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船舶规范标准发展与创新

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第3l卷第5期2009年5月舰船科学技术V01.31,No.5May,2009SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGY船舶规范标准发展与创新杨忠民(中国船级社上海规范研究所,上海200135)摘要:安全、环保和可持续发展是2l世纪人类共同主题。进入2l世纪.公众安全和环境意识觉醒,对海上事故已达到。零容忍”程度。IMO及国际相关海事组织积极推进相关公约、规则和规范的重新审议,制定目标型船舶标准(GBS)、共同规范(CSR)、海水压载舱涂层标准(PSPC)、2009概率破损稳性规则、船舶CO:设计指示、船舶再利用标准、NOx和SOx减排标准等,促进船舶规范标准的不断提升。近年来,我国船舶工业发展迅速.已经奠定了世界造船大国的地位,但与造船强国尚存在差距。抓住国际船舶标准发展机遇,瞄准绿色船舶未来发展方向,建立业界共同参与机制,研发和推广应用船舶绿色技术和节能减排技术,使船舶规范标准适应国际社会关注的“绿色”、“健康”等节能环保新船型,并拥有我国自主的船舶规范标准体系,是我国建设创新型船舶工业和造船强国的进程中的必由之路。关键词:船舶规范标准;目标型船舶标准;绿色船舶、节能环保新船型中图分类号:U674.02文章编号:文献标识码:A1672—7649(2009)05—0017一04DoI:10.3404/j.issn.1672—7649.2009.05.001Developmentandinnovationofship’SrulesandstandardsYANGZhong-min(ShanghaiRules&ResearchInstitute,CCS,Shanghai200135,China)Abstract:Safe,environmentally—friendlyandsustainableisthehumancommonthemeoftlletwenty-flintcentury.Inthe21stcentury,thepublicperceptionforsafetyandenvironmentalawarenessofaccidentsatseahasbecome“zerotolerance”.IMOandotherinternationalorganizationsassociatedwithmaritimeaffairsactivelypromotereconsiderationofrelevantconventions,regulationsandrules,todevelopGoal-basedStandardsforship(GBS),CommonofStructuralDamageRules(CSR),PerformanceStability,2009,ship’8StandardforProtectiveCoatingsdesignemissionindex,ship(PSPC),RegulationProbabilisticC02recyclingstandards,NOxandSOxemissionreductionstandards,etc.,speedinguptherisingofship’8rulesandstandards.Inrecentyears,theshipbuildingindustryofbecomeoneourcountryhasbeendevelopedrapidlyandhassomeoftheworld’sshipbuildingpowers.Howeverthereisgapascomparedwithothershipbuildingpowers.Seizingtheopportunityfordevelopmentoftheinternationalshipstandards,aimingatthedirectionoffuturedevelopmentforgreenships,establishingtheparticipationmechanismoftheindustry,developingandpromotingthetheship’srulesandstandardsuseofship’8greentechnologyandenergyreductiontechnology,al'etobringtofittheenergy—savingandenvironmentally-friendlynewshiptypeas“green”and“healthy”concernedrulesandstandardstotheinternationalcommunity.Thereforetheestablishmentofindependentship’8ofoursystemsacountryistheonlywayintheprocessofbuildingallinnovativeshipbuildingindustryandKeywords:shipbuildingpower.ship’Srulesandstandards;goal-basedstandardsforship(GBS);greenships;energy-savingandenvironmentally・friendlynewshiptype收稿日期:2008—12—02;修回日期:2008—12—22作者简介:杨忠民(1961一),男,上海造船工程学会理事。