近年來,“采用民用標(biāo)準(zhǔn)”成了某些國家設(shè)計建造某些軍艦時的流行趨勢。國內(nèi)一些科普文章在介紹此類軍艦時,往往會在這六個字后面再加上“降低了建造難度,節(jié)省了建造成本”之類的表述。這給很多軍事愛好者帶來了“采用民用標(biāo)準(zhǔn)”等于降低檔次、降低性能的印象。今天楊愛紅就來澄清一下這個問題。
在民用船舶設(shè)計建造領(lǐng)域,說到“標(biāo)準(zhǔn)”,往往是與“法規(guī)”“規(guī)范”混用的,主要指的就是一系列指導(dǎo)設(shè)計建造工作的強制性文件,包括IMO(國際海事組織)體系下的各項公約及其修正案、各國海事管理部門制定的相關(guān)行政法規(guī)、以IACS(國際船級社聯(lián)合會)正式成員為主的各個船級社制定的入級規(guī)范,等等。
IMO,現(xiàn)在是聯(lián)合國的一個下屬機構(gòu)
IACS,現(xiàn)有12個正式成員:ABS(美國船級社),BV(法國船級社),CCS(中國船級社),CRS(克羅地亞船級社),DNV·GL(挪威·德國勞氏船級社),IRClass(印度船級社),KRS(韓國船級社),LR(英國勞氏船級社),ClassNK(日本船級社),PRS(波蘭船級社),RINA(意大利船級社),RS(俄羅斯船級社)。除此之外一些國家也有船級社,但全世界98%以上的民用船舶都在IACS這12個正式成員入級。
除了IMO公約等全球共享的基礎(chǔ)性文件,各國海事管理部門、各船級社還針對不同領(lǐng)域和不同船型制定了許許多多的法規(guī)和規(guī)范。美國海岸警衛(wèi)隊、澳大利亞海岸警衛(wèi)隊等海事管理部門,對進入其管轄區(qū)域的船舶,在環(huán)境保護、船員人權(quán)保障等方面有詳細(xì)的法規(guī)要求;LR(英國勞氏船級社)、DNV·GL(挪威·德國勞氏船級社)、ABS(美國船級社)、BV(法國船級社)、CCS(中國船級社)等船級社,又針對散貨船、油船、集裝箱船、滾裝船、液化氣運輸船、客船等船型制定了各自的若干套規(guī)范。這些文件可以籠統(tǒng)地稱為船舶行業(yè)的“標(biāo)準(zhǔn)”。其中,船級社規(guī)范,是我們接觸得最多的“標(biāo)準(zhǔn)”。
撇開IMO公約和各國法規(guī)不談、只談船級社規(guī)范,盡管散貨船和油船已經(jīng)有了CSR(共同結(jié)構(gòu)規(guī)范)及其修訂版HCSR,但其它船型各船級社的規(guī)范仍未統(tǒng)一:橫向來說,除了散貨船和油船這倆結(jié)構(gòu)形式接近,其它船型各有各的特點;縱向來說,各船級社也各有各的經(jīng)驗積累和理論體系,大的原理可能差不多,但具體的計算方法就各有各的神通。于是,同一船級社針對不同船型有不同的規(guī)范,同一船型在不同船級社的規(guī)范也不相同,這些“民用標(biāo)準(zhǔn)”并不是“一部”標(biāo)準(zhǔn)、而是若干套彼此并列、互不統(tǒng)屬的標(biāo)準(zhǔn)。籠而統(tǒng)之地比較“民用標(biāo)準(zhǔn)”與“軍用標(biāo)準(zhǔn)”,實際上是沒有意義的。
(一條船要滿足哪些國家的法規(guī)、滿足哪一個或哪兩個甚至更多個船級社的哪部規(guī)范,通常是船東說了算。設(shè)計方和造船廠就需要按照船東指定的法規(guī)和規(guī)范進行設(shè)計建造;被指定的船級社則要審核設(shè)計圖紙,并派出驗船師到造船廠,與船東代表一起監(jiān)督從開工到交付的造船全過程。)
上一節(jié)主要在談規(guī)范,這一節(jié)就來看看規(guī)范到底講什么。
這里先插一點:船舶的航速、燃油消耗率、載重量、排水量等指標(biāo),規(guī)范是不講的;這些指標(biāo)寫在一份叫作“技術(shù)規(guī)格書”的文件里,而技術(shù)規(guī)格書是由船東、設(shè)計方與造船廠等相關(guān)方協(xié)商決定的(當(dāng)然拍板的是船東)。只要不違反客觀物理規(guī)律,這些指標(biāo)就可以自由裁量;只要船東舍得出錢,設(shè)計方和造船廠完全可以按照所謂“民用標(biāo)準(zhǔn)”設(shè)計建造一條比軍艦更快、更大、更堅固的船出來。(有個叫“技術(shù)談判”的環(huán)節(jié),就是船東與設(shè)計方和造船廠坐下來提要求、談條件、講價錢。)
20世紀(jì)橫渡大西洋競速“藍(lán)飄帶”獎最后的得主、如今停在碼頭慢慢生銹的“合眾國”號郵輪,巡航航速35節(jié)、最大航速43節(jié),遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過絕大部分采用“軍標(biāo)”設(shè)計建造的艦船?!剿俚戎笜?biāo),與“軍標(biāo)”“民標(biāo)”無關(guān)。所以,下次再看到哪篇文章說“XX艦按照民用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計建造,所以航速才20節(jié)”,那肯定是外行寫的。
規(guī)范不講這些指標(biāo),那規(guī)范究竟講什么呢?
