中國船級社推出智能船體解決方案

為滿足業界實施智能船體的需求，中國船級社(CCS)推出了“船體全生命周期管理系統”和“船體監測系統及輔助決策”服務,為船東、設計方、船廠等開發智能船舶提供了有力的技術支撐。

船體全生命周期管理系統

船體全生命周期管理系統建立了與實船完全一致的船體結構3D模型和船體全生命周期管理數據庫。通過該系統，可對船舶建造過程進行監督與管理，形成船舶監造管理電子檔案；為船舶建立科學合理的船體檢查保養計劃體系；建立船體結構厚度數據庫；開展維修工程量評估；建立與船舶實際狀況一致的船體全生命周期管理數據庫；為有效開展船舶監造、日常檢查保養和維修提供技術支撐，以便實時掌握船體結構狀況，妥善地跟蹤、處理船舶缺陷。包括：船舶監造、檢查保養、船體測厚、工程評估、船體全生命周期管理數據庫等功能模塊。

1、船舶監造

基于船舶3D模型，采用計算機系統對船舶建造過程進行監督與管理，是“船體、舾裝、涂裝、輪機、管系、電氣”全專業的統一工作平臺，采集監造過程中的檢驗記錄和文件資料等。通過3D模型的應用，實現了船舶監造管理的直觀、可視化；可便捷地查詢實施工作進度，生成周度/月底/年度工作報告；形成船舶監造管理電子檔案，為船舶在營運中的日常維護與進廠修理提供依據。

2、檢查保養

基于船舶3D模型，結合船體結構特點和建造檢驗記錄，根據營運中船級/法定檢驗要求以及船公司的需求，采用計算機系統建立船體結構的定期檢查保養計劃，制定船體結構的重點關注區域、常規檢查項目，指導船員進行日常檢查維護保養，并以直觀的方式顯示涂層及結構檢查結果、結構腐蝕狀況、缺陷及修理歷史等。

圖1：船體涂層及結構狀況檢查

3、船體測厚

基于船舶3D模型，采用計算機系統建立船舶從建造完工到退役之間完整營運周期內的結構厚度數據庫，記錄船體結構構件歷次測量的厚度數據及更換歷史，統計分析歷次測量的厚度數據，以直觀的方式顯示船體結構腐蝕狀況。該模塊可直接導入CCS船體結構測厚管理系統所采集的測厚數據，保障了數據傳遞的快速性、準確性。

圖2：船體結構腐蝕狀況分析

4、工程評估

基于船舶3D模型，可快速、準確地計算船舶修理中的涂裝面積、構件重量，為船舶管理人員提前制定船舶修理計劃和評估維修工程量提供技術支持。

5、船體全生命周期管理數據庫

基于船舶3D模型，可查詢船體結構在設計、監造、營運等全生命周期內的結構尺寸/規格/材料、監造記錄、檢查保養記錄、缺陷及修理歷史、船體測厚數據、船體性能計算和結構強度分析等信息，建立與船舶實際狀況一致的船體全生命周期管理數據庫。

圖3：船體全生命周期管理數據庫

船體監測與輔助決策系統解決方案

中國船級社提供一套完整的解決方案，涵蓋了規范、指南、技術支持和軟件服務，可協助船東、設計方、船廠等開發船體監測與輔助決策系統產品。船體監測及輔助決策系統功能包括：船體監測系統；輔助決策系統。

1、船體監測參數選擇及測點布置優化

根據船型特點選擇船舶安全相關的監測參數，通常包括總縱強度、結構關鍵區域、船舶運動、船舶運動加速度、首部砰擊、液艙內液體晃蕩、結構溫度、海況數據等。運用結構強度分析技術，識別結構關鍵區及重點監測區，優化傳感器測點布置及數量，以最優布置方案保障系統的輔助決策準確高效。

圖4：油船測點布置優化

圖5：LNG船測點布置優化

圖6：散貨/礦砂船測點布置優化

圖7：集裝箱船測點布置優化

2、船體監測安全閾值設定及輔助決策

目前船體監測僅局限于單一船體梁應力監測數據采集及報警，而缺乏基于多種監測數據的綜合報警技術及輔助決策的研究應用。通過研究船舶敞水航行、在港裝卸和進塢維修等場景下船體監測參數需求，包括船舶運動、結構應力、航行參數、首部抨擊、液體晃蕩(液貨船)等，提出不同場景模式下的船體總縱強度和局部強度的安全閾值設定標準，最終形成基于船體感知大數據下的輔助決策技術，提升船體智能水平，確保船體安全。

