船舶破損穩(wěn)性最新要求及檢驗(yàn)評(píng)估

楊世知，鄭迎革，王 磊

(1.中國船級(jí)社江蘇分社，南京210011;2.上海交通大學(xué)，上海200240)

所謂破損穩(wěn)性，是指船舶在一艙或多艙破損進(jìn)水后具有漂浮和一定剩余穩(wěn)性的能力(能抵抗一定程度的風(fēng)浪流等外力)。船舶碰撞(包括船-船碰撞、船-基碰撞和擱淺)是海損事故的主要原因之一，其中擱淺造成的海損事故占絕大多數(shù)，其次就是碰撞。為了確保航行安全，國際海事組織通過了一系列的決議案，針對(duì)不同船型明確了破損范圍和殘存能力的要求。本文重點(diǎn)總結(jié)吸收了最新的決議案對(duì)于不同船型的要求、生效時(shí)間以及適用范圍等，對(duì)于現(xiàn)階段關(guān)于破損穩(wěn)性的研究成果及動(dòng)態(tài)進(jìn)行歸納闡述，為后續(xù)開展更深層次的破損穩(wěn)性研究，優(yōu)化船舶結(jié)構(gòu)，提高船舶的抗沉性及經(jīng)濟(jì)性做準(zhǔn)備。

1 基本概念

1.1 計(jì)算原理

船艙破損進(jìn)水后，如進(jìn)水量不超過排水量的10%～15%，則可以應(yīng)用初穩(wěn)性公式來計(jì)算船舶進(jìn)水后的浮態(tài)和穩(wěn)性，其誤差一般在允許范圍之內(nèi)。計(jì)算船艙進(jìn)水后船舶浮態(tài)和穩(wěn)性的基本方法有如下兩種。

1)增加重量法。把破艙后進(jìn)入船內(nèi)的水看成是增加的液體重量。

2)損失浮力法(固定排水量法)。把破艙后的進(jìn)水區(qū)域看成是不屬于船的，即該部分的浮力已經(jīng)損失，損失的浮力借增加吃水來補(bǔ)償。這樣，對(duì)于整個(gè)船舶來說，其排水量不變。因此損失浮力法又稱為固定排水量法［1］。

1.2 兩種理念的破損穩(wěn)性衡準(zhǔn)方法

1.2.1 確定性方法

1)確定了船舶在縱向、橫向和垂向的破損范圍以及在船內(nèi)或沿船長(zhǎng)的位置(如主橫艙壁之間，機(jī)艙艙壁、防撞艙壁等)。

2)規(guī)定了計(jì)算時(shí)相應(yīng)的破艙前船的狀態(tài)(或一組狀態(tài))，確定一個(gè)或多個(gè)最危險(xiǎn)的破損艙組。

3)規(guī)定了對(duì)殘存船舶浮態(tài)、穩(wěn)性的要求。

4)要求計(jì)算出滿足上述要求的破艙前船的極限初穩(wěn)心高度(或極限重心高度)，不允許任一要求計(jì)算的狀態(tài)不滿足有關(guān)破損穩(wěn)性的要求。

1.2.2 概率方法

1)規(guī)定了船舶在縱向、橫向和垂向的破損最大范圍，在該范圍內(nèi)的縱向分隔、橫向分隔及水平分隔的作用均可被考慮，不限制破損部位。

2)規(guī)定了計(jì)算時(shí)相應(yīng)的破艙前的狀態(tài)。對(duì)每種狀態(tài)計(jì)算一系列可能對(duì)破損后的“生產(chǎn)能力”有貢獻(xiàn)的破損艙組。

3)規(guī)定了殘存船舶的浮態(tài)，穩(wěn)性指標(biāo)與生存概率的關(guān)系。

4)根據(jù)各種艙或艙組的破損概率以及它們破損浸水后殘存船舶的生存概率計(jì)算達(dá)到的分艙指數(shù)，并與要求的分艙指數(shù)相比較。允許某些艙組破損浸水后船舶殘存能力低于衡準(zhǔn)的要求(即生存概率為零或小于1)［2］。

