《特種用途船舶安全規(guī)則2008》對(duì)起重/鋪管船設(shè)計(jì)新要求分析

周 健

（708研究所，上海 200011）

0 引 言

現(xiàn)代海洋起重/鋪管船是為海洋工程服務(wù)的大型工程船舶，主要用于海洋結(jié)構(gòu)物的安裝吊運(yùn)和海底油氣管道的鋪設(shè)和維修。由于海洋工程施工的特殊性，此類船舶通常配有眾多的施工人員。以往起重/鋪管船設(shè)計(jì)時(shí)，從規(guī)范界定上常將其歸入特種用途船而套用《特種用途船舶安全規(guī)則》，將施工人員視作船上的特殊人員。必須說(shuō)明，1983年11月7日國(guó)際海事組織通過(guò)的A.534(13)《特種用途船舶安全規(guī)則》[1]（以下簡(jiǎn)稱A.534）及其1986年、1987年、1996年歷次修正案都沒(méi)有將起重/鋪管船歸入特種用途船范疇，設(shè)計(jì)引用該規(guī)則只是基于與審圖相關(guān)船級(jí)社的各方可接受的約定。2008年海安會(huì)第84次會(huì)議 MSC.266(84)通過(guò)了《特種用途船舶安全規(guī)則，2008》[2]（以下簡(jiǎn)稱 SPS2008)以替代 A.534(13)，該規(guī)則于2008年5月13日生效。SPS2008明確將起重船、鋪管船、打撈船、鋪纜船、潛水支持船、地震測(cè)量船上的施工作業(yè)人員列入特殊人員。但應(yīng)該注意到，僅用于提供居住和運(yùn)送作業(yè)人員的船舶不適用于SPS2008規(guī)則，此外，按MODU（海上移動(dòng)式鉆井平臺(tái)構(gòu)造和設(shè)備規(guī)則）設(shè)計(jì)的船舶也不適用于SPS2008。

1 新老規(guī)則比較

特種用途船舶對(duì)安全的要求等級(jí)按老規(guī)則是視船上特殊人員的數(shù)量而異，特殊人員多者，安全性要求高，A.534將特種用途船舶分為50名以下特殊人員、50名以上但不超過(guò)200名特殊人員、200名以上特殊人員等3檔。由于規(guī)范、規(guī)則等對(duì)各類船舶的船員定額沒(méi)有限制，而船舶設(shè)計(jì)時(shí)的主要指標(biāo)是船上總定員數(shù)，對(duì)船員和特殊人員的劃分存在較多人為因素。

SPS2008對(duì)船上人數(shù)的界定作了重要修改，即不再按特殊人員人數(shù)劃分，而是按船上核定的總定員人數(shù)劃分。分為不超過(guò)60人、60人以上但不超過(guò)240人、240人以上等3檔。

表1為新老規(guī)則的對(duì)照比較，可見，新老規(guī)則的差異主要在對(duì)破艙穩(wěn)性計(jì)算方法和衡準(zhǔn)要求上。

表1 新老規(guī)則比較

2 分艙和破艙穩(wěn)性

SPS2008對(duì)特種用途船舶的分艙和破艙穩(wěn)性要求作了重大修改。A.534對(duì)破艙穩(wěn)性的要求是采用確定性方法處理，即 50人以下特種用途船除機(jī)艙外，B/5縱艙壁以外任意一艙破損；50人至200人船，包括機(jī)艙，B/5縱艙壁外任意一艙破損，對(duì)船長(zhǎng)大于100m者，還需考慮防撞艙壁破損；200人以上者，則完全按照客船的分艙和破艙穩(wěn)性要求，包括客船的可浸長(zhǎng)度、許可艙長(zhǎng)、破艙穩(wěn)性等一系列要求。而SPS2008則引用新的SOLAS（海上人命安全公約）[3]對(duì)客船的破艙穩(wěn)性計(jì)算方法，即客船的概率破艙穩(wěn)性方法，只是按定員數(shù)量的分檔，對(duì)要求的分艙指數(shù) R進(jìn)行不同程度的折減，如 60人以下取0.8R，60人至240人按人數(shù)在0.8R與R之間線性插值，240人以上R不作折減。

