運輸船的發(fā)展及設(shè)計研究

高兆進

摘 要：文章分析了運輸船的主要類型及技術(shù)特點，同時闡述了運輸船的發(fā)展趨勢，而后結(jié)合多年工作實際，圍繞運輸船的設(shè)計技術(shù)問題，對其主要的設(shè)計思路進行分析探討。旨在全面掌握運輸船的技術(shù)特征和發(fā)展趨勢，確保設(shè)計的科學與有效。

關(guān)鍵詞：運輸船；技術(shù)特點；發(fā)展趨勢；技術(shù)問題；設(shè)計思路

中圖分類號：U674 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）04-0090-02

運輸船最早出現(xiàn)的時間可追溯到上個世紀五十年代，自出現(xiàn)開始便一直保持著非常強勁的發(fā)展態(tài)勢。放眼整個國際航運市場，散貨運輸船的運輸量占總貨物運輸量的1/3左右。憑借航線固定、運貨量大、裝卸效率高及貨源充足等優(yōu)勢，散貨船逐步成為運輸船舶主力軍，也因此獲得了非常好的經(jīng)濟效益。隨著科學技術(shù)水平不斷的發(fā)展，散貨船的類型逐漸增多，不同類型的散貨船所表現(xiàn)出的技術(shù)特征有所差異，且設(shè)計方式與思路也有所不同。

1 運輸船的發(fā)展

1.1 主要類型運輸船的技術(shù)特點

從廣義上分可將散貨船分成兩部分，一個為干散貨船，一個為液體散貨船。其中最為常見的便是干散貨船，而干散貨船又可分成兩大類型，即按照所載貨物的比重分和按照載重量分。

首先按照所載貨物的比重分。IACS（國際船級社聯(lián)合會）為了滿足船主團體需求，在2002年的時候便按照所載貨物的比重把散貨船分成三類，第一類為BC-A，即專門針對運輸比重大于1噸每立方米的煤炭類干散貨而設(shè)計，且能夠隔艙裝運；第二類為BC-B，即專門針對運輸比重大于1噸每立方米的煤炭類干散貨而設(shè)計，且可以在所有的貨艙積載；第三類為BC-C，即專門為運輸比重小于1噸每立方米的谷物類干散貨而設(shè)計。按照IACS的指示，新造散貨船均需要附注符號。據(jù)了解，當前全世界有一多半以上的散貨船為第一類。

其次按照載重量分。造船界應用最多的分類方式便是按照載重量分。通過查閱文獻資料可知，按照載重量的大小能夠?qū)⑸⒇洿瑒澐殖晌孱悾葱§`便型（2-3.5萬噸）、大靈便型（3.5-5萬噸）、巴拿馬型（6-8萬噸）、好望角型（10-18萬噸）超大型散貨船（>20萬噸）。這對靈便型的散貨船，其所指代的是載重量在2-4萬噸范圍內(nèi)的小型散貨船。這一類型船吃水較淺，可以靈活進入世界上的很多港口，此外通用性特征顯著，因此應用較廣泛。特別是受到造船業(yè)與航運事業(yè)的影響，靈便型散貨船獲得了進一步發(fā)展，并逐漸從小靈便型演變成大靈便型。值得注意的是，6-8萬噸的巴拿馬散貨船型，因受河道限制，其最大吃水為12m，最大船長為294m，最大寬為32.3m。好望角型散貨船則在上個世紀六十年代就出現(xiàn)了，其是通過好望角銜接太平洋與大西洋的最經(jīng)典船型，運輸最多的散貨為鐵礦石、煤炭，其從最開始的載重10-12萬噸，逐漸發(fā)展到今日的17-20萬噸。

1.2 運輸船的發(fā)展趨勢

1.2.1 呈快速化發(fā)展趨勢

近年來石油價格非常不穩(wěn)定，時起時落，但通過查閱文獻資料可知，適當調(diào)整（提高）航速在一定程度上能夠確保運輸穩(wěn)定性與經(jīng)濟性，這也是為何近年來國際上知名的散貨船企業(yè)相繼提高了貨船服務航速。以好望角型貨船為案例，在2009年大部分好望角型貨船服務的航速為13.5-14節(jié)左右，而現(xiàn)在卻在14.5節(jié)之上，且有部分發(fā)展意識領(lǐng)先的企業(yè)，服務航速已在15節(jié)之上。針對此，在資金不充足的情況下有效提升服務航速與載重量成為了人們最急需解決的問題，而在處理這一問題時，人們將目光放在了從結(jié)構(gòu)設(shè)計中巧妙減輕船體重量和大方形系數(shù)線型化快速性等方面。

1.2.2 呈壽命延長發(fā)展趨勢

因受到二手船市場興起及經(jīng)濟性等因素影響，逐步延長散貨船的使用壽命成為了當前發(fā)展的新趨勢。

1.2.3 呈自動化增強發(fā)展趨勢

為減少船員定額，取得良好經(jīng)濟性，便需要在新技術(shù)的應用下增強散貨船自動化水平，諸如：提升航海設(shè)備要求、提升船舶設(shè)備的自動化程度等，如此還能進一步提升散貨船運營安全性。

