内河船舶电气设计中的成本控制

摘要：船舶设计方案决定了整艘船舶的绝大部分成本来源。内河船舶种类多、吨位小、环境要求高。船舶电气设计者应充分考虑这些特点，详细了解船舶运营方式，加强各方沟通，利用内河的环境优势，优化设计方案，降低成本。设计者还应仔细计算，精准选型，提高设备利用率，避免不必要的系统冗余或后期大幅修改所造成的成本增加。此外，设计初稿完成后，还应利用科学的方案分析方法，找出成本过高的原因，制定合理的调整方案，使其方案成本达到理想目标。

关键词：内河船舶；成本控制；变压器；内部通讯

0引言

近年来，受多方面因素的影响，国际贸易与海运持续低迷，而我国内河游轮、货物运输等在拉动内需方面发挥了重要作用。在内河船舶发展的过程中，船舶设计方案所体现的船舶性能和建造及运营成本越来越受到各方关注。电气设计是船舶设计中的重要组成部分，若想控制电气设计方案成本，一方面需要设计者基于内河航道特点与船舶运营背景，构建合理的电气系统框架，避免了解不充分、沟通不足等原因造成不必要的系统冗余；另一方面设计者还应利用内河航道通讯信号良好等环境优势，达到降本增效的目的。

1内河船舶基本特点及对设计者的要求

内河船舶指航行于我国国内江河上的船舶。内河船舶依托国内航道的环境与条件，具有以下特点：1）内河船舶种类多，同一船舶批量制造少。内河船舶有散货船、集装箱船、游船、航标船、执法船和各种不同用处的趸船等。与海船动辄10条以上批量制造不同，内河船批量制造少。对内河船舶设计者而言，每条船舶都有独特的设计方案，方案重复性低。这需要针对每种船舶全面考虑其使用目的及航行环境，给出合理的设计方案，减少后期大规模更改，缩短设计周期，降低生产成本。2）内河船舶吃水浅，吨位小。与海洋相比，诸如长江、珠江等内河航道要窄得多，而且内河上桥梁众多，这些因素都限制了内河船舶的大小。在较小的空间内合理安排诸多设备及元器件，需要设计者精心布置，既要保证各系统正常运行，又要最大程度节约电缆、舾装件等生产材料，还要方便施工和后期检修，这些都与船舶生产成本有关。3）环境要求高，动力来源种类众多。为了有良好的生活环境，内河船舶在防治污染方面有着更高的要求。现在内河船舶已从单一的燃油动力转变为更为清洁的能源，比如：氢燃料、LNG动力、纯电推进及柴电混合推进。动力来源不同，船舶各系统有很大区别，需要设计者从各种动力系统自身特点出发，逻辑清晰地考虑各种细节，避免后期增删减补。4）内河船舶通讯方便，内河信号好。与海船相比通讯方便是最大的优势，设计者利用这一优势，在船舶内外通讯方面的方案设计上，有很大地降本增效空间。

2设计方案分析方法

设计方案初稿成型后，为了达到控制成本的目的，在调整方案的过程中，需要清晰的思路和完整的分析方法。良好的分析方法能够理清思路，避免茫然、杂乱的更改设计，以免不仅没有降本增效，还使得设计方案内部出现逻辑错误。设计方案分析的步骤为：1）船舶设计的初步方案设计成稿后，对该方案进行估价，与理想预算比对，明确超支部分。2）分析超支来源，制定缩减成本目标。需要将超支部分层次化、具体化，找出可缩减成本的主要领域。通过优化设计方案达到既满足要求，又符合船级社相关规范，同时还能够将建造成本控制在理想范围内。3）把握全船实际情况，制定对策。从船舶的使用目的、航行区域客观环境、船东需求和船级社相关规范等多方面综合考虑，制定合理的调整策略。4）贯彻实施对策。重新调整方案，获得船东与船级社认可后，应跟踪船舶实际生产与运营情况，根据实际情况做出相应调整，确保设计方案能够顺利实施。5）评价设计方案。在船舶投入运营后，应对该船设计方案进行评价，与实际运营情况结合，找出该方案的优缺点。6）巩固结果。在评价该方案后，对于其中的优点及船东评价较好的部分应在后续设计中继续使用，对于该方案在实际运营中暴露出的问题应该加以修改。

