1100TEU支線集裝箱船船型研究開(kāi)發(fā)

吳 剛，陳 濤，王 亮

（708研究所，上海 200011）

0 引 言

600～1100TEU的小型支線集裝箱船，以其運(yùn)輸便利、短程經(jīng)濟(jì)、調(diào)度靈活、周轉(zhuǎn)快捷等無(wú)法比擬的經(jīng)營(yíng)特點(diǎn)始終占據(jù)著集裝箱市場(chǎng)的一席之地。尤其是近年來(lái)，隨著超大型集裝箱船的不斷涌現(xiàn), 將地區(qū)性的沿海、短途支線運(yùn)輸緊密結(jié)合在一起的支線集裝箱船更是需求倍增。然而，由于設(shè)計(jì)規(guī)范的大量更新、節(jié)能環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)以及市場(chǎng)需求的發(fā)展變化，支線箱船的設(shè)計(jì)需迅速做出調(diào)整，以適應(yīng)當(dāng)前船東和船廠的需求，其中1100TEU集裝箱船是諸多支線箱船中需求較為旺盛的船型之一。

中國(guó)船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院不斷研發(fā)大型和超大型集裝箱船，并于 2010年下半年集中力量開(kāi)發(fā)出1100TEU支線集裝箱船型。2012年6～7月，這些新開(kāi)發(fā)的1100TEU集裝箱船陸續(xù)順利交船，合同指標(biāo)經(jīng)各項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證，均已全面達(dá)到或超過(guò)當(dāng)初規(guī)定的設(shè)計(jì)指標(biāo)，獲得了船東和船廠好評(píng)。

1 船型特征

該型船為無(wú)限航區(qū)全格柵式集裝箱船，具有前傾式艏柱、球鼻艏和方艉以及帶艏樓的連續(xù)主甲板。該船由單臺(tái)二沖程低速主機(jī)驅(qū)動(dòng)定距槳，機(jī)艙頂棚局部升高，采取了燃油艙完全雙殼保護(hù)和一人駕駛橋樓設(shè)計(jì)，滿足壓載水管理公約（BWM 2004）D-2新標(biāo)準(zhǔn)以及低硫油排放、國(guó)際勞工組織MLC 2006、巴拿馬（PANAMA）運(yùn)河和澳大利亞貨艙梯（AMSA）的最新要求。該船共有7個(gè)集裝箱貨艙，能載運(yùn)ISO標(biāo)箱和兩層高箱，No.1貨艙滿足用密閉集裝箱載運(yùn)IMDG規(guī)定的1.4S/2/3/4/5.1/6.1/8 /9類(lèi)危險(xiǎn)品，貨艙開(kāi)口配置無(wú)序開(kāi)啟吊離式艙口蓋，艙蓋強(qiáng)度滿足堆重為70t/20ft；90t/40ft，該船艙內(nèi)和艙蓋上共有145個(gè)冷箱插座。

該型船經(jīng)交船實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)證明，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)[1]已接近或超過(guò)日韓同時(shí)在建的 1100TEU船型（見(jiàn)下表 1）。

表1 中、日、韓同時(shí)在建的1100TEU船參數(shù)對(duì)比

針對(duì)國(guó)內(nèi)外船東的不同需求，在基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)不變的情況下推出了適應(yīng)國(guó)外船東有冰區(qū)加強(qiáng)和國(guó)內(nèi)船東無(wú)冰區(qū)加強(qiáng)要求的兩款 1100TEU船設(shè)計(jì)，均入級(jí)德國(guó)勞氏船級(jí)社（GL），其中無(wú)冰區(qū)加強(qiáng)的船型船級(jí)符號(hào)為：

2 自主開(kāi)發(fā)

新的1100TEU集裝箱船需求主要針對(duì)中、日、韓等亞洲沿海航線，船型特征發(fā)生了明顯變化，對(duì)新1100TEU船型開(kāi)發(fā)提出的相關(guān)要求主要有：降低航速和油耗、注重最大載重量和重箱指標(biāo)、增加主機(jī)減排和壓載水處理等環(huán)保措施；總長(zhǎng)不超過(guò)145m，總噸須控制在10000gt以?xún)?nèi)，設(shè)計(jì)吃水時(shí)的航速大于18kn，不帶克令吊。

2.1 船型尺度和船體布置

根據(jù)停泊港口和國(guó)內(nèi)船廠建造能力，確定了船長(zhǎng)、船寬以及吃水等主要參數(shù)，受總長(zhǎng)和總噸限制的制約，通過(guò)降低18kn的軸功率來(lái)減少油耗，/L B應(yīng)盡量接近6，此時(shí)的長(zhǎng)度傅氏數(shù)接近0.256。

