基于EEDI绿色高能效沿海浅吃水散货船型优化

1、基于EEDI绿色高能效沿海浅吃水散货船型优化一、 绪论1.1 研究背景和目的随着国际贸易和世界经济的蓬勃发展，大型化乃至超大型船舶层出不穷，船舶功率节节攀升，由此而产生的CO2排放量接连上升。当下，环保理念逐渐深入人心，全球对于环境保护的重视程度也日益提高，船舶节能减排问题受到了造船界和航运界的普遍关注。IMO环境与保护委员会(MEPC)作为环保方面的国际权威组织也提出了一系列解决温室气体减排的措施方案，并针对于船舶领域开展了大量研究。2008年10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)”，EEDI便迅速成为国际海事界各方关注和争论的焦点

2、。在MEPC第59次会议上，“新船EEDI计算方法临时导则”又以通函方式获得了通过，鼓励各国政府在自愿的基础上试用，以激励船东和船舶设计者通过技术改进和使用节能技术使新造船舶自设计和建造时就尽可能达到较高的能效标准。而在MEPC第60次会议上，IMO更是决定将EEDI作为强制性要求纳入MARPOL附则VI框架下，并制定了文本框架草案。在2010年9月召开的MEPC第61次会议上，IMO EEDI工作组进一步完善了强制性EEDI文本及导则，同时规定了适用于强制性EEDI要求的船舶类型、尺度以及四个阶段的目标年限和折减率。在世界经济大融合的背景下，实现大宗货物的高效、经济运输是我国乃至世界各国的航

3、运部门面临的课题。将远洋运输而来的大宗货物通过内河水路运输网络既经济有高效地运送到我国中西部发展中地区是我国航运部门面临的一个重大课题。实行江海联运是解决这一问题的必有之路。江海联运可以釆用江海接驳分程转运和江海直达两种方式。江海直达运输是一种不需要进行江船和海船的换装，直接将货物送至目的港的运输方式。这种运输方式有缓解中转港的压力、加快货物送达速度、节约中转费用、提高货运质量和降低运输成本等诸多优点。采用江海直达运输方式可充分发挥浙江省区位优势，充分利用长江黄金水道资源优势，加快沿海和内地物流业的发展。浅吃水船舶应运而生。然而，过去几十年来，江海直达运输大多釆用江船出海或者海轮入江这种比较落

4、后的方式来进行。由于江船难以适应海上风浪，江船出海运输方式安全性严重不足;至于海轮入江，由于我国内河航道大部分水域属于浅水航道，海轮吃水受到严格限制，其经济效益较差。多方面的研究结果表明，无论是江轮出海还是海轮入江都无法充分发挥江海联运的最大潜力。按照目前及今后IMO对CO2气体排放日益严格的要求，采用过去传统的江轮出海或者海轮入江的落后联运方式势必无法满足EEDI的要求。因此，加快开发出适应EEDI新规的绿色高能效浅吃水新型散货船型迫在眉睫。为了应对2013年实施的EEDI ( Energy Efficiency Design Index )国际新规，本研究通过引进、集成与自主创新，将船型优

5、化技术和动力节能技术结合起来，开发具有“先天”的高能效品质可用于江海直达运输的浅吃水高效节能散货船新船型。本研究的实施将大力提升我国的船舶制造工业和航运业的国际竞争力。1.2 船舶能效设计的研究现状2010年4月，DNV(挪威船级社)依靠最新的DNV标准推出“节能减排型”鲲腾(Quantum)集装箱船新概念，主要目的是在让集装箱船舶运输更多集装箱的同时大幅减少燃油消耗，从而降低对环境的负面影响，并认为在3-5年后该船型将成为现实；2011年6月，德国劳氏船级社提出了北欧支线集装箱船设计概念，旨在减少船舶运输过程中二氧化碳排放的挑战。可见，环保型船型已成为业界未来的研发趋势，本文基于能效的船型研

