9 400TEU半船起浮計(jì)算

王　斌, 饒勇豐, 祝　偉

(金海重工(舟山)設(shè)計(jì)研究院有限公司， 浙江 舟山 316200 )

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9 400TEU半船起浮計(jì)算

王斌, 饒勇豐, 祝偉

(金海重工(舟山)設(shè)計(jì)研究院有限公司， 浙江 舟山 316200 )

摘要現(xiàn)代大型船只一般在船塢內(nèi)以串聯(lián)式建造，在整船出塢時(shí)通常伴隨著半船的起浮和移位等。我司四艘9 400TEU集裝箱船即為同時(shí)建造。出塢時(shí)兩條水線以下部分完工的9 400TEU集裝箱船下水，另兩條9 400TEU集裝箱船為半船狀態(tài)，采用半船起浮，重新定位后落墩。全文主要分析9 400TEU半船在塢內(nèi)起浮的難點(diǎn)和要點(diǎn)，綜合考慮船廠和船塢的生產(chǎn)和作業(yè)工況，利用NAPA軟件建造船舶模型，制作重量重心表并導(dǎo)入到NAPA模型中，在軟件中模擬半船出塢狀態(tài)，以滿足出塢時(shí)對(duì)半船狀態(tài)的要求。并分析半船的浮態(tài)、穩(wěn)性和強(qiáng)度，結(jié)合公司船只實(shí)際出塢工況，對(duì)設(shè)計(jì)工況進(jìn)行評(píng)估，總結(jié)計(jì)算過(guò)程中需注意的事項(xiàng)和應(yīng)對(duì)措施。

關(guān)鍵詞半船起浮NAPA配載浮態(tài)穩(wěn)性

0引言

現(xiàn)代大型船舶大多在船塢內(nèi)建造，為提高建造效率通常將艉部半船放置在船塢前部，當(dāng)?shù)谝凰掖贿_(dá)到出塢狀態(tài)時(shí)，第二艘船的尾段也接近完工。當(dāng)船只出塢時(shí)需同時(shí)將半船起浮，并移動(dòng)到指定位置并重新落墩[1]。半船由于尺度較短，浮態(tài)對(duì)重量重心尤為敏感。相比整船出塢，半船起浮對(duì)浮態(tài)要求更高，對(duì)縱橫傾的要求也更為嚴(yán)格。筆者作為廠方技術(shù)員有幸參與了廠內(nèi)9 400TEU集裝箱船、18萬(wàn)噸級(jí)散貨船、320萬(wàn)噸級(jí)原油輪的起浮計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)配合。本文主要結(jié)合9 400TEU的實(shí)際建造情況，利用NAPA軟件建造半船模型，定義重量分布，計(jì)算出塢工況。同時(shí)針對(duì)我公司半船起浮時(shí)存在的問(wèn)題做計(jì)算分析，確保半船起浮成功。

1半船起浮前的準(zhǔn)備工作

1.1召開(kāi)半船起浮專題會(huì)

半船起浮前應(yīng)召開(kāi)專題會(huì)議，確定分段搭載狀態(tài)，油漆涂裝情況，確定哪幾個(gè)貨艙或者壓載艙可以用于后期調(diào)節(jié)船只姿態(tài)。并確定壓載水是用海水還是淡水，有條件的可以邀請(qǐng)船東一起參加，并確定起浮后的洗艙工作。討論后確定是向壓載艙打水還是貨艙打水，由于我公司地處海島地帶淡水資源寶貴，通常采用海水作為壓載物，如船東參會(huì)需與船東商議起浮結(jié)束后的洗艙工作。另封板情況也可以在會(huì)上確認(rèn)，便于確定半船的浮力模型。

1.2半船重量重心的統(tǒng)計(jì)

半船重量重心的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到半船起浮計(jì)算的準(zhǔn)確性，尤其在半船較短的時(shí)候，半船浮態(tài)對(duì)重量重心尤其敏感。重量重心在船長(zhǎng)上的一點(diǎn)偏差易對(duì)整個(gè)浮態(tài)造成較大的影響。

重量重心數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)通常利用Tribon模型將已上船部件歸結(jié)到各自專業(yè)的匯總表中，重量重心的統(tǒng)計(jì)要求如下：