3、《冰區操作船體監測與輔助決策系統指南》簡介

采用船舶智能化理念，基于船體應力數據持續監測與分析，設計和安裝冰區操作輔助決策系統，為船長冰區航行風險評估決策提供支持，降低人為因素影響。該指南提供了船體結構應力監測位置選擇、構件測點布置、安全閾值設定、輔助操作決策建議、冰載荷反演等技術解決方案。同時，針對船舶非標準冰區操作模式，如冰區轉彎、冰區沖撞、冰區尾向、冰區淺水和冰區斜向操作等，指南提供了相應的監測技術解決方案，滿足船舶冰區操作多樣化的需求。

圖8:《冰區操作船體監測與輔助決策系統指南》

4、CCS為“雪龍2”號極地科考船提供智能船體解決方案

2019年7月11日，我國第一艘自主建造的極地科考破冰船“雪龍2”號在上海順利交付，標志著我國極地考察現場保障和支撐能力取得了新的突破。“雪龍2”號是全球首艘采用船艏、船艉雙向破冰技術的極地科考破冰船，也是全球首艘智能極地科考破冰船，擁有智能船體和智能機艙系統，是第一艘獲得中國船級社智能船體附加標志的船舶。

“雪龍2”號具備PC3級破冰能力，能在1.5米厚度冰、0.2米厚度雪的海況下，以2—3節航速連續破冰行駛。在極地水域航行時，船體結構和部件遭受冰載荷和低氣溫環境的影響；執行破冰作業時，船體結構承受海冰的撞擊、擠壓和摩擦；在執行南極科考任務時，還要穿越海況惡劣的“魔鬼”西風帶。惡劣的氣象海況、冰況環境下，船體結構強度是確保“雪龍2”號航行與作業安全的重要因素，是保障極地科學考察任務順利完成的基礎。

為服務“雪龍2”號實施智能船體技術，在充分考慮“雪龍2”號船型特點的基礎上， CCS開展了“船體全生命周期管理”和“船體監測及輔助決策”等兩方面的工作，從軟件解決方案、技術支持、審圖與檢驗等方面，為“雪龍2”號智能船體的實施提供了全方位的服務，同時也極大地提升了CCS在極地科考船領域的服務能力。

“雪龍2”號船體全生命周期管理系統實施：

CCS根據“雪龍2”號極地科考作業模式和船體結構特點，結合在船舶檢驗方面積累的豐富的專家經驗和歷年來在船體全生命周期管理領域的系列研究成果，開發完成基于船舶3D模型的船體全生命周期管理系統。

在“雪龍2”號建造期間，CCS根據施工圖紙為“雪龍2”號建立了船舶建造階段的3D模型和結構化的檢驗項目清單，將船體全生命周期管理系統的“監造管理”模塊部署在船東監造項目組。通過該系統，船東對“雪龍2”號的船舶建造過程進行了全程的監督與管理，并對船體結構關鍵區域、冰帶區域的構件裝配對準、坡口加快以及焊接工藝等進行了監控，形成了船舶監造管理電子檔案。

在“雪龍2”號交付前，CCS根據“雪龍2”號完工圖紙，建立了與實船完全一致的船體結構3D模型和船體全生命周期管理數據庫。通過該數據庫可記錄和查詢船體結構在全生命周期內的結構尺寸/規格/材料、監造記錄、檢查保養記錄、缺陷及修理歷史、船體測厚數據、船體性能計算和結構強度分析等數據信息。同時，針對“雪龍2”號極地科考作業模式和船體結構特點，梳理了船舶的“檢查區域/處所、檢查對象”，制定了船舶在“開航前、冰區航行、抵港前”等階段的重點檢查項目和常規檢查項目, 幫助船舶建立了科學合理的船體檢查保養計劃體系。

“雪龍2”號船體全生命周期管理系統的建立，為有效開展船舶監造、日常檢查保養和維修提供技術支撐，以便實時掌握船體結構狀況，妥善地跟蹤、處理船舶缺陷，為極地科學考察做好技術保障。

圖9：船體全生命周期管理系統主界面

“雪龍2”號船體監測與輔助決策系統實施：

“雪龍2”號實施船體監測與輔助決策系統過程中，除常規船體安全參數監測外，考慮極地破冰作業，我們提出了針對“雪龍2”號冰區監測方案。冰區航行的船舶與海冰之間互相作用是一個非常復雜的動力過程，與常規船舶的監測區別較大。根據“雪龍2”號雙向破冰的特點，運用中國船級社冰載荷高級分析軟件，計算船舶首向、尾向冰載荷分布，進而確定冰區結構應力監測最優布置方案。

圖10：首向破冰冰載荷分布計算

除敞水航行、在港裝卸和進塢維修場景外，“雪龍2”號極地科考船設計冰區航行場景的輔助決策，通過氣象、海冰、船舶航行狀態、船體結構及測點應力狀態等信息，綜合分析評估船舶結構安全風險等級，為船長在冰區航行提供指導。