6、究即是顺应这一潮流，着眼于船舶能效设计指数加以展开。为提高船舶能效、减小船舶温室气体排放，国际上提出了大量措施和对策，主要集中在船舶的设计技术、营运和管理这三个方面，从而形成了三个具有针对性的能效指数：EEDI (船舶能效设计指数)、EEOK（船舶能效运营指数)、SEMP(船舶能效管理计划)。船舶能效设计指数(EEDI)的目的是从设计阶段刺激所有影响着船舶能效要素的革新和技术发展，并通过对现有船的统计分析设立排放基线，在基线的基础上对新造船能效进行控制；船舶能效运营指数(EEOI)并非强制性措施，它主要用来比较在一段时间内，一个船队中同类船舶的能源效率;船舶能效管理计划(SEMP)是通过将能效

7、目标分解到每个可能提高燃油效率的操作当中，进而提高船舶能效的一个综合性管理措施1。自新船能效设计指数EEDI提出伊始，这一能效指标便受到了业界的追捧，国内众多船舶工作者针对这一问题开展了一系列深入研究，为国内船舶工业界应对EEDI的挑战提供了相应的技术支撑。魏锦芳等2针对EEDI能效设计指数计算公式中的船舶失速系数fW进行了研究并提出一个系统的fW计算方法，其计算结果与试验值和NMRI方法计算结果有着较好的吻合度。李百齐等3 4对EEDI的本质和影响因素进行了详细的分析研究，以船舶的装载量和船速为参考变量，按不同船舶类别分别建立了 EEDI的衡准基线、衡准基面，试验的验证结果也证明了该方法具有

8、较强的适用性。柳卫东等5据国际海事组织(IMO)海上环境保护委员会(MEPC)关于船舶能效设计指数(EEDI)的议题和结论，对目前市场上主流的三型散货船和三型油船进行了计算分析，指出随着运输船舶载重量的增大，其能效设计指数变得越来越难满足基线公式的要求。刘雅玲6对新造船能效设计指数EEDI进行了分析和研究，提出了指数基线的回归公式，并对减少二氧化碳排放可采取的措施进行了探讨。从目前来看，能效设计指数EEDI才面世不久，所引起的关注和争议很大，其计算公式中所包含的参数在定义和获取方式上都有不尽合理之处，因此EEDI并不能科学全面地反映出船舶真正的能效，要想大力推广使用，其可操作性还亟待加强。尽管

9、如此，可以预料的是在2013年全球范围内强制执行EEDI指标己是不可逆转的，针对EEDI公式、基线和减排目标的理论研究工作需要进一歩加大努力和投入。二、 EEDI概述2.1EEDI公式及含义EEDI是衡量船舶能效水平的一个指标，简单地说，EEDI公式是根据CO2排放量和货运能力的比值来表示船舶的能效。EEDI是衡量船舶能效水平的一个指标，简单地说，EEDI公式是根据CO2排放量和货运能力的比值来表示船舶的能效，其分母表示船舶在规定的船速(Vref)下与载货量(Capacity)之乘积，而分子可概括为两部分，第一部分为主辅机的功率与所消耗燃油之乘积，第二部份为釆用新的节能技术减少燃油消耗所带来的

10、船舶能效的提高部分。新造船的能效设计指数EEDI的计算公式如下：对式中各个参数的含义简要解释如下：CF为燃油的无量纲碳转换系数，基于含碳量的多少将燃油消耗量转换为CO2排放量，用t-CO2/t-Fuel表示。燃油类型不同值也不同，例如重燃油(HFO)的CF=3.1144；P表示主机和辅机的计算功率；Capacity为载重吨或总吨；Vref为特定功率和装载条件下的船舶航速；SFC指柴油机经核定的特定燃油消耗量，g/kWh；fi系指对Capacity的修正系数；fj系指冰区加强修正系数；fw系指不同的风、浪流等不利海况下导致船舶航速降低的影响因素，可以理解为耐波性失速系数；feff系指反映了创新型