(1) 確定全船坐標(biāo)系，通常尾柱處為坐標(biāo)原點(diǎn)， 向艏為X正方向，左舷為Y正方向，向上為Z軸正方向。

(2) 匯總時(shí)請(qǐng)注意重量單位統(tǒng)一為噸，(實(shí)際操作過(guò)程中發(fā)生多次將部件重量標(biāo)記為千克，引起重量重心偏差)重量數(shù)據(jù)應(yīng)該只跟起浮部分有關(guān)，不要把未安裝的部件統(tǒng)計(jì)在內(nèi)。

(3) 對(duì)于對(duì)稱分段建議合并后填寫(xiě)，建議寫(xiě)法為B12P&B12S，重量為單獨(dú)分段的2倍，Y為0。

(4) 管系、船裝鐵舾、輪機(jī)鐵舾、電氣、居裝等一些小部件建議合并，大部件例如主機(jī)、發(fā)電機(jī)等單獨(dú)列出，上建建議合并，單獨(dú)列一張整體的重量和重心表，最終由工法科列一份匯總后的重量重心表。

(5) 如部件重量中心不好估計(jì)，可列出一個(gè)大致的坐標(biāo)。

(6) 分段統(tǒng)計(jì)時(shí)需備注焊縫油漆等是否統(tǒng)計(jì)在內(nèi)，可以單個(gè)分段統(tǒng)計(jì)焊接重量、油漆重量，也可以在統(tǒng)計(jì)時(shí)不計(jì)算焊接、油漆等重量，匯總完畢后給出一個(gè)總的焊接、油漆重量，并列出一個(gè)大致的重量中心坐標(biāo)。

收到以上數(shù)據(jù)后核查各項(xiàng)數(shù)據(jù)，匯總出半船的重量，縱向位置及重心高度，為接下來(lái)的配載計(jì)算做好準(zhǔn)備。表1為統(tǒng)計(jì)后的半船重量重心表。

表1　半船重量重心統(tǒng)計(jì)表

續(xù)表1　半船重量重心統(tǒng)計(jì)表

2NAPA模型的建立

一般根據(jù)型線圖、總布置圖和艙容圖，創(chuàng)建NAPA模型，創(chuàng)建完畢后需核對(duì)排水量、艙容等數(shù)據(jù)，避免和設(shè)計(jì)值偏差過(guò)大。以9 400TEU為例排水量的差別通常保證在100 t以內(nèi)。定義浮力模型時(shí)需考慮施工狀態(tài)，將產(chǎn)生浮力的艙都定義到模型中，例如封閉的管弄等。斷開(kāi)的艙室在起浮時(shí)會(huì)進(jìn)水，需將此部分扣除。

以圖1為例，起浮分段從尾部搭載到B14P/S分段。71#為水密壁所在位置，在B14P/S的前部FR75+1100處采用封板方式將管弄封閉，定義浮力艙室時(shí)需將FR71～FR75+1.1處的管弄定義到NAPA模型中。由于FR71～FR75+1.1處的壓載艙可以進(jìn)水，通常我們直接將主題結(jié)構(gòu)定義到75#處。由于前部結(jié)構(gòu)艙室會(huì)進(jìn)水，雖然無(wú)法提供浮力，但結(jié)構(gòu)部分依舊會(huì)排開(kāi)一定水的體積，根據(jù)以往船的累計(jì)數(shù)據(jù)分析，可以適當(dāng)將前部界限移動(dòng)0.02～0.04 m左右,提供更精確的排水體積。

圖1　半船搭載圖

3創(chuàng)建半船起浮工況

打開(kāi)NAPA軟件的LOADING CONDITIONS，創(chuàng)建一個(gè)新的裝載工況，例如LD-HALFHULL229，在setup中選擇定義的總布置。退出到LD命令下，進(jìn)入LGDE 定義重量重心，例如定義版本為V。輸入ARGS命令，進(jìn)入布置模塊，在其中選擇半船模型為HALFHULL229的工況，同時(shí)核對(duì)布置圖版本和LIGV(重量重心)的版本，同時(shí)在STLIM(STRENG LIMIT)選項(xiàng)中選擇HAR(港口工況)。 定義完后需仔細(xì)核對(duì)，避免版本錯(cuò)誤導(dǎo)致最后整個(gè)計(jì)算報(bào)告的錯(cuò)誤。