船舶破損時(shí)的環(huán)境參數(shù)和破損狀態(tài)隨機(jī)性較大，現(xiàn)行的概率性方法是建立在大量碰撞、擱淺事故造成的船舶海損統(tǒng)計(jì)資料的基礎(chǔ)上形成的計(jì)算、校核船舶殘存能力的方法。概率破艙穩(wěn)性計(jì)算方法目前還處于設(shè)計(jì)校核階段，現(xiàn)行的概率計(jì)算方法基于確定性方法計(jì)算結(jié)果。具體應(yīng)用于設(shè)計(jì)階段還需要開展更深入的研究。

目前確定性方法是破艙穩(wěn)性計(jì)算的基礎(chǔ)方法。

2 公約規(guī)范要求

涉及船舶分艙和破損穩(wěn)性規(guī)定的公約、規(guī)則等數(shù)量眾多，規(guī)定互不相同，除了小型船舶外，幾乎所有的船舶都有各自適用的分艙和破損穩(wěn)性要求，并且各種公約規(guī)則要求逐年更新，最新要求總結(jié)(至2012年1月1日)見表1～4。

表2 假定破損范圍①

表3 破損部位

表3 續(xù)

表4 殘存能力要求

3 提高船舶破損穩(wěn)性的措施

以概率法為例，提高船舶破損穩(wěn)性，主要在于提高船舶的分艙指數(shù)A，提高分艙指數(shù)的措施如下［3］。

1)降低重心高度Zg，對(duì)于提高分艙指數(shù)A有顯著效果。

2)增加干舷。有兩種方法:一是提高干舷，二是降低部分分艙吃水dp，實(shí)際上提高設(shè)計(jì)水平，減輕空船重量，增加載重量系數(shù)。

3)合理安排浸水開口和不能風(fēng)雨密關(guān)閉的開口。合理安排意味著:一是盡量減少此類開口，二是按往高、往內(nèi)、往中的原則布置開口。

4)布置邊艙。當(dāng)船中部具有通長(zhǎng)艙時(shí)，設(shè)法布置兩舷的邊艙以彌補(bǔ)通長(zhǎng)艙帶來的分艙指數(shù)損失，適當(dāng)增加邊艙寬度有利于增強(qiáng)邊艙對(duì)分艙指數(shù)的貢獻(xiàn)。

5)合理的艙室劃分。合理地進(jìn)行艙室劃分有助于增加各艙對(duì)分艙指數(shù)的貢獻(xiàn)。當(dāng)某艙的殘存概率Si較小時(shí)，適當(dāng)?shù)乜v向或橫向或豎向進(jìn)一步細(xì)分艙也將有利于增加各艙對(duì)分艙指數(shù)的貢獻(xiàn)值，前提是進(jìn)一步劃分后所得的Si應(yīng)有明顯的增加［4］。

以上措施從設(shè)計(jì)的角度提高分艙指數(shù)，雖然分艙指數(shù)僅針對(duì)概率性方法而言，但以上設(shè)計(jì)思路同樣適用于確定性方法。

此外，船舶營運(yùn)過程中，船舶破損后的浮態(tài)很大程度上取決于船舶的初始狀態(tài)，包括裝載狀態(tài)、壓載狀態(tài)，縱傾和橫傾等，見表5。破損后的浮態(tài)也取決于船舶的方形系數(shù)及平均吃水曲線等靜水力設(shè)計(jì)參數(shù)。船舶的破損后的浮態(tài)很大程度上決定船舶殘存能力，因此如何合理配載也是提高船舶安全運(yùn)行必不可少的舉措之一。

表5 破損后的浮態(tài)與初始狀態(tài)關(guān)系示意

4 現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)要點(diǎn)

以57 000 DWT散貨船為例，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)過程需要關(guān)注的若干問題進(jìn)行總結(jié)歸納如下。

1)注意風(fēng)雨密裝置的高度，包括通風(fēng)筒，空氣管及門檻的高度，可能高于載重線的一般要求。對(duì)于破損控制圖中要求的風(fēng)雨密裝置的高度，應(yīng)按進(jìn)水點(diǎn)量取。同時(shí)在RLL報(bào)告中填寫通風(fēng)筒、空氣管及門檻高度的時(shí)候，應(yīng)該以退審破損控制圖的要求為準(zhǔn)。