所长,高级工程师,长期从事船舶检验、审图和船舶规范技术研究工作。万方数据 ・18・舰船科学技术第31卷0引言当前,在海事领域,共同维护海洋的安全和环保,实现可持续发展已在业内达成共识。在新局面下,IMO、欧盟等标准制定组织积极推进相关公约、规则、规范的重新审议,促进船舶规范标准的提升,这是世界经济社会发展和历史进步的必然结果。从传统理念上讲,技术标准是统一产品安全质量水平、营造公平竞争环境的重要工具。但在全球贸易发展进程中,技术标准也是作为贸易壁垒的手段。海事技术标准升级隐含着国家之间航运、造船及其配套业的市场竞争因素。各国极力推动其本国的海事技术标准升级为国际标准,掌握海事业发展的主动权。近年来,我国船舶工业的造船能力、科技实力和国际影响力不断增强,国际地位显著提高,已经成为具有重要影响力的世界造船大国。但是我们应当清醒地认识到,一方面,目前中国造船业与日韩相比无论在设计开发能力还是造船效率上都存在明显的差距;另一方面,船舶配套设备业方面更落后于日本、欧洲甚至韩国。因此,中国要从造船大国成为造船强国,就不可能绕过船舶技术和标准这道坎。中国不仅要拥有自主的核心技术、自主开发设计能力,而且要拥有自主的标准体系,这是我国建设创新型船舶工业和造船强国进程中的必由之路。1国际船舶安全和环保标准发展进程和趋势船舶行业也许比任何其他经济行业对日益变化的需求更加敏感。每一次的重大船舶海难事故均激发公众安全和环境意识的觉醒,使公众对海上事故的容忍急剧降低,进入2l世纪,已达到了“零容忍的世界”的程度。这必将促进国际海事安全理念从传统的航运利益向国土安全利益发展,也促进船舶安全技术标准向更高、更严、更广的方向发展;从关注单船安全,向关注航行于本国水域船舶对其环境的影响方向转变。21世纪人类共同的主题是环境保护和可持续发展。全球性气候变暖、能源可持续性,以及人类职业健康等问题越来越成为国际政治和经济舞台关注的重大议题。IMO正积极推动船舶温室气体减排和船舶再利用标准及相关措施的研究和制定,船舶温室气体减排、节能和船舶再利用标准正成为新一轮国际标准权益竞争的焦点。国际船舶规范标准将以船舶安全和环保两类标准并进,向着绿色船舶技术标准的方万 方数据向发展,促进国际船舶业在全球范围内发起一场新的“绿色”。近年来,国际船舶技术标准发展热点主要体现在如下几方面。1.1IACS共同规范(CSR)近10余年来频繁发生的海难事故和国际海事组织日益严格的环保要求是催生共同规范的主要因素。从技术发展来讲,共同规范的出台也是人类造船理念和对海洋环境认识不断深化、更加理智的结果。过去的几十年中,由于各船级社制定各自规范,船东选择满足其需要的船级。从经济利益上考虑,船东要求船舶尽可能轻,以便装载更多的货物;船厂也要求船体尽量轻,以便节省材料取得赢利。这可能导致一些船舶强度达不到使用寿命要求,而这些不够坚实的船舶在营运10年后逐渐会显现出危险性。IACS共同规范是IMO目标型船舶标准概念逐步应用的结果,其目标是船舶设计和建造的结构要立足于维护船舶营运期间安全,也就是说保证船舶在整个生命周期内(25年内)都保持一个基本的安全水平,以避免船舶营运期间船东维护不足或缺乏维护而导致船舶安全水平下降。1.2IMO目标型船舶标准(GBS)与IACS的CSR出台背景相同,一方面,因为船舶结构问题通常引发重大人命损失和/或重大环境污染,而公众对安全和环境意识的觉醒使面临的压力越来越大,导致介人船舶结构标准方面的发言权的愿望越来越强烈,并积极主张建造更坚固的船体。另一方面,目前船舶规范由传统的经验公式不断拟合演变而来,与其他新兴行业相比(如航空业中飞机的寿命设计,建筑业的可靠性理论等)具有先天性的缺陷。因此,近年来现代风险分析和管理理论逐步渗透到部门,要求船舶寿命设计和确保风险指数的呼声El益高涨。IMO于2002年根据希腊和巴哈马的提议,启动了目标型新造船标准(GBS)研究项目,作为2003—制性初始标准(也称规范的规范),以实现如下目的:1)使得船舶通过恰当的维护,就可保证预期营营运使用率。2)增加规范标准的透明度,对船舶技术标准的制定进行监督,了解规范要求对船舶安全底线控制的船东利益的平衡支点。2010年的长期工作计划,旨在制定一套结构化的强运周期内的安全度,这样就保证了船东对船舶的最大核心技术,从而在安全与经济的杠杆上找到更加符合第5期杨忠民:船舶规范标准发展与创新・19・在整个海事界,人们则更看好引入GBS理念建立新型的船舶规范标准体系对维护和加强规范技术标准发展科学性所带来的积极推动的重大意义。