為了研究起重/鋪管船分艙和破艙穩(wěn)性的特點(diǎn)，對(duì)SOLAS新規(guī)則中客船的概率破艙穩(wěn)性作一敘述。

2.1 要求的分艙指數(shù)R

與貨船不同，客船要求的分艙指數(shù)除了與船舶的分艙長(zhǎng)度Ls有關(guān)外，還與船上的定員與配備的救生艇的可用人數(shù)有關(guān)。

其中：N=N1+2N2；

N1——救生艇可供使用人數(shù)；

N2——船舶在 N1以外允許載運(yùn)的人數(shù)（包括船員）。

2.2 達(dá)到的分艙指數(shù)A

其中：sA、pA、lA——分別為夏季載重吃水、部分載重吃水和輕載吃水下達(dá)到的分艙指數(shù)。對(duì)于每個(gè)部分指數(shù)均為所考慮的全部破損情況所起作用的總和

其中：i——所考慮的每一艙或艙組；

Pi——所考慮的艙或艙組可能浸水的概率，不考慮任何水平分隔，計(jì)算與貨船相同；

Si——所考慮的艙或艙組浸水后的殘存概率，包括水平分隔的影響，與貨船僅取最終平衡階段的不同：

其中：Sint——最終平衡階段之前所有浸水中間階段的殘存概率，當(dāng)橫傾角≥15°，則Sint=0；

Smom——經(jīng)受住橫傾力矩heelM 的殘存概率，而橫傾力矩：

其中：Mpass——乘客集中一舷傾側(cè)力矩；

Mw——風(fēng)壓傾側(cè)力矩；

Msurv——一舷降放滿載救生艇筏造成的傾側(cè)力矩；

Sfinal——最終平衡階段殘存概率，當(dāng)平衡角≥15°為 0。

2.3 破艙穩(wěn)性衡準(zhǔn)

A≥R

且 As、 Ap、 Al分別≥0.9R

此外，當(dāng)定員≥240人時(shí)，乘員達(dá)400人或以上時(shí)，則上述3種吃水下以及從首垂線量起0.08L以內(nèi)涉及所有艙室破損中應(yīng)滿足Si=1；乘員少于400人時(shí)，則3種吃水下舷側(cè)破損Si不小于0.9 。

分析上述破艙穩(wěn)性的衡準(zhǔn)要求，起重/鋪管船要滿足SPS2008須注意如下各點(diǎn)：

1) 起重/鋪管船從滿足作業(yè)功能要求，通常主船體從艉至防撞艙壁設(shè)2道連續(xù)的縱艙壁。邊艙主要用作壓載、調(diào)載艙，艏艉還作定位絞車艙，而縱艙壁之間則作為機(jī)艙及各類輔助設(shè)備艙。按 A.534只要寬度＞B/5，則中間部分無(wú)需考慮分艙及破艙穩(wěn)性的要求。從方便使用角度，中間各設(shè)備艙之間的通道可不設(shè)水密門。而按SPS2008，用概率法計(jì)算破艙穩(wěn)性則要考慮所有的艙及其組合的浸水概率和殘存概率對(duì)分艙指數(shù)的貢獻(xiàn)，因此中艙也須考慮適當(dāng)?shù)乃芊指簟Ｔ诳傮w布置時(shí)應(yīng)適當(dāng)注意，中艙長(zhǎng)度不可太長(zhǎng)。

2) 以往起重鋪管船只要人為將特殊人員數(shù)定在200人以內(nèi)，則總定員數(shù)的提高不會(huì)影響分艙及破艙穩(wěn)性的衡準(zhǔn)。設(shè)計(jì)時(shí)人員定額的數(shù)量大多從滿足艙室布置的角度考慮。而SPS2008則不同，首先，總定員數(shù)及救生艇人數(shù)直接影響要求的分艙指數(shù)。其次，乘客的人數(shù)決定的集中一舷力矩和救生艇筏的人數(shù)決定的艇筏懸掛一舷力矩將影響殘存概率S，所以按新規(guī)則，起重/鋪管船的人員定額不再是只與艙室布置有關(guān)的參數(shù)，而且還將對(duì)分艙和破艙穩(wěn)性產(chǎn)生重大影響，在進(jìn)行設(shè)計(jì)任務(wù)書論證時(shí)必須引起充分重視。