1.2.4 呈大型化發(fā)展趨勢

時代發(fā)展，散貨船平均噸位呈逐年遞增趨勢，無論是何種類型的散貨船其載重量均有所提高，且整個的運輸能力也明顯增大，尤其是好望角型、靈便型等散貨船載重量增加趨勢最明顯。分析近兩年來散貨船的訂單發(fā)現(xiàn)，人們傾向于選擇噸位較大的散貨船，由此便可預知，未來人們將大力發(fā)展大噸位散貨船。

1.2.5 呈雙殼化發(fā)展趨勢

散貨船結(jié)構(gòu)形式在充分彰顯運營優(yōu)勢的同時，各種各樣的問題相繼暴露出來。因此，人們期盼著早日對散貨船現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)形式進行改進，使其更滿足當前行業(yè)發(fā)展需要。從現(xiàn)階段的發(fā)展來看，單殼體結(jié)構(gòu)將逐步朝著雙殼體結(jié)構(gòu)發(fā)展。同單殼體相比，雙殼體在原有基礎(chǔ)上又增加了一道防線，這也就意味著安全度更高；且采用的是新型鋼結(jié)構(gòu)，不僅倉壁剛度良好，有效降低貨艙進水與被破壞的概率；而且結(jié)構(gòu)設(shè)計更負荷人性化要求，除了艙底平整，易于打整外，日常維修保護也更加便捷。

1.2.6 呈環(huán)?；l(fā)展趨勢

“環(huán)?！笔钱斀駮r代最為人關(guān)注的話題，無論是哪一行哪一業(yè)都需要重視環(huán)保，這便意味著在散貨船未來發(fā)展中，將有一些新的關(guān)于環(huán)保的要求與法律規(guī)范出臺。

2 運輸船的設(shè)計

2.1 運輸船的技術(shù)問題

散貨船實際上指的是專門負責運送散裝水泥、谷物、化肥、煤和礦石等散裝類貨物的船舶。最為常見的有四種形式，即單槳、單夾板、尾機型船和單機。為保證有較高的裝卸速度，因而設(shè)計了大艙口；為確?？傮w強度較大，因而采取雙層底形式，另外還設(shè)有底邊艙與頂邊艙。加之不同航線所要求的貨艙剖面形式與船型有所不同，這便意味著在具體設(shè)計之時，務必考慮到這方面內(nèi)容。

具體說來，運輸船在具體設(shè)計環(huán)節(jié)所面臨的技術(shù)問題有如下幾方面：如何設(shè)計縱橫向構(gòu)件、怎樣設(shè)計底邊艙結(jié)構(gòu)、怎樣設(shè)計頂邊艙結(jié)構(gòu)、怎樣設(shè)計箱形中桁材和怎樣有效連接構(gòu)件等。這些均是在設(shè)計環(huán)節(jié)會涉及到的技術(shù)問題，而下文將針對這些問題探討其設(shè)計思路。

2.2 運輸船的設(shè)計思路

2.2.1 科學設(shè)計縱橫向構(gòu)件

構(gòu)件設(shè)計務必確保構(gòu)件間的連續(xù)性，防止高度或剖面突然發(fā)生變化。諸如：液艙內(nèi)構(gòu)件應構(gòu)成連續(xù)性支撐，盡量使其形成一個相對完整的環(huán)形框架。設(shè)計縱向構(gòu)件時，應保證其強度連續(xù)性，用于承受總船體梁強度的縱向構(gòu)件需要與船舶端部保持足夠距離。此外，雙舷側(cè)結(jié)構(gòu)需要在雙層殼體的作用下逐步加大舷側(cè)縱桁和肋骨強度。需注意的是，內(nèi)舷側(cè)的結(jié)構(gòu)中包含了桁材，因此需確保貨艙區(qū)連續(xù)性，并逐步向貨艙區(qū)域外延伸。

2.2.2 科學設(shè)計底邊艙結(jié)構(gòu)

眾所周知，舭部外板、斜頂板和旁桁材共同組成了散貨船底邊艙。其中，斜頂板與上傾式內(nèi)底邊板的作用相同，因而在設(shè)計環(huán)節(jié)的要求也和內(nèi)底邊板一樣。而底邊旁桁材往往會被做成水密形式，即當作雙層底內(nèi)水密隔板使用。一般而言，底邊艙斜頂板與雙層底內(nèi)底板間的連接形式有兩種，一種為圓弧形，一種為焊接性。當設(shè)計成圓弧形時，則需要控制好斜頂板、內(nèi)底板和旁桁材之間的距離，約為5-7cm左右；若設(shè)計成直接焊接的形式，除了要斜頂板和旁桁材對齊外，雙底層內(nèi)底板超出旁桁材的距離應控制在5cm左右，目的在于為焊接提供方便。若距離故常，底邊艙的橫向框架扇形補板便會受到影響，而不利于焊接與安裝。

