1600客位/2000m車道客滾船研制關(guān)鍵技術(shù)解析

趙建平，王學(xué)義，時(shí)金寶

（黃海造船有限公司，山東 264309）

0 引言

黃海造船有限公司與山東渤海輪渡股份有限公司于2007年2月8日簽訂了4艘1600客位/2000m車道客滾船建造合同，該船型首制船“渤海珍珠”號于2009年4月9日交付使用?！安澈Ｕ渲椤碧?600客位/2000m車道客滾船是航行于煙臺至大連之間的人車兩用交通運(yùn)輸船舶，它集快速、便捷、舒適、環(huán)保于一體，技術(shù)含量高，是我國自行設(shè)計(jì)、建造并檢驗(yàn)的目前國內(nèi)最大的豪華型客滾船，是當(dāng)今世界船舶行業(yè)中客貨兩用的高端產(chǎn)品。船舶經(jīng)系泊試驗(yàn)、航行試驗(yàn)和營運(yùn)使用，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并符合相關(guān)公約、規(guī)則和規(guī)范要求。本文主要以1600客位/2000m車道客滾船為研究對象，介紹該型船的設(shè)計(jì)與建造關(guān)鍵技術(shù)。

1 船舶概況

該船被設(shè)計(jì)為一艘國內(nèi)近海航行的客/車滾裝船，用于載客、載運(yùn)轎車、重型汽車和集裝箱拖車。船舶為鋼質(zhì)船體，以中速柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，配有雙機(jī)、雙槳、雙舵、前傾首柱、球鼻首、方尾和雙艉鰭，機(jī)艙設(shè)在尾部，并設(shè)有首側(cè)推和減搖鰭裝置。該船具有三層連續(xù)車輛甲板，并設(shè)置有各類上層建筑。

1.1 總體布置

該船由艙壁、甲板、雙層底和平臺分隔為下列處所和艙室，其特征和布置如圖1所示。

1）艉部：帶有方艉的艉部設(shè)有舵機(jī)艙、艉尖艙、艉管冷卻水艙等。

2）機(jī)艙：機(jī)艙內(nèi)設(shè)有主機(jī)及相關(guān)系統(tǒng)與設(shè)備，如主發(fā)電機(jī)組、集控室、分油機(jī)間、機(jī)修間、備件庫及消防、壓載設(shè)備等。

3）雙層底內(nèi)設(shè)有滑油循環(huán)艙、柴油艙、燃油溢油艙和其它所需的艙。

4）車輛艙：該船設(shè)三層車輛甲板，即上甲板（5甲板）、主甲板（干舷甲板，3甲板）和機(jī)艙前雙層底（1甲板）。3甲板以下車輛艙兩側(cè)設(shè)有邊艙，用作減搖鰭艙、空艙、生活污水艙等。1甲板下面的雙層底設(shè)有管弄、壓載水艙、淡水艙、測深儀艙和空艙等。

圖1 總布置圖

5)艏部：布置有用作壓載水艙的艏尖艙、錨鏈艙、水手長儲藏室、首側(cè)推艙、甲板機(jī)械控制室等。

該船各層甲板布置如下：1甲板（內(nèi)底板、下車輛甲板），2甲板（二層機(jī)艙平臺甲板），3甲板（主甲板、中車輛甲板），4甲板（平臺甲板），5甲板（系泊甲板、上車輛甲板），6甲板（平臺甲板），7甲板（頂甲板、旅客居住甲板），8甲板（旅客居住甲板），9甲板（駕駛室及船員居住甲板）。

主甲板首、尾部各設(shè)折疊式跳板一座，上甲板與5甲板之間設(shè)有一個(gè)兩端收放式斜坡道，主甲板前部中、下車輛艙之間設(shè)有升降平臺供滾裝貨物裝卸。

旅客和船員區(qū)域布置在7、8、9三層甲板。7甲板中、前部主要布置旅客進(jìn)廳，總服務(wù)臺，小超市及三、四等客艙，尾部為三、四等客艙。8甲板中部為特、一、二等客艙，首部為二等客艙，尾部布置為旅客餐廳、座席艙、娛樂場所。9甲板前部為駕駛臺和高級船員居住區(qū)，其后部布置為普通船員居住區(qū)，應(yīng)急發(fā)電室，油漆間等。

