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影响拖船设计和建造的主要因素

摘要

研究拖船建造流程和成本的目的是解决船舶设计研发发问题并给出一些可行的建议措施。在初步设计和详细设计初始阶段，如果造船厂设计工程师、供应商、监管机构人员、船舶建造部门经理之间缺少沟通将会增大设计图纸中材料规范的错误率，这会导致船舶建造图纸出现一系列重大的修订工作，从而引起劳工费用的浪费并且会延长船舶建造工期。根据供应商提供的及时准确的材料规范信息，准备初步设计和详细设计图纸，将会排除或者减少图纸中的错误和修改工作。一个中型的拖船建造成本大约是1400万美元，包括500万美元的劳工费用和900万美元的建造材料成本。这种类型的船舶的建造工期在28月到38月之间。通过VFI，根据供应商提供的及时合理的材料要求，可以减少劳工成本和建造成本，并且可以大幅度的缩减工期。管理工具和技术，如并行工程，计算机模拟，和计划评审技术可以有效地提高拖轮船舶设计和开发效率。

关键词： 船舶建造

1 引言

船舶建造是一个复杂，连续和重复的过程。它包括一个较长的时间周期，需要大量的资金，劳工和材料。由于船舶建造的自然周期，在船舶建造完成之前，大量的资源会被浪费，大量的重复工作导致船舶交接会晚于既定的日期。船舶设计者在船舶建造总体完工期间起到重要的作用。当主要的材料和设备被选定之后，在初始设计阶段，船舶设计者就直接决定了船舶建造的总共成本。一些船舶初步设计的目标如下：（a）给出一个满足需求和和生产标准的设计方案（b）确保设计参数和已存在的船厂设施特性相协调（c）协调人和工具的关系，创造一个完全整合的设计 。重要的公司船舶建造政策需要满足设计要求。大多数建造项目在根据设计进行施工建造时都会遇到延期交付和预算超出的问题。

目前特地对拖船建造进行调查，拖船经常用于海港工作，主要是在海港终端做储卸油轮，本次调查的目的如下：

1. 研究船舶建造程序；
2. 对两个船舶组织开展调查，确定拖船建造流程和成本；
3. 识别出影响拖船设计和建造的主要因素；
4. 对拖船设计和建造所遇到的问题给出合理化建议。

2 船舶建造程序

近几年，许多船舶企业已经投入了大量的努力来执行更有效的生产开发方式来减少船舶建造的成本。多数的努力主要是关注于概念，比如模型建造，预舾装，新生产程序，提高管理控制系统和计算机的应用。然而，需要更多的工作来完善船舶设计生产和减少建造成本。

对于船舶建造商，利用不断进步的技术，将现有的船厂为现代流式船厂的造船厂，将带来极其昂贵的重组问题。建造程序基于Gillmer建立的一般船舶建造流程图，流程图建立了从造船过程的初始阶段直到船舶建造完成的要求，如图1所示。基本的设计分为概念设计和初步实际，包括船舶规格参数表和计划安排表。概念设计和初步设计规范会反映在详细设计中，涉及大量的深入建造工程和船舶建造技巧。在最终方案被认可用于建造之前，一定要满足供应商和监管机构的要求。造船厂会出具满足所有目标的详细设计定稿图纸和文献资料。

2.1 概念阶段

概念设计阶段由船东来计划安排。概念设计的建议和想法来自于客户，船舶组建供应商，航海人员，代理机构等。和船东紧密联系来了解和定义船舶用途，对于设计船舶的基本的结构和功能十分重要。概念设计阶段需要考虑一系列的计划，并服从相关规范，这是船舶合同必须的组成部分。公司船舶制造的员工会通过一系列规范参数表和精确的重要特性描述将这些建议和模型应用于概念设计。而且，概念设计像是螺旋设计的第一环。

基于这些任务、船舶规范，比如速度，稳性，尺寸，重量，结构等。概念阶段明确定义了船东的要求和船舶建造程序所遵循的项目日程安排。实际船舶设计阶段开始于逻辑上命名和定义的步骤或阶段。在董事会已经批准了设计，并已作出继续进行的决定后，才开始调查供应商所做的详细设计工作的相关文献。在概念阶段的最后，需要满足如下的标准：

