集裝箱船系固系統(tǒng)及其設計要點

章泉 王朝 吳敬一

隨著集裝箱船運輸的不斷發(fā)展，集裝箱船的安全系固作業(yè)日益受到重視。本文介紹集裝箱船系固系統(tǒng)及其設計要點，以期為集裝箱船系固系統(tǒng)設計提供參考。

1 集裝箱船系固系統(tǒng)概述

1.1 系固設備

集裝箱船系固設備按結構形式大致可分為固定式系固設備（見表1）和便攜式系固設備（見表2）。

1.2 系固方式

（1）緊固 緊固指利用角件鎖具將相鄰層和相鄰列的集裝箱緊密連接起來，從而使集裝箱固定在箱位上，防止集裝箱發(fā)生水平位移或傾斜。

（2）綁扎 若系固受力計算結果表明，集裝箱所受外力超出其許用負荷，僅用緊固設備無法減輕外力對箱體的作用，則需要對集裝箱實施綁扎（見圖1），以抵消作用在集裝箱上的水平外力。綁扎分為交叉綁扎和垂直綁扎：交叉綁扎可防止集裝箱傾斜或歪斜，分為單層綁扎和雙層綁扎，應根據受力計算結果確定具體的綁扎方式；垂直綁扎可防止集裝箱傾斜，常用于計算所得的分離力不超過375 kN的情況。在集裝箱僅堆放1～2層或未滿載貨物的情況下，一般僅采用角鎖固定集裝箱，而不采用綁扎方式；但對于堆放在距船首0.75倍船長范圍內的載貨集裝箱，需要經核算確定是否采用綁扎方式。

（3）支撐 對于堆放在艙內或無綁扎操作空間的集裝箱，如果系固受力計算結果表明，集裝箱所受外力超出其許用負荷，則需要沿水平方向在集裝箱與船體結構（如縱壁或橫艙壁）之間安裝支撐件，以抵消作用在集裝箱上的外力。

2 集裝箱船系固注意事項

2.1 甲板或艙蓋上集裝箱的系固

2.1.1 堆放3層以下集裝箱的系固

在甲板或艙蓋上堆放1～2層集裝箱的情況下，若系固受力計算結果表明，集裝箱所受外力未超出其許用負荷，且集裝箱底座處以及角件上下之間不產生分離力，則僅安裝橫向底堆錐和橫向雙堆錐即可；但由于外側集裝箱會受到風壓作用，最好在每垛外側2個集裝箱的角件處安裝底鎖和中間轉鎖，以防止集裝箱發(fā)生水平和垂直位移。

在甲板或艙蓋上堆放重箱的情況下，若系固受力計算結果表明，集裝箱所受外力超出其許用負荷，則必須對集裝箱實施綁扎，并根據實際受力情況確定具體的綁扎方式。綁扎需要預留操作空間。此外，40英尺集裝箱必須兩端綁扎，20英尺輕箱允許一端綁扎。

甲板或艙蓋上堆放的最底層集裝箱在4個底角件處通過底轉鎖與甲板或艙蓋上的底座或底板固定，第2層集裝箱在4個底角件處通過中間轉鎖、半自動轉鎖或自動可鎖堆錐與下層集裝箱固定。若系固受力計算結果表明，集裝箱底座處以及角件上下之間不產生分離力，則可以采取以下系固方式：（1）在最底層內側集裝箱的底角件處安裝底堆錐或中間堆錐來代替底轉鎖或中間轉鎖；（2）在第2層內側集裝箱的底角件處安裝橫向雙堆錐和橫向底堆錐來代替中間轉鎖和底轉鎖，并在頂角件處安裝橋鎖；（3）在外側集裝箱的每個角件處仍采用中間轉鎖、半自動轉鎖、自動可鎖堆錐或底轉鎖。

2.1.2 堆放3層及3層以上集裝箱的系固

在甲板或艙蓋上堆放3層輕箱的情況下，若系固受力計算結果表明，集裝箱所受外力未超出其許用負荷，則一般無須綁扎；但這種情況不常見，除非設計時有特殊要求或為滿足船舶浮態(tài)要求。通常根據系固受力計算結果確定是否需要綁扎以及具體的綁扎方式，此時綁扎需要預留操作空間。根據中國船級社《貨物系固手冊編制指南（2014）》附則14的要求，供作業(yè)人員操作使用的安全通道寬度應不小于600 mm。

在甲板或艙蓋上堆放3層及3層以上集裝箱的情況下，若系固受力計算結果表明，集裝箱所受外力超出其許用負荷，則必須對集裝箱實施綁扎，并根據系固受力計算結果確定具體的綁扎方式。在最底層集裝箱的底角件處安裝底轉鎖，在相鄰層集裝箱的角件處安裝中間轉鎖。若系固受力計算結果表明，集裝箱底座處以及角件上下之間不產生分離力，則可以在內側集裝箱的底角件處安裝橫向雙堆錐或連接板來代替中間轉鎖，但在外側集裝箱的底角件處仍采用中間轉鎖和底轉鎖。

在甲板或艙蓋上堆放4層及4層以上集裝箱的情況下，即使選用常規(guī)的系固設備對第1層或第2層集裝箱實施綁扎，有時也難以使集裝箱受力控制在允許的范圍內。大型和超大型集裝箱船在甲板或艙蓋上堆放的集裝箱往往達到6層，常規(guī)的綁扎方式無法滿足堆高和堆重要求；因此，需要對第2層及以上的集裝箱實施綁扎，可設置1層、2層或3層綁扎橋來綁扎4層以上的集裝箱。