3造成设计方案成本高的原因

有些船舶设计方案在理论上各系统运行无逻辑错误，但会造成船舶整体造价高，甚至有使用不方便等后果。其成本高的原因如表1所示。1）没有深入了解船舶的运营方法，造成系统冗余。比如：某内河上的加油趸船，该趸船长期停靠岸边，是为给停靠船舶加油使用。具体细化该船运营发现，该船依靠岸上生活供水系统和岸上供电，但在设计方案中出现了卫生水柜、淡水柜、净化装置及各种附属泵，这些系统都用于自主供水系统。2）与船东沟通交流不够，造成设备重复。比如：在内河游船上，乘客房间众多，娱乐音响设备也多，一般在船舶设计方案框架出台后，船东会请专业的酒店部装修公司进行装修设计。如果沟通不够，会造成重复设计，最常出现的情况，船舶电气设计与酒店装修设计，均包含旅客广播讲解系统，造成系统重复，成本上升。3）后期施工难，检修难，造成生产成本高[1]。内河船舶空间较小，特别是机舱空间小，设备众多。如若设备布置不合理，人员难以到达或不方便到达都会造成施工难，检修难，增加生产成本。

4船舶电气系统方案调整举例

除了在设计初期进行多方面沟通了解、精细设计避免后期出现不合理情况，进行大规模修改外，可以利用各种方法优化设计方案，达到降本增效的目的。

4.1配电系统

配电系统用来接收和分配电能，是船舶电气设计中的重中之重。配电系统按方式分为交流配电和直流配电，其供电网络又可分为主电网和日用电网[2]。这其中涉及到多种配电方式，由众多元器件组成。在选定这些配电装置的过程中，每个细节都关乎船舶的性能及成本。配电系统最好的降本增效办法是尽可能的精确计算。每个开关、保护元件和各种配电板的尺寸及数量的选择和布置不仅影响配电系统的性能和成本，还影响到相关电缆的选择及长度和施工维修，稍有不慎，任何细节都会导致成本大幅上扬。这需要设计者在负荷计算、短路电流计算和电力协调性分析中，认真计算，精确选型，既避免元器件档位选择过小导致整体配电不可行，也要避免档位选择过大，造成成本浪费，达不到最初目的。以变压器为例，具体阐述在变压器配置中常见的控制成本方法。船舶上配有多种变压器，比如隔离变压器、照明变压器、风机盘管及电加热变压器等，在关键领域还设置2台相同功能变压器，起到一用一备的作用[3]。目的是考虑船舶动力系统的条件及效益的同时，满足船级社规范，尽量缩减变压器的数量，从而降低成本。造成变压器数量多有以下原因：1）日用用电设备过多，总功率过大，导致增加变压器数量。近几年，出国旅游受到限制，内河游船，特别是长江上的游轮成为了旅游爱好者的首选替代品。游轮的特点是客房多，旅客餐饮娱乐需求量大，导致厨房及娱乐设备众多，总功率大，容易导致变压器容量不够，从而增加变压器数量。建议与船东及设备供应厂家协调一致，将部分大功率设备由供电220V改为380V，比如煲仔灶、蒸饭箱等大功率用电设备。这么做的目的是：①减少220V变压器的需求容量；②因电压从220V提升到了380V，降低电流，选择较小电缆与配电开关，从而减小成本。2）部分变压器可以合并使用，不必分开单设。船舶出于安全考虑，会单设部分变压器供给特定用电设备，起到隔离的作用，比如厨房隔离变压器。但有些领域，在变压器容量足够的情况下，完全可以合并使用，不必单设，比如照明变压器与风机盘管电加热变压器。这两者的用电设备同为220V，可以合并使用，也满足船级社规范。这样减少了变压器数量，节约了成本，节省了机舱本就拥挤的空间。