11、能效技术的利用系数。2.2 EEDI适用船型根据“新船能效设计指数计算方法的临时导则”，EEDI计算公式适用于：客船、散货船(包括散货船、矿砂船、运煤船和散货矿砂混装船等)、油船(包括原油船、成品油船、化学品船、沥青船及相应的混装船等)、气体运输船(包括LNG运输船、LPG运输船等)、集装箱船(包括集装箱船、敞口集装箱船等)、车辆运输船、容积型滚装船、载重型滚装船、杂货船、客滚船。其他船型如拖船、调查研究船、铺管船、海洋工程船等的EEDI计算方法还在研究中。另外，对于柴油机-电力推进系统、蒸汽轮机推进系统或混合推进系统EEDI计算公式尚不适用7。根据MEPC第60次会议相关文件，EEDI计算公

12、式适用于400总吨及以上的全部新造船8。MEPC第62次会议通过的“决议MEPC.203(62)”在(MARPOL73/78公约附则VI“防止船舶造成空气污染规则”中纳入船舶能效新规则的修正案，将新的修正案作为附则的第4章，包括第19条第23条规定，第19条规定：EEDI能效规则适用于所有400总吨及以上的船舶；第20条获得的能效设计指数(Attained EEDI)和第21条要求的能效设计指数(Required EEDI)不应适用于具有柴油-电力推进、涡轮推进或混合推进系统的船舶9。三、 浅吃水散货船的总体性能改善3.1浅吃水散货船主尺度优选对船舶的主尺度在考虑航线、港口等条件的限制后，就是

13、船舶主尺度的优选，一般船舶主尺度参数及其选择方法如下：L-而浅吃水肥大型船长L的选择，主要由船舶载重量和总布置决定，对该船主要任务、营运航线、航次及航过港口的具体情况予以综合经济分析论证，求出最合理的船舶吨位，营运航速，选取最佳船长。在主尺度选择中，船长是最重要的参数。选定船长首先应满足总布置要求，竭力使其紧凑。船长对阻力影响最大。摩擦阻力占船总阻力的6070%，由于船浸湿面积正比子，则摩擦阻力随船长增加而增加。当设计排水量一定情况下，应适当增大船宽，减小长宽比，以降低船浸湿面积和降低船壳表面粗糙度影响，从而降低摩擦阻力。缩短船长对改善船舶操纵回转机动性有利，还可相应减少船体结构自重量，当船长

14、增加1%时，船体结构自重量要增加1.7%左右。同时，以经济性考虑，亦不宜选取较大的船长选取较短的船长，还可降低船在装卸货时停靠码头的支付费用。设计中还应考虑到船长与波长之比值，应避免在L/A=0.81.3范围内，否则，船产生剧烈的纵摇。一般确定此类型船长的经验算式归纳如下:H.Bellford算式Lbp=6WD1/3-17 (m)根据以上综合计算一艘排量45000DWT的船长取190米以内。B-船宽是浅吃水肥大型船的最主要尺度。首先，根据船的营运航线航道，以及港口的具体情况确定船宽，如经过巴拿马运河水闹，船宽限制在32.3米以内。因此，相当一部分船宽就限制在上述范围内。其次，选择船宽取决于设计

15、船的载货情况，增加船宽可使货舱容积增大，易于满足载货量要求，设计吨位愈大，载重效果愈好。增加船宽可相对加大货船的开口宽度，便于装卸货物，易于满足总布置要求，便于机船和锅炉枪布置，亦可改善船员工作及生活处所条件。以船舶稳性而言，增加船宽对满足船舶初稳性高度有利。增大船宽既不影响增加船舶重心高度，又不增加般侧受风面积，以利改善船舶稳性。船宽对阻力影响通常是通过L/B或和B/d权衡研究，低速船增加船宽，对阻力影响不显著。但船宽过太，使上L/D值过小，导致兴波阻力及形状阻力显著增加，此外，将导致船舶初稳性高度h值过大，当船在大风浪中航行时产生剧烈摇荡，迫使增大船的横摇角和角加速度，影响主机正常运转，增