受建造工藝水平限制，邊艙雙殼寬度較大，為2.2m，與日韓船廠相當(dāng)。但隨著建造工藝水平的提高和搶占訂單的迫切需求，為提高均箱數(shù)等指標(biāo)，新的集裝箱船項(xiàng)目均趨向于壓縮邊艙寬度，以多放一列集裝箱。

上層建筑布置形式主要有兩種（見(jiàn)圖1），一種是上層建筑位于主機(jī)上方，不必為低速主機(jī)專(zhuān)門(mén)設(shè)置局部升高的機(jī)艙棚，在上層建筑后方還可堆一排 40英尺集裝箱；另一種是上層建筑相對(duì)靠后，甲板區(qū)域?yàn)橹鳈C(jī)專(zhuān)設(shè)了局部升高的機(jī)艙棚，棚頂可堆一排 40英尺集裝箱?？紤]到碼頭集裝箱卸貨的便利性以及將來(lái)改裝加吊的可行性，經(jīng)比較，最終選擇了后一種布置形式?？紤]到總噸限制因素，在干舷和艏部?jī)?chǔ)備浮力滿足要求的前提下，艏樓未采用國(guó)外設(shè)計(jì)中經(jīng)常將其延伸到第1個(gè)貨艙頂部齊平的布置形式。

圖1 1100TEU集裝箱船上層建筑布置比較

2.2 型線設(shè)計(jì)優(yōu)化

市場(chǎng)上1000TEU～1100TEU集裝箱船，主要存在2種線型設(shè)計(jì)：1) 大方形系數(shù)：主要考慮增加載重量；2) 小方形系數(shù)：主要考慮增加航速或減少油耗，載重量較小。

在分析國(guó)內(nèi)外同類(lèi)集裝箱船線型設(shè)計(jì)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，采用了大方形系數(shù)設(shè)計(jì)。

采用大方形系數(shù)方案，可增大載重量，但對(duì)于快速性?xún)?yōu)化存在較大壓力。通過(guò)前期對(duì)水線長(zhǎng)度、浮心位置、舵球裝置等各種方案對(duì)比以及運(yùn)用RAPID等CFD軟件進(jìn)行輔助分析，不斷優(yōu)化線型，最終確定了最優(yōu)的線型方案。

實(shí)船試航結(jié)果證實(shí)，該船在規(guī)定考核功率和設(shè)計(jì)吃水時(shí)，試航航速達(dá)到18.3kn，同時(shí)，艉部振動(dòng)噪聲均達(dá)到規(guī)范要求，且螺旋槳運(yùn)行正常，表明該型船的型線優(yōu)化設(shè)計(jì)取得成功。

2.3 空船重量控制

采用新的設(shè)計(jì)理念和標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到了降低空船重量，增大載重量的目的，經(jīng)濟(jì)性大大提高，同時(shí)也為后續(xù)的持續(xù)優(yōu)化提供了更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

尤其是結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)，在肋距設(shè)置、典型剖面形式、高強(qiáng)鋼使用、抗扭箱、機(jī)艙縱艙壁和艉部結(jié)構(gòu)大構(gòu)件等結(jié)構(gòu)形式方面做了大量?jī)?yōu)化工作，取得了顯著效果。

2.3.1 典型橫剖面對(duì)比

圖2是1100TEU船型的典型剖面，與采用相近骨架形式的韓國(guó)1100TEU比較，該型船舯剖面縱向構(gòu)件比韓國(guó)要輕，占結(jié)構(gòu)重量的1.6%；強(qiáng)框輕0.4%，其他橫向構(gòu)件要重1.6%，綜合來(lái)看，貨艙區(qū)重量依然比韓國(guó)略輕。在中拱彎矩比韓國(guó) 1100TEU船取值大的前提下，依然能保證結(jié)構(gòu)重量低于韓國(guó)船廠，說(shuō)明舯剖面設(shè)計(jì)從重量控制角度來(lái)看要優(yōu)于韓國(guó)。傾斜試驗(yàn)的空船重量數(shù)據(jù)也最終證實(shí)該型船重量指標(biāo)與國(guó)外船廠批量建造的成熟船型接近。