4配載計(jì)算

根據(jù)事先確定的允許打壓載水艙室的情況，進(jìn)行配載計(jì)算，如需完全配平可用LOAD-BALANCE命令，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)向指定艙室內(nèi)注入壓載水保證縱傾為0。對(duì)于船舶吃水的要求，主要受限于船塢所能承受的最大吃水及船只附近水域的水深和潮汐情況。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)留有一定的余量，以防起浮時(shí)浮態(tài)不好，船底拖地受損。船舶出塢狀態(tài)以平浮或者略微艏傾為理想狀態(tài)，最終出具起浮報(bào)告書(shū)，如圖2所示。

5半船起浮狀態(tài)核實(shí)

通常在半船起浮前技術(shù)人員需上船塢查看半船狀態(tài)。檢查已上船項(xiàng)目是否和重量重心表有較大出入，確保大項(xiàng)例如主機(jī)、軸舵系、搭載分段是否有出入。核查一遍現(xiàn)場(chǎng)打壓載情況，是否有按規(guī)定加注壓載水。半船狀態(tài)下船上的泵及管系一般都未安裝妥當(dāng)，需使用船塢邊上的臨時(shí)泵來(lái)給制定的艙打壓載水。

半船狀態(tài)下水尺一般沒(méi)有燒焊，可通過(guò)做標(biāo)記或放測(cè)量桿等，放置在半船前后位置便于半船起浮時(shí)測(cè)量吃水。起浮前設(shè)計(jì)員應(yīng)記錄此類設(shè)備的位置(肋位號(hào)等)，確認(rèn)零位是從船底板低處起計(jì)算還是從船底板上部(即船體基線)起計(jì)算。半船起浮后記錄相應(yīng)位置的吃水。

技術(shù)人員應(yīng)全程參與半船起浮的過(guò)程，便于處理半船起浮過(guò)程中的突發(fā)情況，通過(guò)記錄水尺的度數(shù)可驗(yàn)證配載的準(zhǔn)確性，后期可以將此類數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)換算算出艏艉的吃水，分析NAPA模型和實(shí)際起浮狀態(tài)間的差異，確定特定船型的半船起浮特點(diǎn)。圖3為半船實(shí)際出水時(shí)的姿態(tài)。

圖3　9 400TEU半船起浮現(xiàn)場(chǎng)圖片

6 相關(guān)準(zhǔn)備及應(yīng)急預(yù)案

(1) 船廠應(yīng)盡可能多地準(zhǔn)備一些壓鐵或配重，便于調(diào)節(jié)縱橫傾，或是突發(fā)狀態(tài)時(shí)的船舶姿態(tài)調(diào)整。

(2) 封板時(shí)應(yīng)留有余量，例如計(jì)算后的封板高度為4 m，實(shí)際可以將封板高度封到6 m或更高。

(3) 管弄等封閉區(qū)域的封板在起浮前應(yīng)和現(xiàn)場(chǎng)工人一起重新確認(rèn)。

(4) 橫纜應(yīng)系泊在船塢邊的纜樁上，避免風(fēng)向水流等突發(fā)因素造成船只失控撞上船塢側(cè)壁。

(5) 塢門(mén)開(kāi)啟快到理論起浮吃水時(shí)應(yīng)降低放水速度，以便觀察半船起浮狀態(tài)。

(6) 建議現(xiàn)場(chǎng)配備裝有NAPA軟件的電腦，當(dāng)出現(xiàn)重大問(wèn)題時(shí)，例如艙室漏水等情況，可及時(shí)計(jì)算船只姿態(tài)，調(diào)節(jié)配重[2]。

7船只理論浮態(tài)和設(shè)計(jì)浮態(tài)不一致情況的簡(jiǎn)要分析

在實(shí)際起浮過(guò)程中，船只的實(shí)際起浮姿態(tài)和理論姿態(tài)會(huì)產(chǎn)生一些差異，此時(shí)需要我們對(duì)數(shù)據(jù)做分析，確定是哪里出了問(wèn)題。