16、加燃油消耗量，并使螺旋桨工作条件恶化(桨叶受水压负荷不均，并产生叶片局部出水现象)，从而降低航速。在综合权衡后，对浅水肥大型船宜取较大的船宽为佳10。对一般低速货船或油船的船宽经验估算式如下: 上组算式适用于WD=10000-50000吨的近海货船，其系数k1和C1，均可在00.5范围选取。通过综合分析，与类似船型比对通过支持向量机优选法确定船舶能无限航区航行并通过巴拿马运河，控制船宽为32.30米以内。D-船舶型深选取应着重满足船体总纵强度和扭转强度及局部结构强度等要求，以及满足机般布置和货船容积要求。通常，可根据船舶干艘高度决定型深，从船体强度考虑，型深不宜过小。按我国海规规定：船长小于3

17、00米的船舶，船长与型深之比为Lbp/D17，船宽与型澡之比为B/D2.5。因此，对浅吃水肥大型船的型深不宜取得过小，可适当调节型深高度，以利改善船俸强度。Cb-浅吃水肥大型船的方型系数。一般选取在0.810.84范围。该类型船选取Cb值时，主要考虑船舶载重量要与船宽协调。C值的大小，表示船舶水线以下的船体形状的肥瘦程度，C值对摩擦阻力影响小，对剩余阻力影响大。而本类型船，摩擦阻力成分所占比例很大，因此，对C值选取可适当增大，同时考虑船的经济，亦宜选取较大的方型系数。适用于浅吃水肥大型船计算C值公式，见下式：中横剖面系数Cm-设计时取较大的中横剖面系数C ，以改善舱室容积。一般Cm可选取在0.

18、995-0.997范围。纵向棱形系数Cp-Cp=Cb+C(C=0.003-0.010)。水线面系数Cw-上海船研所算式Cw= 0.6Cb+0.386(适用肥大船)。标准船型主尺度必须通过大量的方案比较、分析、优化后才能确定，是一个多目标的系统优化工程。根据不同的要求，有不同的选择。从船舶综合效益出发，一般选择投资偿还期、船舶初投资、必须运费率和船舶年运输能力等指标进行优化。通常船型主尺度优化的方法也比较多，如遗传算法进化算法、支持向量机、神经优化等等，基本这些优化都是根据船型要进行建模，并通过数学模型计算后再与其它的优化方法进行比对，再通过专业的知识的积累最终确定合适的船舶主尺度。例如支持向量

19、机优化就是将支持向量机回归算法引入船型要素数学模型中并进行实证分析。在搜集整理现有实船数据的基础上，通过支持向量机回归算法来建立船长、船宽、吃水、型深、空船重量的数学模型。3.2浅吃水散货船的总体能效改善研究通过EEDI船舶能效设计指数计算公式的综合分析可知，浅吃水散货船在主尺度确认的情况下，可以通过以下方法来降低能效设计指数：一、通过船速(Vref)、主机额定功率(PME)，即通过降低主机功率来降低船速是最直接有效的降低EEDI指数的方法;同时通过提高同等功率下的航速来降低EEDI指数值，比如通过型线优化、船、机、架匹配技术及高效螺旋架的使用等。二、通过提高船舶的载重量Capacity方法来

20、降低EEDI指数值，通过高强钢的使用、船体结构强度有限元优化等方法降低空船的重量，提高载重量的方法实现EEDI值得降低。3.2.1船舶航速及功率匹配优化改善能效水平船舶主尺度在确认以后，船舶总体设计最重要的内容就是船舶航速和主机功率的匹配，两者的合理匹配对船舶能效指数EEDI水平有决定性作用。本节将对两者的匹配进行深入的论述，特别是船舶降速、主机选型及主机降功率使用SMCR点的选择。1) 减速航行及主机减额输出对EEDI指数的改善上海海事大学物流研究所原所长徐剑华教授介绍，航速和燃油消耗呈立方关系，也就是说，如果航速降低2%，燃油消耗将减少8%，所以减速航行时立竿见影的11。如今各设计院普遍釆