IMO建立GBS框架体系提出了如下船舶规范标准发展方向:1)从编制技术要求的科学性而言,GBS理念具有更加严谨的逻辑性和明确性。其中,安全水平法(SafetylevelApproach,SLA)也被引入GBS。该方法采用概率统计方法建立事故与安全度之间的数学模型关系,基于安全可靠性指标清晰地诠释和界定规范中安全因子的取值,从而更加理性地把握规范标准对与船舶航行营运安全的考量,是船舶结构规范发展变革的里程碑和新纪元。2)规范标准建立在IMO层面上并由IMO主导,其公正性、公开性和权威性将大大增加。由于各成员国部门的组织参与,将能最大限度地平衡船东和造船方的利益。3)船舶法定要求和船级要求进一步融合,打破了长期以来船级社独自控制船舶结构规范标准批准权的格局。经过数年努力,GBS确定了5个层次的框架体系,即第一层船舶安全目标,第二层功能目标,第三层规范符合性验证要求,第四和五层分别为船级社和造船业的规范、标准、指南和准则。GBS的强制实施将要求船舶规范标准在第一和二层的安全目标以及功能要求的框架内制定,并按第三层的符合性准则予以验证。作为船舶行业标准的主要制订者船级社,将按此要求展开基于目标型的规范的制定工作(即第四层工作)。由于此项工作的最终目标将是按照安全水平法(SLA)来制定相关的规范化标准,因此对于船级社来说将面临着一项长期而艰巨的任务。1.3海水压载舱涂层标准(PSPC)从20世纪90年代起,“Erika”号、“Castor”号和“Prestige”油轮的海难事故,引起了国际海事界对船舶结构腐蚀的高度重视,推动腐蚀产生原因的研究,船舶结构的腐蚀严重威胁船舶安全已经被普遍认同。基于船舶安全和营运成本考虑,国际海事界将越来越多的目光投向液货船的压载舱和货舱的腐蚀问题,推动了IMO有关船舶结构涂层保护标准的制订。目前已颁布了《船舶专用海水压载舱保护涂层性能标准》(PSPC),对船长大于等于90lit的散货船和船长大于等于150m的油船强制实施。同时,后继的《空舱保万 方数据护涂层性能标准》也已颁布,《货油舱保护涂层性能标准》也正在制订中,估计2009年将作为强制性标准予以颁布。系列的PSCP标准有效实施与造船业的工艺及装备的水平密切相关。纵观PSPC争论过程,我们可以注意到船舶标准规范制定将向更加精细的方向发展。谁拥有确切的实践或实验数据,谁将拥有标准制定的话语权;同样,谁制定了适合工艺装备水平的船舶标准,谁将获得更大的市场份额。1.4SOLAS破损稳性新标准现行SOLASII-l的客船破损稳性要求包括了确定性和概率性方法,而货船破损稳性要求只有概率性方法。随着SOLAS公约的多次修正,以及船舶事故的概率分析,使得2种不同理念所形成的方法完全不同,导致了船舶在安全水平上的不协调。2009年1月1日生效的SOLAS第11.1章破损稳性新标准以统一的安全水平将客船和货船破损稳性规定协调一致,统一为概率性的方法,引入开敞甲板积水和中间进水阶段2个重要的新概念和计算方法,将对船舶设计产生重大影响。若要满足新规则的要求,干货船和客船船型设计需要调整分舱布置。分析表明,几乎所有滚装货船和汽车运输船的设计需作重大修改。1.5船舶再利用标准(以下简称“拆船公约”)随着人们对老旧船拆解对环境和人类健康带来的危害的日益关注,为了控制和减少船舶拆解的安全和污染风险,IMO制定了《国际安全和环境无害化拆船公约》(拆船公约)。该公约对船舶从设计到报废拆解的整个生命周期提出了控制环境污染和保护人类健康的要求。涉及到材料和设备的选择、结构设计和布置利于拆解、减少污染、职业健康和安全风险、利于回收和再利用等各个方面,促进船舶建造使用无害材料或更低危害的材料,并规定了禁止和/或使用包括石棉、消耗臭氧物质、多氯联苯和有机锡化合物等有害材料。该公约将于2009年5月在举行的IMO外交大会上批准。IMO“拆船公约”重点制定全球强制性最低拆船标准,推动清洁拆船设施的建设。其影响不仅仅是对拆船业,对造船业和船舶设备制造业也有很大影响。“拆船公约”将促进船舶采用无公害和可循环利用材料建造,旨在促进新材料的研发。1.6压载水和防污底系统公约营运船舶处于整个海洋水域环境中,船舶对海洋水域生态影响已被普遍认同。首先,为解决船舶压载水传播有害水生物和病原体对水域环境造成的危害,・20・舰船科学技术第31卷IMO于2004年2月通过了《国际船舶压载水及沉积物控制和管理公约》(以下简称“压载水公约”)。“压载水公约”提出分步实施的2种控制和管理压载水有害水生物传播的措施:一是作为过度性措施,在深海进行压载水置换(D—l标准);二是作为最终目标措施的压载水进行处理达到规定标准后再排放(D-2标准)。为实施“压载水公约”D—I标准,对船舶设计和建造提出了更高的要求,主要是考虑合理的压载舱布置,以提高压载水置换效率,避免因置换产生的船舶结构和稳性损失的安全风险,并考虑合理的结构布置以减少压载水沉积物积聚,同时,减少压载水置换所需的能源消耗。