此外，貨艙區(qū)底邊艙斜頂板在實際設(shè)計中應為縱骨架式，相應的舷側(cè)和底部也應當是縱骨架式。底邊艙內(nèi)底板和斜頂板間的傾斜角應控制在45-50°以內(nèi)。且在底邊艙肋板位置應當設(shè)置橫向強框架，用于支撐縱骨，且在橫向強框架之上還應設(shè)計一個大通道孔，并進一步加強開孔邊緣的應用扁鋼。

2.2.3 科學設(shè)計頂邊艙結(jié)構(gòu)

常見的散貨船頂邊艙實際上是由艙口縱桁、斜底板、甲板和一部分舷側(cè)的外板所構(gòu)成。在具體設(shè)計環(huán)節(jié)，頂邊艙內(nèi)采用最多的便是縱骨架式結(jié)構(gòu)，且在橫向位置還設(shè)有環(huán)形強框架，目的在于支撐縱骨。需注意的是，橫向強框架間距務必小于6個肋距，而框架腹板高度又需要在縱骨高度2倍以上，最終設(shè)計而成的底邊艙和整體結(jié)構(gòu)形式基本一致。

通過查閱資料文獻發(fā)現(xiàn)，開孔版同樣可以替代橫向框架，若把頂邊艙四周板統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計成縱骨形式，那么完成設(shè)計后，還需要在每一個角上安裝適宜肘板，目的在于加強節(jié)點位置的剛性。

2.2.4 科學設(shè)計箱形中桁材

結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)水平，原有散貨船雙層底的中線面涉及到的一般中桁材被箱形中桁材取代。作為新的一種中桁材，箱形中桁材主要包含了兩道平行式的底縱桁以及骨材、內(nèi)外底板。作為一個通向水密的內(nèi)部通道，其存在的主要目的是為了連接船艙前端壁和防撞艙壁。在具體設(shè)計環(huán)節(jié)，應集中布置管系，防止因管子從貨艙穿過，而影響到裝貨秩序。在船艙前端壁的位置應當安裝水密裝置，且開孔，為工作者例行檢查提供便捷。同時，箱形中桁材還應當設(shè)計專門通向甲板，為應急提供方便的應急出口；在船艙后面艙內(nèi)是不需要甚至禁止設(shè)計箱形中桁材的，這是因為在船艙雙層底與軸隧的上方已設(shè)置有相關(guān)管系。

2.2.5 科學連接相關(guān)構(gòu)件

結(jié)合已有經(jīng)驗，處在船體結(jié)構(gòu)高應力位置，連接構(gòu)件的點應力相對集中，進而便出現(xiàn)了船體結(jié)構(gòu)疲勞或損壞的問題?；诖耍谡皆O(shè)計船體結(jié)構(gòu)時，應當重視構(gòu)件連接位置的設(shè)計。首先要做的便是校核構(gòu)件的疲勞強度，視情況調(diào)整與優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，以此確保在交變載荷作用下船體結(jié)構(gòu)依然擁充足的疲勞壽命。

針對單殼體散貨船設(shè)計，船艙舷側(cè)大多選用的是橫骨架式，即在每一個肋位上均設(shè)計有主肋骨，上下兩端的應用肘板應當后頂邊艙、底邊艙連接起來。相關(guān)理論線也需要和艙內(nèi)相關(guān)構(gòu)件理論線對齊。且在肘板端部設(shè)計時，應將其設(shè)計成軟趾，目的在于減少結(jié)構(gòu)節(jié)點位置的疲勞積累損傷和應力集中問題等。一般來講，肘板和肋骨間的連接可選用對接形式，也可選用搭接形式，若采用的是搭接形式，則需要控制好搭接長度，即需要和肋骨高度1.25倍的位置等同。

針對主肋骨的面板同上下肘面板間的連接位置，應設(shè)計成圓弧形。在設(shè)計縱向強構(gòu)件的間斷距離時，還需有效進行過渡，即考慮到末尾端結(jié)構(gòu)、底邊艙和頂邊艙首端的連續(xù)性，并保證主要縱向構(gòu)件間的連續(xù)性，防止因高度或者剖面的突然變化，而出現(xiàn)構(gòu)件應力集中或者不連續(xù)等情況。

3 結(jié)語

綜上所述，社會進步，時代發(fā)展，散貨船的重要性逐漸凸顯出來，隨著人們對其的研究逐漸深入，存在于其中的問題慢慢顯露出來，為確保散貨船發(fā)展的持續(xù)與穩(wěn)定，便需要優(yōu)化其結(jié)構(gòu)設(shè)計。針對此，文章通過對其未來發(fā)展趨勢進行分析，再圍繞其在設(shè)計環(huán)節(jié)需要注意的一些技術(shù)問題，提出了一些設(shè)計方法。

參考文獻

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