4.2内部通讯

内部通讯系统既关乎到船舶的安全行驶，也关乎到船员的人生安全和日常通讯交流，是船舶电气设计中的重要组成部分。内部通讯包括自动电话、声力电话、船员及旅客广播对讲系统等。声力电话和广播都是船舶在危急时刻必不可少的通讯工具，但作为日常交流的自动电话不一定非要配置不可。自动电话的替代方案如表2所示。1）滨江城市内的游船。游船只航行于城市内，比如长江沿线上武汉、南京等地的滨江游船，为乘客提供休闲娱乐、会客餐饮、游览观光服务。这类船舶航线短，航行时间短，船员及乘客人数相对较少，位于城市之内，环境通讯信号良好。如果把船员主要活动场所，比如船员居住或休息室、集中控制室、值班室和驾驶室等，集中分布在甲板面以上，则能利用良好的移动通讯信号，手机替代自动电话成为船员内部人员日常的通讯工具。对于船员前往舱底或者其他舱室内偶有信号不好的情况，可以配备呼叫对讲机为替代性内部通讯工具，既省掉了自动电话的成本，又不影响船员内部日常通讯，而且手机随身携带，比自动电话更方便。2）工作趸船。内河趸船长期停靠在固定位置，对于周围环境移动信号良好的位置，可以如同上面阐述的第一种情况一样，以手机替代自动电话成为船员内部人员日常的通讯工具，必要时辅以呼叫对讲机。另外，可以在值班室等船员活动较多的地方，利用岸基箱引入的电话接口，安装普通的台式电话，不必配备自动电话交换机，安装自动电话。3）餐饮趸船。船员和乘客较多的类型，可以安装手机信号放大器。根据最新数据，我国行政村光纤、4G覆盖率超98%，而且5G网络已覆盖全国所有地市和县城城区，87%的乡镇地区，4G/5G信号覆盖了全国大部分地区。在内河环境通讯信号良好的情况下，安装手机信号放大器不仅可以取代自动电话解决船员之间的日常通讯问题，还能方便乘客之间的通讯和上网，即可达到降低成本而又不影响使用效果的目的。

5后期跟踪调整，降低成本

在设计方案经各方审查通过后，进入生产阶段，设计者应继续跟踪调整，进一步完善设计方案，具体为：1）验证前期方案。由于船舶设计系统复杂，精细化要求高。前期设计中难免会遗漏各种细节，随着生产的进行，各系统的细化，前期方案中的细小漏洞浮出水面，若不及时进行跟踪调整，小则造成成本浪费，大则造成各种隐患。2）将前期无法精算的部分进一步调整。最典型的是电缆长度，电缆成本是整个电气设备成本中重要的组成部分。在技术设计阶段，可以确定电缆的型号，规划出主干电缆通道，但长度只能估算。进入后期生产设计阶段，利用三维建模、现场考察等方法，将电缆长度进一步精确化，既避免单根电缆长度不够，造成整根裁剪浪费，又避免电缆过长，造成成本浪费。

6结语

内河船舶与海船相比，有着很大区别。设计者应抓住每条船舶的特点，全方位考虑，精细设计，减少繁杂不必要的系统，避免后期增删各种系统造成时间和资金上的浪费，从而达到控制成本的目的。此外，设计者还应该利用内河的各种天然优势，优化设计方案，为整艘船舶达到降本增效目的。

参考文献：

[1]刘华军.基于船舶电气设计的常见问题分析[J].中国设备工程,2021(18):94-95.

[2]马明伟,张晓峰,焦侬,等.中国电气工程大典.第12卷.船舶电气工程[M].北京:中国电力出版社,2009.

[3]中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册:电气分册(第3版）[M].北京:国防工业出版社,2013.

作者：潘妍君 单位：长江船舶设计院