2)注意最終平衡水線以下的門和艙口蓋的水密性，核查產(chǎn)品證書或試驗(yàn)報(bào)告;最終平衡水線以下的開口須滿足水密要求，航行中常閉，且有開啟關(guān)閉指示器和開啟報(bào)警。例:粵電57 000 DWT系列散貨船，當(dāng)裝載至夏季載重線時(shí)，在所有裝載工況下均能承受任一貨艙進(jìn)水(SOLAS第Ⅻ章第4.1條)。一號(hào)貨艙浸水后，防止二號(hào)貨艙連貫浸水，因此從一號(hào)貨艙與二號(hào)貨艙之間的小艙蓋進(jìn)入二號(hào)貨艙的小艙蓋應(yīng)為水密型，航行中常閉，且有開啟關(guān)閉指示器和開啟報(bào)警。由于這兩個(gè)小艙蓋并排，部分船廠對(duì)于破損控制圖的理解不夠，往往把進(jìn)入一號(hào)貨船的小艙蓋裝成水密型，而把進(jìn)入二號(hào)貨船的小艙蓋錯(cuò)裝成風(fēng)雨密型，因此現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)過程中須特別注意類似情況的發(fā)生;對(duì)于空氣管的高度也是如此，現(xiàn)場(chǎng)錯(cuò)裝的情況時(shí)有發(fā)生。現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)船師應(yīng)該注意臨界區(qū)域風(fēng)雨密裝置高度的核查?？偟脑瓌t要關(guān)注退審的破損計(jì)算書中各艙室之間是否考慮連帶進(jìn)水。

3)公約對(duì)于門的操作模式、控制位置及配備的要求頗多，門的種類也分多種，如鉸鏈?zhǔn)胶突瑒?dòng)式水密門;還有可遙控和非遙控，動(dòng)力操縱和非動(dòng)力操縱等。具體要求同門的位置(水線及以上/水線及以下)、船舶類型(客船/貨船)以及門日常使用情況(長(zhǎng)期關(guān)閉/通常開啟等)而定，具體要求詳見《SOLAS2009分艙與破損穩(wěn)性要求實(shí)施指南》。注意門的產(chǎn)品證書及試驗(yàn)報(bào)告的核查，同時(shí)關(guān)注門的水密性驗(yàn)證及驗(yàn)證壓力(驗(yàn)證壓力同最終平衡水線面有關(guān))。

對(duì)于散貨船而言，特別是巴拿馬型散貨船，其ESC逃口通往干舷甲板的門(如適用)通常為鉸鏈?zhǔn)剿荛T，航行中常閉，且有開啟關(guān)閉指示器和開啟報(bào)警。從設(shè)計(jì)的角度看還有如下思路。

①可根據(jù)破損最終平衡水線的位置，適當(dāng)提高門檻高度，保證門檻高于最終平衡水線，此門可以改成風(fēng)雨密門;

②更改門的位置，新的位置位于最終平衡水線以上，此門可以改成風(fēng)雨密門。

4)注意上層建筑(或甲板室)區(qū)域最終平衡水線的位置，最終平衡水線可能超過某些風(fēng)雨密裝置及其它開口，如第一層的通風(fēng)筒(如適用)和舷窗，該風(fēng)雨密裝置應(yīng)該移位或加高。例如:某散貨船的墻式通風(fēng)筒僅滿足《載重線公約》位置1對(duì)通風(fēng)筒的一般要求(為900 mm)，但該通風(fēng)筒進(jìn)水點(diǎn)處于最終平衡水線以下，因此不滿足破損穩(wěn)性的要求。如果要求的破損穩(wěn)性計(jì)算表明，舷窗在進(jìn)水的任何中間階段或平衡水線會(huì)被淹沒，則舷窗不僅須滿足水密要求，還應(yīng)加裝鉸鏈?zhǔn)絻?nèi)側(cè)窗蓋，同時(shí)該舷窗應(yīng)為非開啟型，窗不允許在此范圍內(nèi)使用。