21、用的应对EEDI新规的方法主要是降速航行。船舶减速航行，实质上是主机减功运行，即主机每循环的喷油量减少，使其有效功减少。当主机减功运行时，其功率大致与桨速(航速)成三次方比例降低。减速航行措施，就是利用这种特性，用航速稍为降低来换取大幅度的节省推进功率，从而节约燃油12。航运巨头马士基在2008年开始降低航速的方式来节约成本。其1.8万标箱的3E船，燃油消耗比E级船低26%，比十年前建造的8000标箱的船平均单位箱位低大约50%。同时，减速航行可以帮助航运公司消耗部分运力，市场上称为加船减速。以欧洲航线为例，以航班56天，8艘船，现在航班是70多天，10艘船，多投放2艘船。经过计算，10艘船的

22、燃油成本和管理费用比之前8艘船低。当然降速航行对船舶营运也有较大的影响，主要是对主机及其机械设备影响较大。船舶减速航行时主机工况偏离设计工况甚远，各种性能参数的匹配可能严重失调，导致换气、燃烧、增压效能以及热状态等一系列危及主机维持正常工况的问题。一般来讲主机都是按照高速来设计，降速对机器的伤害很大，由于低速时滑油油压不够，造成活塞和缸套润滑不良，主机燃烧室及扫气系统迅速污染积炭，低温腐蚀等不仅是机器本身，还有增压器、鼓风机，一系列的设备磨损也会增大。因此，从船舶能效优化的角度上讲，应该尽量不使用这种方法来满足能效设计指数EEDI要求。2) 浅吃水散货船主机选型优化改善能效主机的选型主要考虑技

23、术成熟、运行稳定，同时噪音要小、振动小，还要经济性好，重量轻，与其它性能匹配好，指标优良等。主机选型及SMCR选点优化，其实质是用可以输出较大功率的柴油机输出较小的输出功率，或在同样功率下降低主机转速。前者影响主机的尺寸、重量、机抢长度、造价，而后者则影响螺旋桨的直径及船舶尾吃水，这就需要在总体设计中全面的平衡和考虑。这里仅从油耗及EEDI的角度进行了对比。主机的选型还需要综合考虑布置及成本。船东以往习惯于在市场情况不好的情况下，通过船舶减速航行来节省燃油消耗，降低成本，而市场好的情况下，则希望能够提高航速增大收益。然而，随着EEDI的强制执行，以后的新建船舶，为了满足EEDI的减排要求，在设

24、计中即需要限定主机的输出，从而也限制了船舶的航速13。综上所述，在船舶要求节能降耗的背景下，营运中的现有船舶(船、机、桨匹配后)，特别是老船型，适合釆用减速航行。而新船的设计必须考虑主机选型及SMCR选点优化。3) 浅吃水散货船的型线及水动力优化改善能效船舶的型线优化对新船型的开发至关重要，通过母型船的型线进行优化，对船舶的载重量、空船重量、航速都有很大的影响。对于船舶的快速特性而言，浅吃水船舶线型丰满、湿表面积大，傅氏数低，粘性阻力在总阻力中所占比例很大，安装球首作用不大。而且船型短、宽，进流角大，尾部流场又极易分离，所以常规船型中较易解决的问题，这里却显得棘手。船尾设计是个难点，但若釆用双

25、尾鳍，将尾部设计成纵流型，可延缓流线分离。形状较为理想的尾鳍，对提高推进效率有利。就操纵性而言，这种船型的回转性比常规船好，但其航向稳定性和应航跟从性却往往较差。在浅水中，它的航向稳定性会有所好转，但随水深减小，舵叶前缘的轴向平均伴流分数会明显增加，敞航时舵效很差若采用双机双桨双舵，对解决操纵性问题有利。就耐波性而言，浅吃水船船宽度宽，吃水浅，初稳性GM大，其横摇自摇周期比相当吨位的常规船舶要小，横摇的状况恶化;另外，吃水浅，L/T大，这又使船首底部砰击、波浪中失速、螺旋桨出水等现象严重起来。肥大型船的开发及优化设计中，为缩短开发周期，减少船模的水池试验次数，节省研究经费，引入CFD技术开展选