旅客通過碼頭梯從頂甲板中部舷側(cè)旅客門上、下船。

1.2 主要技術(shù)指標(biāo)

該船主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 1600客位/2000m車道客滾船主要技術(shù)指標(biāo)

2 關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)

該船以當(dāng)前國內(nèi)最大最新的豪華型國際航線客滾船為研制目標(biāo)，設(shè)計(jì)和建造技術(shù)采用國際先進(jìn)制造技術(shù)，確保了研究的高起點(diǎn)，形成了具有高科技含量的新型客滾船。

2.1 船舶主尺度選取和總布置設(shè)計(jì)

客貨滾裝船無標(biāo)準(zhǔn)船型，需充分考慮港口碼頭標(biāo)高、航道潮汐變化幅度、較高的型深和吃水限制等因素，根據(jù)船舶設(shè)計(jì)所需的載車量、載客數(shù)量、各層甲板間凈高以及滿足航速要求的主機(jī)功率來確定合理的船舶主尺度。

該船運(yùn)用最新設(shè)計(jì)技術(shù)，綜合考慮車輛艙內(nèi)支柱數(shù)量和位置、斜坡道的角度、升降平臺的寬度和長度，以滿足快速上下車輛的要求，保證車輛在艙內(nèi)暢通。同時(shí)，綜合考慮甲板上首尾系泊布置等各項(xiàng)影響因素，進(jìn)行合理的布置。

2.2 線型及快速性設(shè)計(jì)

客貨滾裝船對航速有較高的要求，在線型設(shè)計(jì)方面是個(gè)挑戰(zhàn)。在線型設(shè)計(jì)時(shí)只有綜合考慮各種因素的“裙帶”關(guān)系，才能在線型設(shè)計(jì)方面實(shí)現(xiàn)突破。

線型優(yōu)化十分必要。由于該船為客車船，提高旅客舒適度、減少船體震動(dòng)和噪音成為線型優(yōu)化的重點(diǎn)。但由于主機(jī)功率較大，尾軸較高，螺旋槳直徑也較大，故通過調(diào)整螺旋槳葉梢與船體的間隙，以改善來流來改變尾部伴流場可降低阻力。

船體線型優(yōu)化可獲得較高的航速性能。在海面平靜，風(fēng)力不大于蒲氏3級，水深不小于50m的深海中，船舶在清潔船體、一定主機(jī)持續(xù)服務(wù)功率（85%MCR，2×5,100kW）、無軸帶、減搖鰭不工作的情況下，若設(shè)計(jì)吃水為5.95m，則航行速度不小于19.0節(jié)。實(shí)際試航狀態(tài)與上述狀態(tài)有差異時(shí)，可通過公認(rèn)的換算方法確定航速。試航結(jié)果表明，該船設(shè)計(jì)服務(wù)航速不小于18.5節(jié)。

2.3 穩(wěn)性計(jì)算

穩(wěn)性是船舶設(shè)計(jì)的關(guān)鍵?？拓洕L裝船是一種以水平分隔為主的特殊船型，其車輛艙位于船舶的下部，艙高要求為4.60m。該船設(shè)有3層車輛艙，2層客艙和2層船員生活艙，此種設(shè)計(jì)的原因包括兩方面：一是干舷甲板以上甲板層數(shù)較多，裝載貨物重心高，橫搖工況下力矩較大；二是由于汽車運(yùn)輸?shù)奶厥庑?，水密艙壁越少越好。因此，船舶分艙既能滿足破艙穩(wěn)性，又能滿足便捷使用的要求，是客貨滾裝船設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。

此外，為保證甲板貫通，方便車輛進(jìn)出，車輛艙應(yīng)盡量少設(shè)或不設(shè)水密橫艙壁。破艙后，多層甲板同時(shí)進(jìn)水將使船舶在短時(shí)間內(nèi)迅速沉沒。因此，需對客貨滾裝船的分艙與破艙穩(wěn)性研制進(jìn)行細(xì)致的分析與論證，并對各裝載情況的完整穩(wěn)性進(jìn)行校核，對大風(fēng)影響下的風(fēng)傾穩(wěn)性進(jìn)行分析和論證。