1. 在全部的实验和可替代设计都被仔细认真地研究过之后，做出最佳选择设计和技术方法的决定。
2. 明确定义任务和性能要求
3. 知道大约的成本和日程安排

2.2 合同阶段

合同阶段是船东和船厂就船舶建造安排细节详述协商达成统一的阶段。在这个阶段船厂是承包人，船东享有承包经营权。（可能甲方乙方）在不损害双方利益的前提下，双方会尽可能的满足彼此的要求。承包商被要求对每个任务都建立一个确定的价格或者价格上限。符合资格的承包商需要在请求建议提到的日期内向享有承包经营权方提交任务书或者竞标提案，包括价格和可获得的资源。造船东在咨询船厂之后会选择竞标时期。所有收到的竞标书都会按照请求建议提到的预先确定的日期进行公开。

一收到承包商的竞标书，承包经营权方或者船东就会立即让部门代理人对其进行检查和评估。在任何承包商被选定之前，部门承包经营权方或者代表团会就一些议题，比如工作能力，担保期限，保险，总价等与承包商进行协商。当确切的成本无法确定时，承包经营权方会在施工开始之前制定一个成本上限。当最低的竞标价被接受时，中标方就开始计算项目需要的资产，合同价格，估计的运送价格，法律成本，工程检验等。估计的重要成本和要求的现金流被标识出。合同阶段会给承包商（船厂）一系列的计划安排和规范说明，其中可以建立成本最优化的船舶系统。船东和船厂就船舶设计所达成的协议必须满足合同阶段确定的最低操作要求。承包方或者船厂递交给享有经营权方的中标书必须反映出船厂完成要求任务的能力。在竞标书中，承包方会着重强调他们承担广泛海洋相关任务的能力。这些技能会通过可获得的船舶建造专业技能，海洋工程，电力工程，船舶建造，维修，升级，测试，拖航，项目管理支持，计算机程序和其他相关技能来反映出来。合同书需要由充足的技能来构成，从而可以描述船舶在建造时的适当细节，这样购买者和建造者都会认可最终产品。

2.3 初步设计和详细设计阶段

初步设计阶段是所有为了完成船舶建造任务所执行的详细设计的起点。在初步设计阶段，基本的船舶规格参数表是在图形绘制时产生的。到这个阶段的最后，工程师会对总体建造程序的成本、劳工成本和建造中需要的材料成本进行粗略估计。在初步设计阶段完成的设计图为详细设计阶段奠定基础。需要注意的是，供应商在船舶建造设计图纸的完成工作中发挥重要的作用。在所有初步设计设计完成之后，供应商会被咨询关于建造的材料供应量问题。合适的供应商会被选定来供应建造材料，材料的质量是选择供应商的关键点。材料清单基于初步设计图纸，包括了建造所需要的大量的材料。MTO清单逐条列记了设计图纸中包括的设备和材料。如果供应商没有船厂要求的规范材料，经过协商之后，船厂会接受供应商的替换材料的建议。这就意味着对船厂初步设计图纸的调整。供应商和船厂的协商叫做供应商提供信息循环（VFI 循环），此外供应商提供的信息会被提交收录为供应商提供信息。

在对图纸做出任何重要变化或者安排任何重要的材料购买命令之前都要咨询船东的意见。船东会根据总体任务目标，来决定是否开始详细设计阶段。详细设计阶段是在初步设计图纸工作上的拓展。

设计的成功与否主要却居于设计者的视野和经验。大量的数据可以用来说明正在建造的船舶和已存在的船舶的相似点和不同点。一个有经验的设计师,知道设计和完善修饰的异同点，可以有效地根据早期的初步设计，设计出详细的图纸，这也是在设计螺旋一环。这些内行保持着持续的交流来讨论他们提出的关于图纸的问题和议题。

2.4 监管部门

任何级别的船舶在启动建造之前，都需要满足国家法律和条约。海岸警卫队（监管部门）是行使其职责的法律强制代理人。海岸警卫队的主要目的是保护使用者免于海洋事故。所有的详细图纸都要被送到监管部门，等待批准，如果没有获得批准，建造工程就不能启动。