26、型工作，随着计算机技术和CFD技术的结合，CFD程序预报正被广泛应用在船型优选中。通过优选的船型再进行船模试验，模型的试验结果与程序的计算结果一起比对，获得最优型线。但已有母型船的型线随着船舶设计技术和手段的不断改进，成熟母型船的型线已经很优秀，再提高对能效指数EEDI的优化已经很有限。研究表明，优秀的母型船型线优化对EEDI的提高仅有2%，因此船舶型线及水动力优化仅进行简要论述。但型线与水动力的优化是真正从总体设计优化的角度改善能效，也是船舶设计着的主要工作。随着船舶水动力节能技术的不断成熟，船舶型线优化后通过加装水动力节能装置，可以获得更好的优化效果。节能推进技术主要集中在改善螺旋桨进流、

27、改善桨叶所受压力、减少桨叶所受摩擦力、更多利用本不能利用的能量、改善传动轴系。螺旋桨在水中产生的能量损失主要有以下几个方面：因桨叶表面摩擦力而造成的损失；因桨轴轴向射流而造成的损失，这部分能量损失占总能量损失的2/3；因螺旋桨叶梢祸旋而造成的损失；因桨毂祸旋而造成的损失。而克服这些损失就是新节能技术人员要做的。介绍几种笔者收集的最新的水动力节能装置：组合式水动力节能装置、其他水动力节能措施（如毂帽鳍、预旋定子、Mewis Dudt系统、不对成船尾、扭曲舵等）。4) 船机桨匹配技术及高效螺旋桨使用对能效优化作用船舶动力装置是船舶正常航行、作业、停泊的机械装置的综合体。船舶主机作为船舶的推进动力，

28、按照螺旋桨特性将主机功率传递给船舶轴系，轴系最终把这些功率传递给螺旋桨，螺旋桨在水中旋转产生推力，这些推力客服船舶航行的各种阻力使船舶保持一定的航速。如果柴油机与螺旋桨配合不合理将导致主机转速上不去、船舶航速达不到、主机超负荷等一系列的问题，严重时甚至会产生主机拉叙，因此，螺旋桨与船舶主机匹配性能决定了船舶的快速性、安全性，需要对其进行优化设计，以达到更好的匹配特性14。在某一工况下，船、机、桨的能量、转速均相等，船、机、桨的这个点我们通常叫“配合点”，也叫“船、机、菜匹配的平衡点”。在船舶设计转速和负荷条件下的配合点，称为设计配合点，船舶在此点运行，就可得到设计航速，其螺旋桨效率较高，但是此

29、航速下不一定是经济航速。当船、机、桨的某一方的能量和转速变化，平衡点也变化，会形成新的平衡点，此平衡点会偏离设计平衡点，这时，转速、功率和效率等参数都将发生变化。通过船舶原理可知:船舶的阻力等于螺旋桨的推力，因此我们可以把船、机、桨的匹配问题转化成机、桨匹配的问题。因此，用桨的推进曲线，综合代表船和桨的推进特性。而螺旋桨设计负荷点的确定是额定工况的配合点，一般把机、桨的特性曲线绘制在同一张功率-转速特性图上，并找到交点，该点即是额定工况配合点。3.2.2载重量的提高优化改善能效在船体主尺度优化、船体的水动力型线优化完成后，要想继续提高能效水平必须从船舶的载重量考虑，通过EEDI能效计算公式可以

30、知道，在船舶主尺度确定的情况下，载重量提高就意味着能效水平提高。要想提高载重量必须降低船舶的空船重量，这就涉及到船舶优化设计的另一个方面:船舶结构优化，通过船体结构的优化可以获得能效水平的提高。同时结构的优化使得空船重量降低，空船重量的降低意味着船舶的建造成本的降低，所以可以获得建造成本的降低和能效水平的提高双重效果。船体结构重量占船舶空船重量的较大部分，结构的优化对减轻空船重量意义重大，然而船舶设计是系统工程，需要总体、舾装、结构、甲板机械、轮机、电气等个专业的密切配合，这些专业的优化也利于空船重量的减轻。而船舶主尺度是对空船重量影响最大，特别是船舶的长度。民用船舶的基本剖面模数及波浪弯矩均