案例一：9 400TEU集裝箱船由韓國(guó)的KOMAC設(shè)計(jì)公司設(shè)計(jì)，半船起浮方案也由KOMAC提供，配載方案為向NO.6 DB WBT (P)和 NO.6 DB WBT (S)分別注入991.2 t海水。實(shí)際打壓載情況基本和圖紙一致。但起浮時(shí)出現(xiàn)了問(wèn)題，半船艏部貨艙吃水達(dá)到3 m時(shí)，艏部開(kāi)始上浮，但艉部仍不能起浮，船只處于明顯的艉傾狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)采用繼續(xù)向NO.6壓載艙打水約1 h(估計(jì)約為100 t左右)，同時(shí)在貨艙靠艏部壓80 t壓鐵，此時(shí)半船艉部起浮，艏艉吃水均在3.2 m左右。半船重新落墩后船塢進(jìn)行抽水檢查，發(fā)現(xiàn)艉部幾個(gè)塢墩都已近壓裂，幸虧船體基本沒(méi)有受損。

根據(jù)上述情況本人創(chuàng)建了NAPA模型，采用與前文一致的空船重量定義。創(chuàng)建了兩個(gè)半船浮力模型用于對(duì)比，分別是包含前部管弄區(qū)域的HALFHULLA和不包含前部管弄區(qū)域的HALFHULLB,現(xiàn)場(chǎng)船只前部管弄區(qū)域?qū)嶋H用板封住，與HALFHULLB一致。

創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的兩個(gè)工況分別為L(zhǎng)D-229A和LD-229B,在LD-229A工況下采用HALFHULLA定義，并在NO.6 DB WBT (P)和 NO.6 DB WBT (S)分別注入991.2 t海水，與KOMAC設(shè)計(jì)公司方案一致，此時(shí)船只基本處于水平狀態(tài)，浮態(tài)基本與KOMAC設(shè)計(jì)公司方案結(jié)果一致。定義LD-229B工況采用HALFHULLB，并采用相同的重量重心定義，同樣在NO.6 DB WBT (P)和 NO.6 DB WBT (S)分別注入991.2 t海水，此時(shí)浮態(tài)如圖4 所示。

圖4　9 400TEU調(diào)整前設(shè)計(jì)工況

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采用繼續(xù)向NO.6壓載艙分別增加約50 t水，同時(shí)通過(guò)MASS LOAD在貨艙靠艏部壓80 t壓鐵，此時(shí)浮態(tài)基本與現(xiàn)場(chǎng)水尺讀數(shù)一致，見(jiàn)圖5。

圖5　9 400TEU調(diào)整后設(shè)計(jì)工況

8結(jié)語(yǔ)

半船起浮作為船廠中的一個(gè)重大節(jié)點(diǎn)，涉及多個(gè)部門(mén)，各環(huán)節(jié)都緊密關(guān)聯(lián)，十分考驗(yàn)船廠的設(shè)計(jì)、協(xié)調(diào)能力。作為總體設(shè)計(jì)員應(yīng)反復(fù)與現(xiàn)場(chǎng)和各設(shè)計(jì)部門(mén)溝通，反復(fù)調(diào)整設(shè)計(jì)方案，最終確保起浮計(jì)算書(shū)的準(zhǔn)確性。到現(xiàn)場(chǎng)后須仔細(xì)檢查各注意點(diǎn)，對(duì)于不足之處應(yīng)及時(shí)提醒現(xiàn)場(chǎng)修改，確保起浮成功。

參考文獻(xiàn)

[1]高志彬，高介祜. 萬(wàn)噸級(jí)船舶船臺(tái)串聯(lián)建造方案及其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性初探[J].造船技術(shù)，1983(5):15-20.

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Floating Calculation for 9 400TEU Container Half-hull

WANG Bin， RAO Yong-feng, ZHU Wei

(Jinhai Heavy Industry (Zhoushan) Design Institute Co., Ltd., Zhoushan Zhejiang 316200, China)

AbstractModern ships are constructed in series in the dry docks. The half-hull floating conditions needs to be carefully calculated when the complete ship launches. Considering the yards construction ability and using the software NAPA, and simulating the floating positions of the half-hull. The light weight distribution could be in-planted in the NAPA model. We can analyse the floating condition, stability criterion and strength limits to satisfy the yard requirement. Key points of the process were discussed.

KeywordsHalf-hull floatingNAPALoadingFloating conditionsStability

中圖分類號(hào)U671

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

作者簡(jiǎn)介：王斌(1987-)，男，工程師，從事船舶舾裝和總體計(jì)算工作。