船舶建造者对监管部门批准的计划负责。监管部门自习研究图纸并给出建议或者按要求对图纸进行改正，此时建造者不需要得到船东方面的批准。需要说明的是不仅所有的图纸需要监管部门的批准，所有和图纸相关的的供应商和材料生产信息都需要被送到监管部门来支持图纸的审核批准。

3 拖船建造流程与成本

作者在E.Y.E海洋咨询公司和Halifax 造船厂有限公司两个海洋组织开展调查，收集涉及拖船建造流程和成本的船舶建造信息。Halifax造船厂生产建造多种商业，工业和服务类船舶。建造一个巨型货船需要花费3~5年的时间，成本约2000万美元。与此相对的，建造一个小型客船，可能两年内就可以完成，成本也仅为300万美元。

本次调查的焦点是中型拖船的建造流程和成本。拖船的船长一般在15~76m，性能一般在300~20000马力。本次调查了一艘船长为32m，性能为9000马力的内燃机推进的护卫舰。这种拖船一般用于低速的海港作业，没有特别大的住宿空间。拖船的目的主要是在海港终端，储卸油轮。帮助托航或者引导其他浮体设备从一个地点转移到另一个工作地点。

中型拖船的概念阶段和合同阶段大约用时4~6月。还需要10~14月的时间来完成拖船建造程序的设计阶段和开发阶段。这种类型的船舶建造时间约为14~18个月。因此，从概念和合同阶段，到设计和开发阶段，再到建造阶段总体时间约为28~38月，建造一个中型的拖船的成本约为1400万美元，由500万美元的劳工成本和900万美元的建造材料成本组成。

3.1 拖船建造流程

在开展的调查中，拖船建造流程由流程数量和描述划分为（1）概念阶段（2）合同阶段（3）钢结构图纸（4）总布置图（5）管道和机械制图（6）电力图纸（7）设备图纸（8）船舶建造，初步设计阶段根据各自的流程数量又可以分为（1）钢结构（2）总体布置（3）管道（4）机械（5）电力（6）主要设备（7）辅助设备。详细设计阶段图纸根据各自的流程数量可以分为（1）总布置图（2）管道（3）电力图。监管部门的图纸根据各自的流程数量可以分为（1）总布置图和钢结构图（2）管道和机械制图（3）电力和设备图。一旦确定了建造材料和所要求的最终设计图纸，船舶建造程序就开始了。

3.2 拖船建造成本

本章排除建造陈本和超额成本，对拖船建造的劳工成本进行了估计。拖船建造程序各个阶段所需要的总时间如表1所示。完成拖船设计和开发阶段的管道绘制的是时间是根据可获得的数据得到的。除了管道绘制，概念，合同和建造阶段的总时间是基于工程师的专业观点。拖船设计和开发阶段持续的时间包括负责监管设计图纸的工程师和绘图员的返工重绘时间。

给出的船舶建造中绘制总布置图，钢结构，管道和电力图纸的所需要的时间包括获取VFI的时间（约46天）和获得监管部门批准的时间（约44天）。当需要VFI和监管部门的批准时，机械图纸需要和管道图纸一同绘制，设备图纸要和电力图纸一同绘制。表1中完成机械图纸和设备图纸绘制的时间不包括获得VFI和监管部门批准的时间。准备所有的设计图纸是和拖船建造设计和开发阶段是同时开始的。拖船建造程序每个阶段所需要的员工数量和他们的平均薪水信息由专业的资深工程师提供。

表1 拖船建造程序各个阶段所需要的总时间

目前一个绘图员和工程师的综合薪水是每小时35美元，包括约占22%的附加福利。专业员工的综合薪水是每小时29美元。因此他们的薪水可以用来估计在船舶建造程序中概念，合同和设计阶段所需要的总劳工成本。每一个建造者的平均综合薪水是每小时17美元，他们的薪水可以用来估计在船舶建造阶段所需要的总劳工成本。表2给出了中型拖船建造程序中不同阶段的劳工成本。

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