31、与船长的平方成正比。因此，船长直接关系到船体钢材消耗即空船重量15。较小的船舶主尺度能有效降低空船重量，但载重量将会降低，所以对能效指数EEDI的意义不大。1) 总体优化船舶的总体涉及到船舶性能和空船重量的控制。对船舶的尾楼的设计远洋船虽然没有强制要求，但尾楼的设置易于在艉部上甲板布置枪室，尾楼的设置加大了船舶大倾角倾斜时的排水量，改善了船舶大倾角时的稳性。尾楼的设置一定程度上增加了空船重量，对破枪稳性不成问题时可以不设置尾楼，仅设甲板室就满足要求了。甲板室的层数在满足布置图和驾驶室可视范围的条件下越少越好。一般层高装潢后不低于2米-2.1米。大部分船舶设置艏楼或增大脊弧的方法来满足船级社对船

32、舶首甲板高度的要求.IACS对所有散货船和油船及其兼用船都设置了艏楼，并对艏楼的位置、高度、长度作了明确规定16。艏楼的设置对驾驶室的可视范围是有影响的。SOLAS公约要求从驾驶室位置所见的海绵视域，在所有吃水、纵倾、甲板装货情况下，自船艏前方任何一艘10范围，均不应该有两个船身以上的长度或500米(取小者)遮挡17。巴拿马管理委员会对通过巴拿马运河的船舶规定在压载航行时，从指挥位置的海面视域自船首前方不应有大于1.5倍船长的遮挡18。因此贿楼在满足规范前提条件下，艏楼的选取应该尽量小。一般艏楼长度不小于干般船长的7%，这样做是为了防止干艎有所折减。同时艏楼上甲板边线半宽不易过于丰满，同时露天

33、甲板为方便向两翁排水一般设置有梁拱，但应避免在上层建筑好甲板室内设计梁拱，以避免使用大量敷料造成船舶重量增加。2) 结构优化船舶设计时校核总纵强度时，要满足强度的要求同时又不会使中剖面的纵向构件尺寸过于富裕，以降低船舶空船重量。在中横剖面图上，采用的纵向构件尽可能小，剖面模数较大，且结构工艺性好。双舷侧散货船顶边枪下的上部双舷侧结构应采用纵骨架式，双舷侧下部可采用横骨架式结构。这种混合结构形式使双舷侧上部有较好的纵向强度，下部的舭部有较好的结构工艺性。同时通过纵向构件和横向构件的优化最终达到降低空船重量目的，提高载重量。纵向结构优化横向结构优化3) 型材优化船舶结构中型材、T型材应用相当广泛，

34、用量也非常大，在传统的船舶设计中一般只重视船舶的刚度、强度的要求，对船舶构件的重量没有引起重视，通常船舶结构的设计按照规范计算所需要的最小剖面系数和最小惯性矩，然后人工查型材表来确定型材的大小和规格。满足规范要求的型材的规格尺寸方案可以有很多，如果不进行优化，船舶的空船重量将增加很多设计中横梁、助骨、扶强材、纵骨等采用扁钢、球扁钢可以有效降低次要构件的重量。理论研究表明：对T型材用增加腹板高度的方法来达到增加剖面模数效果明显，这种方法比用增加面积来增加剖面模数的效果更为明显。如果腹板的厚度允许减少，在不增加腹板面积的条件下，增加腹板高度来获得剖面模数的增加，这种做法是相对比较经济的做法。因为在

35、不提高结构材料成本的情况下，能较大地提高结构的强度功能，从而提高它的使用价值19。T型材使用有其使用的原则，这种原则是:虽然较小的面积，但是剖面模数较大。4) 高强钢的应用高强钢的使用对船舶空船重量的减轻具有非常重要的作用。船体结构在使用期间要承受复杂的动态荷载，船舶的建造和组装过程中，结构件会产生巨大的应力，船舶的无限航区的航行要经受赤道及两极位置温度变化的考验，为了使船舶能在各种环境下连续航行，船体结构的完整性必须得到保证，所以对结构钢及其配套用材提出很高的要求20。高强度钢应用在船体结构中，最直接的效果是获得截面尺寸更小的构件。减轻船体自重.这样就能增加船舶的载货量、提高航速，船舶能效也

