应用，也有效的提升管路优化不均的实际效果。
4 结束语
船舶管路综合布局优化是一项复杂而繁琐的工作，涉趣的面比较广，要考虑的细节也比较泛，团队协作时要保持情报共享、步调一致，对于不同的管种要考虑好空间的分布情况，尽量避免错综复杂，这样会增加安装的难度，不利于船厂的成本控制以及后期维护的难度。
总而言之，良好的管路布局对提高船舶管系设计质量，缩短船舶总体设计周期，提高船舶设计建造效益等意义重大。
参考文献：
[1] 王晨勇，薛继，崔健等.基于维修性的船舶管路布局优化研究[J].农家科技（下旬刊），2014，（1）：235-235.
[2] 范晶晶，汪乌日娜，王晨勇等.船舶管路布局优化方法及应用研究[J].农家科技（下旬刊），2014，（2）：235-235.
[3] 王运龙，王晨，韩洋等.船舶管路智能布局优化设计[J].上海交通大学学报，2015，49（4）：513-518.
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