2.4 船舶強(qiáng)度分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

客貨滾裝船的船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。該船設(shè)3層車輛甲板及4層客艙和生活艙，型深高，干舷也高，為船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增大了難度。并且，當(dāng)船舶受到波浪的作用而產(chǎn)生橫搖時(shí)，左右舷水壓不對稱產(chǎn)生較大的橫向彎矩，所裝載的車輛的重量以及客源的流動(dòng)和因橫搖面產(chǎn)生的作用等易產(chǎn)生非對稱載荷。在剪切效應(yīng)的作用下，客貨滾裝船的橫向強(qiáng)框架會發(fā)生傾斜。甲板一般都是貫通于整艘船長度，橫艙壁盡量少設(shè)且一般開有較大的門孔，這將致使橫艙壁的強(qiáng)度大大削弱，船體容易發(fā)生扭曲變形，故該船型的總縱強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的設(shè)計(jì)亦是特別重要的問題。由于橫向強(qiáng)框架傾斜，在客貨滾裝船的強(qiáng)橫梁、強(qiáng)肋骨甚至半橫艙壁的開口角隅處可以找到裂紋，疲勞問題嚴(yán)重。甲板強(qiáng)橫梁、縱桁的構(gòu)件尺寸受到貨艙空間最大寬度、高度及許用變形等因素限制。另外，現(xiàn)在重型運(yùn)輸車輛增加，載重100t至200t的車輛也可以上船，這也增加了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度。

針對上述問題，在該船設(shè)計(jì)建造中，我們進(jìn)行了專題研究：1）對減小橫搖工況下的扭曲變形及由此引起的附加應(yīng)力進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 2）甲板強(qiáng)橫梁、縱桁的構(gòu)件尺寸受到貨艙空間最大寬度、高度及許用變形等因素限制，需要對強(qiáng)橫梁、縱桁的跨距進(jìn)行合理選擇，對支柱進(jìn)行合理設(shè)置。3）根據(jù)需要對配有多層升降甲板、系統(tǒng)復(fù)雜的船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

2.5 車輛艙的布置

目前，在航船舶受當(dāng)時(shí)運(yùn)輸條件的限制，車輛艙較小，且布置不合理，特別是大型集裝箱車。在以前的客滾船設(shè)計(jì)上，布局車輛艙時(shí)較少考慮大型車，主要集中在中小型車輛。要適應(yīng)目前大型車輛運(yùn)輸?shù)男枰?，?yīng)對車輛艙的總布置進(jìn)行調(diào)整。設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)過幾次對車輛艙的布局進(jìn)行比對，最后確定以“渤海金珠”號為母型船，船體線型及主尺度稍作變化，以適應(yīng)現(xiàn)代車輛運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)。兩柱間長增加了4m，型寬增加了200mm，設(shè)計(jì)吃水基本不變。雖然船體主尺度改動(dòng)較小，但由于布局合理，總車道由1,800m提高到2,025m，載車重量由4,250t提到5,000t，并且適合裝載15m以上的大型拖車。

2.6 滾裝通道系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造關(guān)鍵技術(shù)

滾裝通道系統(tǒng)是影響船舶裝載效率的決定因素，其配置既要保證滾裝通道暢通無阻，又要充分利用船舶的艙容，提高裝載能力。滾裝通道系統(tǒng)技術(shù)含量高、難度大，實(shí)踐中以分組形式進(jìn)行專題攻關(guān)。

1）系統(tǒng)研究各主要船級社規(guī)范、國際公約、法規(guī)對滾裝通道系統(tǒng)的具體要求，調(diào)查、收集、整理和分析各種與滾裝通道設(shè)備相關(guān)的設(shè)計(jì)資料和數(shù)據(jù)，對各種典型滾裝通道設(shè)備的布置方案進(jìn)行系統(tǒng)分析研究。

2）在滿足規(guī)范和船東要求的前提條件下，布置滾裝通道設(shè)備時(shí)需考慮諸多因素的影響，包括碼頭情況，潮汐變化，車輛參數(shù)，如車輛載荷、車輛尺寸、車輛轉(zhuǎn)彎半徑等，以保證車輛裝卸的順利通暢。同時(shí)，還需對下列通道設(shè)備進(jìn)行型式確定和布置：艉斜跳板、活動(dòng)坡道、升降平臺、艏門、艏跳板、氣密/水密艙壁門等，包括設(shè)備主要尺度的決定、結(jié)構(gòu)型式及重量控制、與船體結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)和對碼頭的適應(yīng)性進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