36、会有明显改善。此外，釆用高强度钢还能节省焊接材料的消耗21。高强钢的屈服极限一般为315-390Nfm2，而普通低碳钢屈服极限为235Nfm2。高强钢的优点就是强度高，但弱点就是疲劳强度没有明显提高。高强钢使用区域的部件，会产生应力集中的缺陷，造成构件的寿命的降低。高强钢一般应用在船舶的强力构件中，对一些大型船的货舱区域的纵向构件为强力构件釆用高强钢，对这些区域的横向构件也釆用高强钢，如某VLCC船高强钢的使用比例接近80%，空船重量可以减少18%-20%。从船舶结构基本知识可知:船舶的船体结构中，最大的总纵弯曲应力发生于强力甲板和底部的纵向构件，最大的局部应力发生在底部和底部附件的纵横构件中

37、，如果在这些结构中采用高强度钢，对构件的折减有显著效果。但有些部位则不宜采用高强钢，比如靠近船体梁中和轴附近的舷侧结构与纵横舱壁结构中，因为这些结构相对上述结构总纵弯曲应力、局部应力较低。还有就是水线附件范围的舷侧结构因承受波浪的交变载荷，容易产生疲劳裂纹。高强钢的使用在一些船舶建造中应用比例相当高，整个货般区结构全部采用高强钢，而这种做法容易造成船体的刚度相对较弱，因此，必须严格的疲劳强度分析并获得船级社批准。在船舶的建造过程中，由于高强钢的使用，船舶的结构构件相应减薄，特别在构件的连接不连续或不对齐时，这些区域将会承受很高的应力，辉接的焊缝处也会产生剩佘应力22，这些区域都存在潜在的破坏隐

38、患，因此建造公差的控制就尤为重要了。高强钢在使用中还会出现延期裂纹和再热裂纹不利现象，但这些问题都可以通过相应的措施来防止，比如延期裂纹为防止冷裂纹的出现，施工时釆用低氢焊条，焊条要执行严格的保温措施。对再热裂纹可以釆用对再热裂纹不敏感的焊接材料，如釆用提高捍接线的能量和预热温度，并釆用强度较低的焊接材料。总之，高强钢的使用可以很大程度上的降低空船重量，最终达到提高载重量的目的，对EEDI的能效指数的提高也非常重要，这也要求设计者掌握空船重量和船舶寿命的平衡点，去除使用高强钢的不利因素。四、 结论及展望基于全球节能减排的大背景下，船舶行业节能减排势在必行，随着国际海事组织(IMO)对新船能效设

39、计指数的新规则的最终通过，随着船舶节能减排在全球范围内2013年1月1日开始实行，EEDI能效指数由书面研究落实在船舶相关的很多设备和领域中，我们能效研究相对较晚，对我们的船舶制造企业有较大的挑战，国家也通入了大量的人力物力进行EEDI能效设计指数的研究。本文以大型的浅吃水散货船为设计载体，进行能效设计指数改善的研究。首先针对EEDI能效设计指数计算公式展开分析，结论得出船舶能效设计改善必须从改善航速、载重量、新技术的改善等方面入手来改善能效。接下来釆用现代先进支持向量机优化方法获取最优的船型主尺度。在主尺度确定的情况下，通过改善船舶航速展开进行能效技术的改善措施，通过船舶航速的降低的方法来降低主机油耗，获得满足要的EEDI指数，同时也可以通过主机的选型优化及主机降功率使用等方法来获得经济航速。在船舶的阻力的研究后，通过水动力型线优化，使得船舶获得比母性船更优的型线。对船、机、桨的匹配研究并获得合适的匹配点，同时阐述了高能效螺旋桨及其它的水动力节能技术。在船舶型线确定的条件下，通过对空船重量进行优化，获得更高的船舶载重量。提高空船重量的方法分别从总体优化、结构优化、船体结构有限元方法优化及高强钢使用方面进行详细阐述，获得了预期的效果。对于EEDI能效的