特種用途船舶分艙穩(wěn)性計算的應用分析

李學菊，張海華

（1. 中國船級社規(guī)范與技術中心，上海 200135；2. 中國船舶科學研究中心上海分部，上海 200011）

特種用途船舶分艙穩(wěn)性計算的應用分析

李學菊1，張海華2

（1. 中國船級社規(guī)范與技術中心，上海 200135；2. 中國船舶科學研究中心上海分部，上海 200011）

簡要介紹了特種用途船破損穩(wěn)性的計算原理和適用規(guī)則。以某型特種用途船為例，分析了影響要求的分艙指數R值和達到分艙指數A值的主要參數，以及提高指數A的相應措施。通過分析通風管路布置、長艏樓中梯道口的型式以及橫向破損寬度的要求，解讀了規(guī)則中一些較難理解的條款，分析其對特種用途船的影響，并提出了相應的優(yōu)化措施。

特種用途船；分艙指數A；優(yōu)化措施

0 引 言

隨著船舶市場的多樣化，特種用途船的需求量將日益增加。然而，由于船舶功能的特殊性使得這類船型尺度受限且布局緊湊，關鍵是如何滿足船舶分艙穩(wěn)性的要求。

這類船舶多為中機型、長艏樓、艏/艉均設有壓載水艙，當船舶的用途、核運人數、航速和航行海域、燃油艙、淡水艙及各種輔助設備艙室的位置確定后，船舶的分艙就不可修改。在分艙確定的情況下，分析影響分艙穩(wěn)性計算的主要參數，在不改變船舶分艙的基礎上通過計算參數的選取使其滿足分艙穩(wěn)性要求。并根據特種用途船的特點，分析管路布置以及長艏樓中梯道開口的型式等對分艙穩(wěn)性計算的影響，并提出了相應的優(yōu)化措施。

1 分艙穩(wěn)性要求

載有12名以上特殊人員、≥500gt的船舶稱為特種用途船。海上安全委員會2008年5月13日MSC.266（84）決議［1］通過了特種用途船安全規(guī)則（簡稱SPS2008規(guī)則），以此替代了原來A.534［2］通過的SPS（Special Purpose Ships）規(guī)則。SPS2008規(guī)則中規(guī)定特種用途船的分艙和破損穩(wěn)性應符合SOLAS（國際海上人命安全公約）［3］第II-1章中客船的要求。概率破損穩(wěn)性的要求是船舶達到的分艙指數A≥要求的分艙指數R：

1.1要求的分艙指數R

式中： Ls——分艙船長；N1——救生艇可供使用的人數；N2——船舶在N1以外允許載運的人數。

因特種用途船上配備的特種人員被認為具有良好的身體，對船舶布置有相當的了解并受過安全程序及船上安全操作訓練的人員，因此特種用途船要求的R可以根據載運的人數進行折減：

1） 核準載運240人或以上，R值按式（2）計算；

2） 核準載運不超過60人，R值為式（2）計算結果的0.8；

3） 對于超過60（但不超過240）人，R值應在上述“1）”和“2）”值之間線性內插確定。

1.2達到的分艙指數A

達到的分艙指數：

式中：As、Ap和Al——分別為夏季載重吃水，部分載重吃水和輕載吃水工況下的分艙指數。

每個吃水的指數均為所考慮的全部破損情況所起作用的總和：

式中：pi——破損概率； si——生存概率。

破損概率pi與艙室布置有關，主要是橫向水密艙壁及邊艙艙壁。

任何初始工況 di生存概率因數 si的計算公式為：

θe是任何進水階段的平衡橫傾角。

式中：排水量——處于分艙吃水時的完整排水量；Mheel——最大假定橫傾力矩：

2 計算因素實例分析

滿足規(guī)則要求，其實就是盡量減小R值和增大A值。以某特種用途船為例，分析影響R值和A值的主要因素。主要參數見表1。

表1　主要參數

2.1影響R值的因素

從R值的計算公式可知，影響R值的因素有分艙長度Ls和參數N。當船舶用途、總噸和核準運載總人數確定后，Ls的變動范圍不大。

當救生艇使用人數N1確定（如N1=120，則N2=0）時，通過計算得出Ls對指數R的影響較?。ㄒ姳?）。

表2　分艙長度Ls對要求分艙指數的影響

當分艙長度Ls確定（Ls=100m）時，參數N對指數R僅在小數點后第3位開始有影響（見表3）。

表3　救生艇使用人數N1對要求分艙指數的影響

從表2可知，分艙長度Ls和參數N對要求的分艙指數R值影響不大，因此通過修改這兩個因數來降低指數R的方式效果不明顯。

2.2影響A值的因素

計算A指數時需要用到3個初始裝載工況。這些裝載工況由平均吃水T、縱傾Trim及初穩(wěn)性高度GM定義。

2.2.1平均吃水T的影響

3個初始工況中最深分艙吃水ds與夏季載重線吃水相同，部分吃水dp=0.6ds+0.4dl，輕載吃水dl為營運工況中的最小吃水，通常情況下是壓載到港工況對應吃水［4］。