綁扎橋指在集裝箱或艙蓋的縱向間距內，沿船寬方向設置的單層或多層的鋼架橋式結構。綁扎橋頂部有操作平臺和綁扎眼板，可供作業(yè)人員實施綁扎桿系固操作。設置綁扎橋的目的是通過提高集裝箱的綁扎高度來提高重箱的堆放高度，從而有利于優(yōu)化堆重分布。綁扎橋的優(yōu)點是不僅能夠縮短綁扎所使用的綁扎桿、綁扎鏈或鋼絲繩的長度，而且能夠在方便實施綁扎操作的同時顯著改善綁扎效果；其缺點是增加船舶設備和造船成本。對于大型和超大型集裝箱船而言，設置綁扎橋總體上利大于弊。

綁扎橋的設置不得妨礙艙蓋關閉和吊離以及集裝箱就位和吊離，而且應便于存放和保管系固設備。根據國際海事組織海上安全委員會的通函MSC.1/Circ.1352和《貨物系固手冊編制指南（2014）》附則14，綁扎橋的設置應符合以下要求：集裝箱的縱向間距不小于1 190 mm；綁扎橋通道的凈寬度不小于，頂欄桿的凈間距不小于750 mm，欄桿頂部距平臺的高度不小于1 000 mm；系固點與集裝箱之間的最大水平距離不超過1 100 mm，最小水平距離分別是220 mm（系固點在綁扎橋上）和130 mm（系固點在其他位置）。

2.2 艙內集裝箱的系固

在艙內堆放集裝箱的情況下，相鄰層集裝箱之間的系固采用中間堆錐或底堆錐，相鄰列集裝箱之間的系固采用橫向雙堆錐或橫向底堆錐；但若集裝箱底座處或角件上下之間產生分離力，則必須用中間轉鎖、底轉鎖、半自動扭鎖或自動可鎖堆錐代替堆錐。受空間限制，艙內集裝箱系固一般不采用扭鎖，但仍需要通過系固受力計算確定是否選用鎖具。若系固受力計算結果表明，集裝箱所受外力超出其許用負荷，則采用橫向支撐方式對集裝箱實施橫向約束，即在集裝箱與船舶縱壁之間安裝橫向支撐件，使集裝箱所受外力傳遞至船舶舷側結構或縱壁，從而大幅減小集裝箱的橫向扭變力和向下的垂向壓力，并減小或消除向上的分離力，使外力引起的扭變力控制在允許的范圍內。此時可用堆錐代替扭鎖。

從目前的綁扎件市場來看，支撐件一般分為頂部支撐器和中間橫向支撐器，其尺寸可根據客戶要求定制。設計實例的系固受力計算結果表明，頂部支撐器的系固效果更好。集裝箱側壁與船體縱向結構的間距以120～400 mm為宜，且設置橫向支撐裝置的船體結構處應作適當的局部加強。橫向支撐件的位置和數量由《系固受力計算書》確定，而系固受力計算選取的集裝箱堆垛數量直接決定選用的橫向支撐器是壓力式還是拉壓式。目前，中小型集裝箱船艙內系固一般采用橫向支撐，大型或超大型集裝箱船艙內系固一般采用箱格導軌。

3 集裝箱船系固系統(tǒng)設計要點

3.1 初穩(wěn)心高度

初穩(wěn)心高度較大意味著船舶有足夠的穩(wěn)性，這對船舶自身安全而言是有利的；但初穩(wěn)心高度較大同時也意味著船舶橫傾時的復原力矩較大且橫搖周期較短，導致集裝箱承受的橫向加速度較大，使集裝箱容易翻倒。在系固系統(tǒng)的設計初期，需要預估最危險配載工況下可能出現的最大初穩(wěn)心高度，使綁扎方式滿足一定初穩(wěn)心高度的適用范圍（至少涵蓋計算工況下的初穩(wěn)心高度），從而為后續(xù)設計中初穩(wěn)心高度變化預留足夠的調整空間；否則，在惡劣海況下，船舶橫搖加劇時易發(fā)生貨損事故。船舶建造規(guī)范建議：在初始設計階段，設計初穩(wěn)心高度的最小值可取為船舶寬度的0.025倍，最大值可取為船舶寬度的0.075倍。

3.2 集裝箱配載和布置

集裝箱配載和布置除需要考慮船舶浮態(tài)、駕駛視線的要求外，還應注意：（1）船舶首尾處適當地配載輕箱或空箱；（2）在設計初期確定艙蓋許用堆重和箱柱強度等，按“下重上輕”的原則配載，并根據系固受力計算結果確定集裝箱系固方式。

3.3 系固設備配備和維護

集裝箱船應根據《系固受力計算書》的系固受力計算結果配備系固設備。系固設備的安全工作負荷必須大于其在集裝箱角件處受到的拉力、壓力或剪力，并且系固設備應確保集裝箱所受外力不超過其許用負荷。在船舶實際營運過程中，應注意系固設備的保養(yǎng)和維護，以確保其正常工作。

專用集裝箱船的甲板活動件一般符合美國職業(yè)安全和健康管理局的要求，普遍采用半自動鎖和全自動錐；艙內系固設備則由導軌、導座和錐頭等組成。多用途船艙蓋或甲板上的活動件通常為燕尾底鎖配合燕尾底座和眼環(huán)，以及底轉鎖配合立式底座和眼板；艙內系固設備采用底錐配合埋入式底座或帶孔底板；為防止頂層集裝箱橫向擺動幅度過大，一般對頂層集裝箱沿橫向設置橋鎖。系固設備的定位尺寸根據《集裝箱布置圖》的集裝箱位置來確定。由于不同的箱體橫向間距對應選用的橫向系固設備的標準孔中心距離不同（見表3），選型前應明確箱體橫向間距。此外，為確保綁扎效果，綁扎眼環(huán)或眼板與集裝箱角孔中心的間距應不小于230 mm，即與集裝箱之間的最小水平距離不小于130 mm。