楊愛紅主要從事船舶結(jié)構(gòu)開發(fā)設(shè)計這一塊兒的工作,這里就聊聊相關(guān)的部分。這一塊兒的規(guī)范可以抽象匯總成一個不等式:
C≤R
C是船舶在某個環(huán)境條件下、處于某種工況時計算而得的某一項數(shù)據(jù),可以是船上某個位置處的應(yīng)力,也可以是應(yīng)變,或者是振動頻率、振動幅度,等等;R是對應(yīng)的安全值,也需要按一套計算方法確定。我們設(shè)計人員要做的就是計算這兩個值,看這個不等式是否成立;如果不成立,就要修改設(shè)計,比如增加板厚、更換更高強度鋼材、調(diào)整結(jié)構(gòu)形式等等(可能就會提高成本),并重新計算;如果成立,還可以進一步考慮優(yōu)化設(shè)計從而降低成本。
規(guī)范的主要內(nèi)容,就是講這些計算的方法。(當(dāng)然,某些情況下規(guī)范也會簡單粗暴地直接給出C或R的一個定值。)不同船級社、不同船型的規(guī)范的區(qū)別,主要就在于這些計算方法。這些計算方法,包括其中用到的經(jīng)驗參數(shù),都是各個船級社一條船、一條船累積起來的統(tǒng)計數(shù)據(jù)的結(jié)晶。
規(guī)范依賴統(tǒng)計數(shù)據(jù),這也就意味著:定義域內(nèi)插值計算可以保證很高的可靠性和安全性,但外推到定義域之外就要小心了。如果某一船型在較短時間內(nèi)突然大型化,規(guī)范給出的計算方法就可能跟不上變化、需要修訂。比如最近十余年集裝箱船迅速大型化,之前8000箱船就可稱大,現(xiàn)在哪個航運公司沒幾條20000箱船都不好意思出門跟人打招呼。在此過程中就出過一些較為嚴(yán)重的集裝箱船毀損事故,也推動了集裝箱船規(guī)范的較大幅度修訂。
某一型軍艦之所以能采用所謂“民用標(biāo)準(zhǔn)”來設(shè)計建造,正是因為其結(jié)構(gòu)形式恰好與某種民用船舶相似,這種民用船舶的規(guī)范中給出的計算方法能夠較為準(zhǔn)確地求出其需要校核的數(shù)據(jù)。
近些年來世界上所謂“采用民用標(biāo)準(zhǔn)”設(shè)計建造的軍艦,主要就是一些兩棲艦、補給艦。兩棲艦船型肥大,內(nèi)部有塢艙、車輛艙、機庫等長度和寬度很大、高度跨越一兩層或兩三層甲板的大空間艙室,結(jié)構(gòu)形式與滾裝船相似,所以可以參考滾裝船的規(guī)范進行設(shè)計建造;補給艦同樣船型肥大,內(nèi)部有長度不太大、寬度很大、高度跨越多層甲板的油艙,結(jié)構(gòu)形式與成品油船相似,所以可以參考成品油船的規(guī)范進行設(shè)計建造。
這種場合就得把“西北風(fēng)”拖出來現(xiàn)身說法
(說到“船型肥大”,就得提一下“方形系數(shù)”這個概念。一條船水線下的排水體積,除以其“水線長X水線寬X吃水之乘積”,就是該船的方形系數(shù)。方形系數(shù)越接近1,其水線下的部分就越接近于一個四四方方的長方體,其船型也就越肥大,船內(nèi)可用于搭載貨物或設(shè)備的空間也就越大,但阻力相對也較大。現(xiàn)代散貨船、油船等貨運船舶的方形系數(shù)可以達(dá)到0.85以上,集裝箱船注重快速性、方形系數(shù)小一點,驅(qū)逐艦和航空母艦等軍艦更注重快速性、方形系數(shù)可以低到0.5左右。)
再考慮到前文提到的船舶大型化對規(guī)范可靠性的影響,如果以前從未設(shè)計建造過大型兩棲艦、只設(shè)計建造過幾千噸的坦克登陸艦級別的兩棲艦,那么在設(shè)計建造大型兩棲艦時采用滾裝船“民標(biāo)”反而可能比套用舊的“軍標(biāo)”更可靠、更安全?!吘宫F(xiàn)在的滾裝船連載重量都超過4萬噸了,其規(guī)范基本可以覆蓋所有兩棲艦。此時,相比于“省錢”,準(zhǔn)確、可靠才是“民標(biāo)”真正的優(yōu)勢。
上面是比較宏觀的討論,具體而言,“軍標(biāo)”與“民標(biāo)”還有很多細(xì)節(jié)差異。比如油船、滾裝船這些民用貨船,其工況變化范圍大,裝貨卸貨載荷隨隨便便就差個幾萬噸,其結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比軍艦更容易疲勞,相應(yīng)地一些部位就要反而比軍艦更結(jié)實;又比如水兵們“愛護軍艦就像愛護自己的眼睛一樣”、頻繁地對艦體進行除銹刷漆等保養(yǎng),而民船保養(yǎng)的頻率就要低很多,所以“民標(biāo)”里在考慮腐蝕余量時就會比軍艦留得更足。
當(dāng)然,楊愛紅不是說民船就一定比軍艦更怎么怎么地。這篇文章只是為了還“民標(biāo)”一個公道,希望今后不要再一提起“民標(biāo)”大家就聯(lián)想起“便宜貨”甚至“次品”。
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