當空船質量重心確定后，可以通過調節(jié)壓載水獲得不同的輕載吃水工況。因ds已不可修改，而 dp通過ds和dl計算得到，因此dl的選取非常重要（見表4）。特種用途船不像貨船和客船有著嚴格的載貨量或載客量要求，因此壓載水艙配置的可調節(jié)范圍較大。

表4　不同輕載吃水dl時的A 值

從表4可知，其他條件相同僅輕載吃水不同時，達到的分艙指數A、輕載吃水指數Al和部分吃水指數Ap隨吃水T的增加而遞減。由于還要綜合考慮螺旋槳浸沒和完整穩(wěn)性衡準要求，所以壓載到港工況的吃水也不可能無限制地減小，但是可以證明通過調節(jié)壓載到港工況的吃水T來得到最大的分艙指數A是可行的。

2.2.2計算縱傾影響

計算A時，最深分艙吃水ds和部分分艙吃水dp應采用水平縱傾，輕載航行吃水dl采用實際營運縱傾［4］。如果在任何營運工況下與計算縱傾相比較，縱傾的變化大于0.5%Ls，應按照相同吃水但不同縱傾另行提交一個或多個A的計算［5］，使所有營運工況下的縱傾與一個計算所用的參照縱傾相比之差小于0.5%Ls（見圖1）。

圖1　不同吃水對應的縱傾限制范圍

因裝載手冊或裝載計算機中所有工況都要滿足縱傾范圍，而手冊中的縱傾值是相對垂線間長而言的，所以一般實際送審船級社的文件中用到的計算值是0.5%Lbp，這樣兩個數值才具有可比性。

從表5可知，在船舶平浮和有較小艏縱傾值時分艙指數A值較大，其他縱傾值時指數A較小。由于船舶首傾不利于浮態(tài)和完整穩(wěn)性衡準的滿足，因此輕載吃水工況對應的縱傾值應盡量調節(jié)至零縱傾。

表5　輕載吃水dl為定值，不同縱傾值Trim對應的A值

2.2.3GM值

初始工況 GM值的選定主要取決于裝載手冊中總完整穩(wěn)性工況的設定。破損穩(wěn)性設定的 GM值與完整穩(wěn)性要求的 GM值構成的包絡線必須包絡裝載手冊中所有營運工況的GM值（見圖2）。

圖2　最小GM曲線

從表6可知，GM值對指數A的影響是最明顯的，隨著GM值的增大各項指數A、Al、Ap、As值不斷地增大，但是較大的 GM值會增加營運工況的配載難度，因此選擇一個合理的GM值非常重要。

表6　其他條件不變，不同GM 對應的A 值

3 特殊性布局對破損穩(wěn)性計算的影響

通過分析，發(fā)現(xiàn)特種用途船的管路布置和長艏樓中的梯道開口對達到的分艙指數A有著較大的影響。

3.1管路布置

SOLAS/II-1/B-1/7/7中規(guī)定，如果在假定破損范圍內設有管子、通道或者管隧，其布置應確保累進進水不會擴展到那些假定進水的艙室以外的其他艙室。

對于特種用途船而言，這類布置非常困難。特種用途船由于人員較多，配備的居住處所和生活娛樂場所也較多，為了滿足基本生活條件及舒適性要求，供水及污排水系統(tǒng)和空調管路系統(tǒng)非常復雜。發(fā)現(xiàn)有很多管路因布置不當而穿過多個水密艙，或采用類似中央空調的形式一個空調機給幾個區(qū)域處所服務，導致空調管遍布全船。還有些管路及通風管路是因為主甲板上有設備遮擋導致不得不穿過水密艙壁。這種情況在計算分艙指數時就要考慮延伸進水問題，如果管路通過的水密艙壁較多，那么達到的分艙指數一定會大打折扣。

建議：1）布置空調管系的時候，建議一個水密分割區(qū)域布置一臺空調機；2）如果必須穿過水密艙壁時，管路在垂向應盡量靠近艙壁上部，在橫向盡量靠近船中，如果管路與另一區(qū)域艙壁的距離s小于一個扶強材結構尺寸，如圖3，可視為艙壁（甲板相同）的一部分。