3 實(shí)例分析

以某起重船為例，分別按A534和SPS2008的要求進(jìn)行破艙穩(wěn)性計(jì)算，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析。

該船主尺度如下：

分艙情況如圖1所示：

圖1 分艙布置圖

3.1 按A534要求進(jìn)行破艙穩(wěn)性計(jì)算

用確定性方法計(jì)算破艙穩(wěn)性，由于邊縱艙壁離舷側(cè)距離大于 B/5，所以破損范圍僅限于縱艙壁外側(cè)，按兩艙破損劃分，一舷有 16組破損狀況，與出港和到港2種初始狀態(tài)組合，共有32種破損組。殘存穩(wěn)性GM的衡準(zhǔn)要求為：

1) 橫傾角，平衡前不超過(guò) 20°，平衡狀態(tài)不超過(guò)7°；

2) 進(jìn)水最終階段GM不小于0.05m；

3) 復(fù)原力臂曲線GZ最大值不小于0.1m；

4) 復(fù)原力臂曲線超過(guò)平衡位置應(yīng)有20°正值范圍。

計(jì)算結(jié)果各衡準(zhǔn)值如圖2、3所示。

圖2 殘存穩(wěn)性GM和傾角衡準(zhǔn)

圖3 殘存穩(wěn)性復(fù)原力臂曲線衡準(zhǔn)

各破損狀況平衡橫傾角在0.1～5.3°之間；GM在 9.8～14.1m 范圍內(nèi)；GZ最大值在 2.8～4.5m 之間；復(fù)原力臂正值范圍在 46～49°之間。上述數(shù)據(jù)表明，該船破艙穩(wěn)性是相當(dāng)富裕的，主要是由于起重船設(shè)計(jì)作業(yè)吃水比航行吃水大的多，航行狀態(tài)下干舷富裕量大，因而破損后剩余干舷較高，使殘存穩(wěn)性比較富裕。

3.2 按SPS2008要求計(jì)算破艙穩(wěn)性

由前述可知，SPS2008對(duì)特種用途船的破艙穩(wěn)性要求是以客船的概率法為基礎(chǔ)的。該船的計(jì)算數(shù)據(jù)見表2。

表2 計(jì)算數(shù)據(jù)

分艙長(zhǎng)度 Ls= 138.923 m

要求的分艙指數(shù)

其中：N=N1+2N2=240+2×0=240 0.9R= 0.61811達(dá)到的分艙指數(shù)見表3。

表3 達(dá)到的分艙指數(shù)

從表3 可見，該起重船按SPS2008計(jì)算破艙穩(wěn)性同樣也有較大的裕度?，F(xiàn)假定該船船型不變，僅增加定員數(shù)量，考察要求的分艙指數(shù)R和達(dá)到的分艙指數(shù)A的變化趨勢(shì)。圖4顯示R隨人數(shù)的增加而上升，A隨人數(shù)的增加而下降的趨勢(shì)。兩者相交為臨界點(diǎn)，即最大可達(dá)到的定員數(shù)。

圖4 滿足破艙穩(wěn)性的定員臨界數(shù)

4 結(jié) 語(yǔ)

SPS2008對(duì)特種用途船的要求與A.534相比，在定員數(shù)量的界定劃分上，以船上總定員數(shù)劃分等級(jí)，而不再以特殊人員數(shù)量來(lái)劃分。

新老規(guī)則對(duì)破艙穩(wěn)性的衡準(zhǔn)方法不同，A.534采用確定性方法，而SPS2008則將特種用途船視作客船而采用概率法。兩種方法均有相當(dāng)?shù)脑６?。且SPS2008分艙指數(shù)隨著定員數(shù)的增加將會(huì)達(dá)到某個(gè)臨界值，即為該船型的極限定員數(shù)。

[1] 國(guó)際海事組織. 特種用途船安全規(guī)則. A.534(13) [S].1983.

[2] MSC.266(84). 特種用途船安全規(guī)則2008[S]. 2008.

[3] SOLAS Consolidated Edition[S]. 2009.