第1章 绪论
1.1 船舶与海洋平台设计问题概述
1.1.1 设计任务的复杂性
船舶与海洋平台是作业于海上的大型浮式海洋结构物，担负着海洋资源勘探、海上运输、海上施工、海上潜水作业、生活服务、海上抢险救助及海洋调查等重要任务。对于这类海洋结构物，产品的性能取决于设计与建造两个环节，其中设计环节尤为关键。船舶与海洋平台的设计是一项复杂的系统工程，为保证产品的正常营运与作业，设计中需要充分考虑其功能性、安全性、经济性、节能减排、绿色环保、舒适性及人性化等多方面要求。
第一，为保证运输、作业等需要，船舶与海洋平台的设计方案必须满足其功能性要求，如船舶要有足够的载重量、航速和续航力，海洋平台要具有足够的可变载荷能力、作业水深、舱容和甲板面积等。功能性要求是设计的出发点，船舶与海洋平台的基本形式与主要尺度均首先要考虑其功能性要求。
第二，船舶与海洋平台的航行与作业环境条件通常非常恶劣。为保证船体、设备及工作人员的生命安全，船舶与海洋平台必须具有足够的安全性，包括结构强度、完整稳性、抗沉性等，同时总体布置应满足防火、消防与逃生等各类要求。各国船级社规范、海事局、国际海事组织(International Maritime Organization．IMO)等制定详细的规范、公约或者规则对各类船舶与海洋平台的安全性提出明确要求，如结构统一规范( Common Structural Rules，CSR) [1，2]、IMO的《国际完整稳性规则》[3]、国际海上人命安全公约(International Convention for Safety of Life AtSea，S()IAS)[4]、我国的《国内航行海船法定检验技术规则》[5]等。船舶与海洋平台的设计方案需要满足上述规范、公约或者规则的相关要求。
第三，作为一类典型的工业产品，船舶与海洋平台应满足经济性要求，设计中应充分论证产品的经济性，使产品达到一定的投资收益率，通常要求在营运后若干年内收回建造成本。对于非营运船舶，如军舰、执法船及科考船等，所创造的经济价值难以衡量，但仍然需要保证投入与产品性能的比值在合理范围内。
第四，随着气候变暖，地球资源逐年耗竭，环境污染等全球性问题的日益严峻，以低能耗、低排放、低污染为基础的低碳经济逐渐成为全球经济发展的主要模式。节能与环保是以后T业产品设计发展的一个主要方向。船舶与海洋平台的建造、营运均需要消耗大量的能源，因此其节能与环保对于低碳经济尤为重要。2011年IMO海上环境保护委员会第62次会议通过了《防止船舶污染国际公约>有关减少温室气体排放的强制措施，将船舶能效规则正式纳入附则VI修正案，使得针对新造船或重大改建船舶的能效设计指数( EEDI)成为强制性要求，并于2013年1月1日正式生效[6]。对于国际航行运输船舶，满足EEDI要求是允许进入国际航线的前提，设计中必须采取有效的手段以降低运输船舶的EEDI指数。
第五，作为海洋环境的重要污染源之一，船舶与海洋平台的设计必须满足保护海洋环境的要求。例如，各类船舶应保证当船舶的舱室破损后，燃油与货物泄露对海洋环境的污染在可控范围内。船舶与海洋平台应设置各类污水、生活垃圾处理系统，避免各类排放污染海洋环境。《国际防止船舶造成污染公约> (InternationalConvention for the Prevention of Pollution From Ships，MARPOL)7在控制船舶与海洋平台对海洋环境的污染方面有明确的规定。此外，船舶的压载水是影响海洋生态环境的重要因素，IMO在2004年通过了《国际船舶压载水和沉积物控制和管理公约》(International Convention for the Control and Management of ShipsBallast Water and Sediments)[8]，旨在通过船舶压载水和沉积物的控制和管理来防止、减少并*终消除有害水生物和病原体的转移对环境、人体健康、财产和资源引起的风险。缔约围船舶设计应满足上述公约中对防止海洋环境污染相关的适用性规定。
第六，由于船舶与海洋平台需要长期独立营运于海上，冈此需要提供必要的生活设施，相关设计应满足舒适性与人性化的要求，满足船员长期生活的需要。对于客运船，通常对舒适性与人性化有更高的要求。
此外，船舶与海洋平台的设计方案应满足船厂的建造条件、停靠码头、通行航道等限制条件，同时需要满足造型美观等主观性要求。
1.1.2螺旋上升式设计过程
船舶与海洋平台设计中的上述各项指标，单独满足一项均不困难，但是各指标中存在大量矛盾，提高一项指标可能造成其他一项或者多项指标的下降，甚至不满足设计基本要求。所以，船舶与海洋平台的设计需要从系统工程角度考虑，权衡设计中的各项矛盾，*终得到满足所有要求的一个满意解。
为平衡船舶与海洋平台设计的各项矛盾，Evans于1959年提出一种称为设计螺旋(design spiral)的设计模式[9]，如图1.1所示。在设计螺旋中，设计过程被看成是一个循环迭代、螺旋式上升的过程，通过逐步近似的方法解决各项设计任务之间的矛盾，设计过程是一个不断地平衡矛盾的过程。整个设计工作经过数轮循环完成，在每一轮循环中校核各项设计任务对应的性能指标是否满足设计要求，如果
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