圖3　管路布置

3.2長艏樓內的梯道開口

特種用途船通常具有長艏樓，主要功能是供人員就餐及活動場所。因此從使用功能上說，在艏樓甲板上設置水密艙壁是不可行的，即使是在梯道上設置水密門也會給實際使用帶來諸多不便。特種用途船多為中機型，即機艙布置在船舶中部，所以艏樓內部會設置多個梯道通向主船體，那么梯道開口的位置及形式就顯得非常重要。如這些梯道門為普通防火門，那么在破損穩(wěn)性計算中這些點將被設置為內部進水點，而這些點在主甲板上，垂向位置較低，對計算指數A的影響很大。若這些梯道門為風雨密門，那么計算中可以設置為風雨密點，當沒有被最終平衡水線淹沒時，其影響較小。因此這些開口應盡量布置在靠近船舶中心線位置，且圍壁及開口型式最好為風雨密型。

3.3破損寬度范圍

SOLAS/II-1/B-1/7/5中規(guī)定，橫向范圍小于 B/2的所有破損情況都可以計入計算公式，該橫向范圍是從舷側向內垂直于最深分艙吃水線處的中線量取，如計算船舶右舷的破損指數，破損區(qū)域陰影區(qū)域（見圖4），而不是按照船舶中心線劃分左右舷。

圖4　橫向破損范圍

因特種用途船具有快速性的要求，船身較瘦長，因此僅就破損穩(wěn)性而言，船舶首尾區(qū)域的艙室布置為左/右對稱艙室就顯得沒有必要了。

另外，對于雙層底布置的要求［6］，所有特種用途船視為客船，應滿足SOLAS第II-1/9條要求。

4 結 語

1）通過對分艙長度Ls和參數N的分析，發(fā)現(xiàn)其對指數R的影響很小。在船舶功能確定后，要求的分艙指數R值很難降低；

2）通過分析初始工況中吃水T、縱傾值Trim和初穩(wěn)性高度GM值對達到的分艙指數A的影響，對各種影響因素有了一定的了解，當破損穩(wěn)性不能滿足要求或者過于富裕時，可以比較迅速且有針對性地進行修改；

3）通過管路布置、長艏樓中梯道開口型式以及船舶橫向破損范圍等的分析，解讀了規(guī)則中的具體條款，了解哪些條款對特種用途船來說需要注意；但是，在設計初期易被忽視。

影響分艙穩(wěn)性計算的因素有很多，本文僅針對影響指數R值和指數A值的計算參數進行了分析，以及特種用途船的一些常規(guī)特點如管路布局和長艏樓梯道口型式進行了探討。希望可以對特種用途船的設計起到借鑒作用。

［1］ Resolution MSC.266（84）. Code of Safety for Special Purpose Ships［S］， 2008.

［2］ Resolution A.534（13）. Code of Safety for Special Purpose Ships［S］， 1983.

［3］ The International Convention for the Safety of Life at Sea （SOLAS）［S］， 2009.

［4］ 張高峰，等. SOLAS 2009 極限GM曲線中縱傾范圍的考慮［A］. 上海市造船工程學會，2008年學術年會論文集［C］. 上海：2008.

［5］ 孫家鵬. 破艙穩(wěn)性新規(guī)范探討［J］. 上海造船，2009 （4）： 28-33.

［6］ 陳晶晶. SOLAS對雙層底要求研究［J］. 船舶與海洋工程，2012 （2）： 62-66.

Analysis on the Application of Specialized ship's Subdivision Stability Calculation

LI Xue-ju1， ZHANG Hai-hua2
（1. China Classification Society Rules & Technology Center， Shanghai 200135；2. Shanghai Branch， China Ship Scientific Research Center， Shanghai 200011）

This paper briefly introduces the damage stability calculation principles and applicable rules of specialized ships. Taking a type of specialized vessel as the example， the main parameters influencing the required subdivision index R and the attained subdivision index A， as well as the measures to increase the index A are analyzed. Through analyzing the requirements on ventilation piping arrangement， stairway type in long forecastle and transverse extent of damage，some rule articles which are difficult to understand are interpreted， their influence on specialized vessels are analyzed，and corresponding optimization measures are proposed.

specialized vessel； subdivision index A； optimization measure

U661.2+2

A

2095-4069 （2016） 01-0059-06

10.14056/j.cnki.naoe.2016.01.012

2015-04-14

李學菊，女，碩士，工程師，1983年生。2009年畢業(yè)于哈爾濱工程大學船舶與海洋結構物設計制造專業(yè)，現(xiàn)主要從事船舶穩(wěn)性專業(yè)研究工作。