3）制定滾裝設(shè)備的制造工藝，如活動(dòng)坡道，其頂板和腹板多為薄板以減輕重量，故必須進(jìn)行焊接及變形控制，以保證建造質(zhì)量。滾裝通道設(shè)備的正確安裝與否與其性能有著密切的關(guān)系，安裝時(shí)要協(xié)調(diào)好其與船體界面的間隙，做到一次正確安裝到位，避免返工。

4）滾裝通道設(shè)備傳動(dòng)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。滾裝通道設(shè)備質(zhì)量大，跳板自身重量甚至超過百噸，傳動(dòng)裝置大，控制設(shè)備運(yùn)行的液壓系統(tǒng)流量大，因此，保證通道設(shè)備在操作過程中的平穩(wěn)可靠顯得非常重要。同時(shí)，應(yīng)用PLC控制元件開展復(fù)雜的控制流程與簡單的用戶界面間的協(xié)調(diào)研究。

2.7 特殊系統(tǒng)配置選型

客貨滾裝船專用特殊設(shè)備多，系統(tǒng)復(fù)雜，這些特殊設(shè)備系統(tǒng)的配置和選型都將影響目標(biāo)型船的整體功能和船舶造價(jià)。該船在設(shè)備選型時(shí)首選國產(chǎn)設(shè)備，并與專業(yè)設(shè)備廠聯(lián)合攻關(guān)，取得了良好的效果。

2.8 建造工藝關(guān)鍵技術(shù)

建造客貨滾裝船有以下幾大難點(diǎn)：1）該船有著與常規(guī)船不同的特殊建造工藝，采用易變形的高強(qiáng)度薄板，一旦變形，很難利用火攻進(jìn)行校正，故研制過程中制訂了專用工藝以指導(dǎo)施工；2）建造過程中各種工序復(fù)雜，交叉往復(fù)，增大了工藝建造施工難點(diǎn)；3）該船型構(gòu)造復(fù)雜，且極不規(guī)則，甚至還有很多需現(xiàn)場安裝的散裝構(gòu)件；4）采用船臺下水方式建造時(shí)，由于客貨滾裝船型方形系數(shù)小，且重量大，下水時(shí)需要大吃水，對有效水深要求極高。因此，根據(jù)公司船臺實(shí)際情況，作了相關(guān)計(jì)算分析，并進(jìn)行場地規(guī)劃以充分利用產(chǎn)能。

此外，在該船的建造過程中，自制了許多專用工具和專用設(shè)備，如多工位內(nèi)孔端面加工和多錐孔加工等大型加工設(shè)備，解決了舵孔及端面加工困難的技術(shù)難題，過渡圓角加工工具和螺栓孔表面加工工具解決了過渡圓角和螺栓表面加工質(zhì)量問題等，保證了船舶質(zhì)量，提高了工作效率，為該船的設(shè)計(jì)建造打下了良好的基礎(chǔ)。

3 結(jié)束語

“渤海珍珠”號1600客位/2000m車道客滾船的主要技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過兩年多的使用，船舶各方面的性能良好、質(zhì)量穩(wěn)定?！安澈Ｕ渲椤碧?600客位/2000m車道客滾船是產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的產(chǎn)物，通過該船的設(shè)計(jì)、攻關(guān)和建造，掌握了大型客滾船的關(guān)鍵設(shè)計(jì)與建造技術(shù)，提高了大型客滾船的設(shè)計(jì)建造能力和水平，標(biāo)志著我國已經(jīng)跨入自主設(shè)計(jì)建造大型豪華客滾船的新時(shí)代。

[1]陳可越.船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊[M].北京:中國交通科技出版社,2007-10.

[2]中國船級社.國內(nèi)航行海船入級規(guī)則2006及修改通報(bào)[Z].北京:人民交通出版社,2006.

[3]中國船級社.國內(nèi)航行海船建造規(guī)范2006及修改通報(bào)[Z].北京:人民交通出版社,2006.

[4]中國船級社.國內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則2004及修改通報(bào)[Z].北京:人民交通出版社,2004.