国际社会普遍认识到,船舶船体含有机锡涂料在生态上和经济上会构成毒性危险和其他长期影响,在食物链上会危害人类健康。IMO制定并实施了(2001年国际控制船舶有害防污底系统公约》,将于2009年9月17日起禁止使用船体含有机锡涂料。1.7船舶气体减排标准和措施由于船舶排放气体中NOx,SOx和微粒物等空气污染物及CO:温室气体对全球环境和气候带来影响,伴随着各种利益冲突,船舶的气体减排标准和措施成为国际社会关注的热点问题。MARPOL附则VI于1997年出台并于2005年5月19日生效,主要致力于解决船舶造成的区域性空气污染问题。当时,由于承担全球90%贸易运量的船舶航运因CO:排放仅占全球总排放量1.8%,而被认为相对于其他运输方式,船舶航运是最环保的。因此,温室气体减排相对于防止区域性空气污染似乎没有那么急迫。自2005年MARPOL附则VI生效后,由于全球气候变暖,以及国际环境保护大气和欧洲的压力,IMO控制船舶区域污染的行为受到欧美以及一些国际组织的指责,认为国际海运所排放的CO:总量已经超过了“京都议定书”国家的排放量,而指出IMO在控制空气污染方面的努力与海运业增长和技术发展不相适应。因此IMO不得不决定重新审议和修订刚刚生效的MARPOL附则VI,并确定了如下原则:分阶段提高空气污染的标准,分2个阶段对新发动机的NOx和燃油含硫量进行控制,并增加可吸入微粒物(PM)控制,开始着手解决CO:减排问题。经过多年的争论,2008年lO月的MEPC58将通过新的柴油机NOx排放标准(TierI:现行标准、TierII:在现行标准基础上降低15%一22%;TierⅢ:在现万 方数据行标准基础上降低80%。);按不同的时间段实施全球性和特殊区域的燃油硫含量标准(全球性标准:2012年1月1日前,全球降至4.50%;2012年1月1El起,3.50%;2020年1月1日起,0.50%;排放控制区域内标准:2010年3月1日前,1.50%;2010年3月1日起,1.00%;2015年1月1日起,0.10%)。在船舶CO:减排方面,研究并制定新造船CO:设计指数、船舶CO:营运指数及基线,以及指导性的CO:减排的船舶操作和技术措施,其中新造船CO:设计指数具有纳入MARPOL附则VI,成为强制性的发展趋势。2我国船舶规范标准发展和创新1)从GBS到CSR,国际船舶规范标准体系正由以前被动接受向主动设定方向转变,并将通过国际规则、公约、规范的形式在全球范围内强制实施。我国船舶工业要想完成由大到强的转变,必须充分利用国际标准制定平台,不仅要积极理解规则、适应规则,而且要变被动为主动,积极参与国际标准的竞争,影响国际标准的制定。在中国船舶工业发展过程中,CCS坚持走以技术为先导的发展道路,积极参与IMO/IACS相关技术的研究和技术走势分析,并积极向IMO/IACS提交标准制定的提案,以及提出有关我国船舶工业利益的建议。然而,我国整体参与力度远远低于欧美、日本甚至韩国,这与我国作为造船和航运大国太不协调,也是形成我国被动接受、仓促理解国际标准状况得以长期延续的主要原因之一。但是近2年来,我们也欣喜地看到,我国在船舶涂层性能标准和压载水管理等项IMO标准制定中所发挥的整体作用。将我国造船、航运、检验以及相关工业界的专家组织起来,共同研究和深入理解标准的内容,在标准制定过程中积极提出建议,为我国造船界实施这一标准争得了最大的利益。这种造船、航运与检验三方结合的模式,为我国参与国际标准制定发挥了积极作用。为此,需要建立国际海事协调机制,发挥我国专家的整体实力。其次,应加大相关科研研发的投入、加强行业参与力度,在船舶国际标准制定中增加话语权,扩大我国造船业的影响方。如何整合产学研力量,发挥整体的优势,是我国船舶规范和标准发展、创新之路上所面临重要课题。2)以IMOGBS的框架为指导思想,全面提升我国船舶标准规范体系。l下转第34页).34.舰船科学技术参考文献:[1]Lee[2]HP.Dynmnlcresponse第3l卷与图6中可以看出,采用等效冲击载荷数m=20,仍可以通过降低响应计算时间步长来提高计算结果精度,并且当不同积分步长的计算结果相近时,可认为计算结果已达到精度要求。3ofabeamwithamovingm脚[J].JournalofSoundandVibration,1996,191(2):289—294.MichaitsosofaG,SophianopoulosD,KounadisAN.TheeffectmassmovingofaandotherparametersonthedynamicofSoundresponsesimplysupposedbeam[J].Journaldynamicbeamgreen结语[3]andVibration,1996,191(3):357—362.A,Abduljabbarz.AofaFodaMfunctiona本文提出了冲击等效加载方案,将连续移动载荷等效为多个冲击载荷的叠加,采用有限元方法研究了匀速移动载荷作用下简支梁的位移瞬态响应,该方法同样适用于变速度变载荷作用下具有其他边界条件梁以及大型结构的动态响应分析。