圖2 MARIC 1100TEU船舯剖面

2.3.2 機(jī)艙縱艙壁延伸

該型船在機(jī)艙前端壁處由橫骨架式轉(zhuǎn)為縱骨架式。一般而言，內(nèi)殼縱艙壁向機(jī)艙區(qū)的延伸有利于滿足總縱強(qiáng)度，但卻對(duì)機(jī)艙區(qū)布置影響較大，被內(nèi)殼縱艙壁隔開(kāi)的區(qū)域很難得到有效利用。該型船機(jī)艙區(qū)空間較為緊張，經(jīng)機(jī)艙布置和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，最終修改了原內(nèi)殼縱艙壁延伸至機(jī)艙后端壁的常規(guī)思路，將內(nèi)殼縱艙壁斷在機(jī)艙區(qū)，同時(shí)加大附近區(qū)域結(jié)構(gòu)尺寸以滿足總縱強(qiáng)度要求（見(jiàn)圖3），該設(shè)計(jì)得到了GL船級(jí)社的最終認(rèn)可。

圖3 機(jī)艙區(qū)內(nèi)殼縱艙壁過(guò)渡形式

2.3.3 高強(qiáng)度鋼使用

高強(qiáng)度鋼的使用也是該型船控制結(jié)構(gòu)重量的手段之一。船東允許該型船高強(qiáng)鋼使用比例控制在 40%左右。設(shè)計(jì)中，貨艙區(qū)雙層底及主甲板區(qū)域結(jié)構(gòu)使用了AH32高強(qiáng)度鋼，總縱強(qiáng)度要求比較高的艙口圍使用了DH36高強(qiáng)度鋼。此外，適當(dāng)加大了艙口圍的板厚，使得主甲板板厚及主甲板下列板可以相應(yīng)地減少厚度。中和軸附近、橫向強(qiáng)框及橫艙壁結(jié)構(gòu)則基本采用普通鋼。統(tǒng)計(jì)可知，該型船高強(qiáng)鋼使用比例控制令人滿意。

2.4 節(jié)能環(huán)保和其他設(shè)計(jì)考慮

在滿足各項(xiàng)新規(guī)范要求的前提下盡量提高各種節(jié)能環(huán)保指標(biāo)。該船型符合SOLAS2009有關(guān)三吃水破艙和標(biāo)準(zhǔn)雙層底的最新規(guī)范要求，并通過(guò)GL審核認(rèn)可，符合MLC2006、澳梯AMSA和巴拿馬運(yùn)河ACP2012規(guī)則要求。同時(shí)該項(xiàng)目是首個(gè)通過(guò)安裝壓載水處理裝置滿足D-2壓載水排放標(biāo)準(zhǔn)的新船型；為防止燃油污染，新船型在設(shè)計(jì)中采用了雙殼結(jié)構(gòu)來(lái)達(dá)到燃油艙的完全保護(hù)，符合當(dāng)前的環(huán)保理念；該船型在滿足歐盟港口低硫油排放要求的同時(shí)，還降低了船舶油耗和提高了船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)EEDI。

3 優(yōu)化升級(jí)方案

近期開(kāi)展了一系列優(yōu)化升級(jí)工作[2]，重點(diǎn)推出了“窄邊艙低油耗”新方案，在原有 1100TEU設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，壓縮邊艙并適當(dāng)增加船寬，使得貨艙內(nèi)能多放1列集裝箱；同時(shí)，著重開(kāi)展水動(dòng)力分析和研究，減少船型阻力，進(jìn)行主機(jī)降功率分析，在提高推進(jìn)效率的同時(shí)，最大限度地降低油耗。表 2是新近推出的1100TEU窄邊艙升級(jí)方案與建成交船的1100TEU船以及某國(guó)外公司設(shè)計(jì)方案的參數(shù)對(duì)比。

表2 1100TEU船窄邊艙的優(yōu)化升級(jí)方案參數(shù)對(duì)比

續(xù)表2

4 結(jié) 語(yǔ)

1100TEU集裝箱船作為小型支線集裝箱船型，具有尺度緊湊、功能完備、節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，同時(shí)滿足目前最新國(guó)際規(guī)則規(guī)范的要求。近期實(shí)船項(xiàng)目陸續(xù)順利交船，投入了實(shí)際營(yíng)運(yùn)，獲得船東的好評(píng)?，F(xiàn)正投入到進(jìn)一步的優(yōu)化工作中，希望為各方提供持續(xù)更新的船型設(shè)計(jì)。

[1] 中華人民共和國(guó)船舶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CB/T3886-2002，海洋運(yùn)輸船主要性能水平評(píng)級(jí)[S].

[2] 陳 康，周志勇，魏菲菲. 集裝箱船線型優(yōu)化研究[J]. 船舶與海洋工程，2012, (3): 8-13.