5)同最終平衡水線以下的門、窗及艙蓋一樣，對(duì)于滿足分艙要求的船舶，其分艙艙壁有水密要求，同時(shí)有強(qiáng)度要求?，F(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)過程中須關(guān)注水密艙壁的水密完整性(為保證內(nèi)部開口水密完整性而在海上保持永久關(guān)閉的其它關(guān)閉裝置，應(yīng)在每個(gè)裝置上附貼一個(gè)通告牌，說明其必須保持關(guān)閉。對(duì)裝有緊密螺栓蓋子的人孔則無需這樣標(biāo)明)，同時(shí)以壓水或沖水或其它等效驗(yàn)證方式證明艙壁水密性、以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。水壓頭以最不利的破損水線面水壓頭為準(zhǔn)。IACS UR S14部分條款由此引申而出，特別注意涉及到船舶分艙的艙室結(jié)構(gòu)試驗(yàn)要求，例如現(xiàn)場(chǎng)批準(zhǔn)的密性試驗(yàn)圖當(dāng)中，雙層底空艙往往漏做結(jié)構(gòu)試驗(yàn);

6)注意舵機(jī)間和機(jī)艙是否考慮連帶浸水，如果不是，機(jī)艙通往舵機(jī)間的門須水密門，航行中常閉，且有開啟關(guān)閉指示器和開啟報(bào)警裝置。可能的話還須滿足A-60防火等級(jí)的要求，這同主消防泵和應(yīng)急消防泵的相對(duì)位置有關(guān)，在此不作詳述，現(xiàn)場(chǎng)予以關(guān)注即可。另，57 000 DWT散貨船該門為A-60級(jí)防火門，舵機(jī)間和機(jī)艙考慮連帶進(jìn)水，同樣，對(duì)服務(wù)于推進(jìn)所需的鍋爐在內(nèi)的主/輔推進(jìn)機(jī)器處所被水密縱艙壁分隔以滿足冗余要求，可以允許每個(gè)水密艙壁上設(shè)一扇水密門，該設(shè)計(jì)考量下的水密門要求同上類似。

7)位于破損范圍內(nèi)的管系布置，破損后應(yīng)能控制浸水不能擴(kuò)展至其它處所。特別是管弄同機(jī)艙、管弄同艏尖艙以及管弄同各壓載艙之間，注意隔離閥的形式及要求。

8)概念的區(qū)分。

①注意分艙長(zhǎng)度的定義(SOLAS 2009)以及完整穩(wěn)性資料中對(duì)于傾斜試驗(yàn)的免除是以分艙長(zhǎng)度(LS)的偏差為準(zhǔn)，而不是船長(zhǎng)(L)。進(jìn)行空船重量試驗(yàn)的時(shí)候要注意核查該數(shù)據(jù)，測(cè)重報(bào)告是否按分艙長(zhǎng)度(LS)進(jìn)行誤差核算，并進(jìn)行免除。

②同時(shí)破損穩(wěn)性計(jì)算中，縱傾也是按分艙長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算，這同常規(guī)靜力學(xué)計(jì)算中的縱傾有所不同，注意區(qū)分。

9)對(duì)于具有橫貫進(jìn)水裝置的船舶(以客船居多)，船廠須提供有關(guān)橫貫進(jìn)水裝置的操作說明，作為向船長(zhǎng)提供資料的一部分(SOLAS)。

［1］盛振邦，劉應(yīng)中，船舶原理［M］上冊(cè).上海:上海交通大學(xué)出版，2003.

［2］中國船舶工業(yè)總公司，船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)［M］.總體卷，上海:國防工業(yè)出版社，2007.

［3］楊 柳，楊 啟.單艙大開口重吊船破艙穩(wěn)性研究［J］.船海工程，2010，39(4):1-4.

［4］胡鐵牛.貨船概率破艙穩(wěn)性計(jì)算及對(duì)分艙的影響［J］.上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，31(11):1-4.