所采用的冲击载荷等效过程较文献[7]中的方法简单,并且在节点上以及节点之间位置的位移计算结果具有较好的准确度。虽然Joseph¨1指出移动载荷速度越快,单元要划分越细,但对等效冲击载荷数量的增加要求不显著。在瞬态响应分析过程中,单元划分数要大于等效冲击载荷数,只提高等效冲击载荷数量,而不相应提高单元细化程度,对提高计算结果精度的影响不大,但计算步数的提高对计算结果准确度的提高影响始终明显,在等效冲击载荷有效作用时间内,瞬态响应分析的计算步数应在8步左右,这样可以较快得到可接受的计算结果。[8][6][5]formulationfortheresponsestructuretomovingmass[J].Journal295—306.ofSoundandVibration,1998,210(3):[4]PesterevAV,BergmanLA.Animprovedseriesexpansiontoofthesolutionthemovingoscillatorproblem[J].JournalofVibrationandAcoustics,2000,122:54—61.BiondiB,MuscolinoG.Newimprovedseriesexpansionforsolvingthemovingoscillatorproblem[J].JournalofSoundandVibration。2005,281:99一I17.MuscolinoG,BenfratelloS,SidotiA.Dynamicsanalysisofdistributedparametersystemsubjectedtoamovingoscillatorwithrandommasa。velocityandacceleration[J].MP.ThetheuseProbabilisticEngineeringMechanics.2002。17:63—72.[7]WuJia—Jang.WhittakerfiniteelementresponseofstructurestoAR,Cartmellforoftechniquescalculatingdynamicandmovingloads[J].ComputersStructures,2000,78:789—799.RiekerJR,LinYih—Hwang,Martinw.Trethewey.DiscretizationeomideratioosinFinitemovingloadfinitedementbeammodels[J].EletmntinAnalysisandDos/an,1996,21:129—144.(上接第20页)此,GBS规范编制思想应尽快扩展到集装箱船和其他l叵互叵圊霪———j======:=主========TireⅣ:船级社CSR、公约标准、技术程序、指南TireV造船曼f区瓦姻霪l————厂—一舶I————T—一目图1lTtreI:安全目标IIMO船型,并立足于船舶绿色安全的发展方向。2)我国船舶造船业标准(GB和CB等)全面审议。修订和增订船舶标准,以实现既符合GBS,又体现我国现代的造船工业化发展的技术水平,满足可持续发展的要求。3造船安全和质量体系和实践堆则.船舶攥作、维护和培训和t且辱结语GBS框架FrameofGBS№.1IMO中国在跨人世界造船业第一方阵之后,正加速自主品牌的船型开发。在船舶产品结构调整与优化升级的发展关键时期,瞄准船舶绿色安全的未来发展方向,通过我国船舶界共同参与船舶标准研究和创新,并深入研究和应用GBS的船舶技术标准制定理念,研发和推广应用船舶绿色技术和节能减排技术,使船舶规范标准适应国际社会关注的“绿色”、“健康”等环保与安全的要求,开发节能环保新船型,促进船舶从建造到运营、拆解全寿命周期的绿色环保,以满足中国船舶工业由大到强发展的需要,真正实现产业和技术升级,实现船舶工业又好又快地发展。GBS提出了如图l所示的船舶标准体系框架。由图1可以看出,GBS的5个层次的标准框架是一个有机的整体,IMO规定船舶技术(目标与功能)与符合性验证(第1一Ⅲ层),船级社制定技术措施以实现IMO技术(第1V层),造船业制定具体技术标准(第V层),以满足技术和措施。为此,我国船舶规范标准发展方向应是:1)船舶规范转型。目前符合GBS理念的共同规范(CSR)只包括双壳油船和散货船2种船型,因万方数据 船舶规范标准发展与创新

作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):

杨忠民, YANG Zhong-ming

中国船级社,上海规范研究所,上海,200135舰船科学技术

SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY2009,31(5)

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