130m全平甲板大件貨物甲板運(yùn)輸船開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

董恩春

（新世紀(jì)船舶設(shè)計(jì)研發(fā)（上海）有限公司，上海 201203）

0 引 言

隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)設(shè)備呈大型化、重型化趨勢(shì)。大件貨物增多，相應(yīng)的運(yùn)輸要求越來(lái)越苛刻，在部分大件貨物的質(zhì)量和體積不滿足常規(guī)道路、橋梁和涵洞等設(shè)施的限載或通行標(biāo)準(zhǔn)的情況下，這些貨物的運(yùn)輸就不得不借助海運(yùn)。

大件貨物主要指超重和超限的大型機(jī)械設(shè)備，如發(fā)電廠的變壓器、化工廠的反應(yīng)器和海洋石油平臺(tái)維修件等。對(duì)于重達(dá)千噸、尺度上百米的大件貨物而言，確保將其安全、迅速地運(yùn)抵目的地，不僅對(duì)整個(gè)世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重大推動(dòng)作用，而且對(duì)確保大型工程項(xiàng)目和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正常開(kāi)展具有重大意義。針對(duì)大件貨物運(yùn)輸和港口的特點(diǎn)，船東BOXCO提出很多限制條件，如型寬小于等于25m、吃水小于等于5.2m、上甲板距基線高度小于等于7.8m且不能有任何凸起、全平甲板的長(zhǎng)度大于等于105m、總長(zhǎng)小于等于130m、載重量大于等于10000t和能從船舶的兩舷及艉部裝卸貨物等。對(duì)此，根據(jù)最新的國(guó)際公約及船東的特別需求，為船東設(shè)計(jì)130m全平甲板大件貨物甲板運(yùn)輸船。

1 船舶概述

該船為雙機(jī)、雙槳推進(jìn)，適于在無(wú)限航區(qū)航行的全平甲板大件貨物甲板運(yùn)輸船。該船的線型為傾斜艏柱帶球鼻和方艉，全船設(shè)有全平連續(xù)甲板，上甲板以上的艏部設(shè)有艏樓和甲板室，中部設(shè)有全平甲板，艉部設(shè)有全平甲板和凹陷的干舷甲板。上甲板以下的艏部設(shè)有側(cè)推器，以改善船舶的操縱性能；船體中部設(shè)有5對(duì)底壓載艙（左、右）、5對(duì)舷側(cè)壓載艙（左、右）及連接生活區(qū)域和機(jī)艙的逃生通道，逃生通道頂部設(shè)有機(jī)艙通風(fēng)結(jié)構(gòu)風(fēng)管及空艙/壓載水處理裝置間；機(jī)艙和舵機(jī)艙設(shè)在艉部（見(jiàn)圖1）。

圖1 船舶總布置

2 船型特點(diǎn)及船舶主要參數(shù)

2.1 船型特點(diǎn)

該船航行于無(wú)限航區(qū)，入印度船級(jí)社（Indian Register of Shipping，IRS），船旗國(guó)為印度，參照IRS頒布的現(xiàn)行規(guī)范[2]進(jìn)行設(shè)計(jì)，滿足國(guó)際海事組織（International Maritime Organization，IMO）在簽合同時(shí)生效的一切公約及國(guó)際噪聲和振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)滿足巴拿馬運(yùn)河和蘇伊士運(yùn)河現(xiàn)行規(guī)則等。

該船需滿足能從兩舷及艉部裝卸貨物和甲板裝貨區(qū)域全部裝滿貨物的需要，由此延伸出該船的甲板上不得設(shè)置固定欄桿、系泊設(shè)備、煙囪、通風(fēng)和透氣等一切凸起物。船舶在海上航行期間，甲板面在大部分裝載工況下不允許人員通行。

2.2 船舶主要參數(shù)

根據(jù)船東對(duì)船舶主尺度的限制及該船的船型特點(diǎn)，選取表1所示的船舶主要參數(shù)，并選取B-60類(lèi)型干舷。

表1 船舶主要參數(shù)

表1中的參數(shù)選取滿足船東對(duì)該船運(yùn)營(yíng)參數(shù)的要求，為船東提供經(jīng)濟(jì)、適用的船型。

3 設(shè)計(jì)難點(diǎn)及其解決方法

由于該船的生活區(qū)遠(yuǎn)離機(jī)艙，噪聲和振動(dòng)可滿足國(guó)際噪聲和振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)須重點(diǎn)關(guān)注。但是，由于該船需滿足能從兩舷及艉部裝卸貨物和甲板裝貨區(qū)域全部裝滿貨物的需要，上甲板設(shè)計(jì)、干舷、機(jī)艙通風(fēng)和機(jī)艙逃生、壓載艙及其空氣管的布置和完整穩(wěn)性及破艙穩(wěn)性成為該船的設(shè)計(jì)難點(diǎn)和影響該船順利交付使用的重要因素。

3.1 上甲板設(shè)計(jì)

若按照一般的處理方式設(shè)置上甲板，則系泊、風(fēng)雨密艙口蓋和欄桿等必然高于甲板，該船將無(wú)法滿足從兩舷及艉部裝卸貨物的要求。對(duì)此，在需設(shè)置系泊設(shè)備的位置處設(shè)置凹陷的上甲板以避免系泊設(shè)備和風(fēng)雨密艙口蓋等高出上甲板，但該處的最低位置需高于干舷甲板以滿足載重線公約的要求。

若設(shè)置普通的固定欄桿，該船不能滿足從兩舷及艉部裝卸貨物的要求。對(duì)此，設(shè)計(jì)為可倒欄桿，欄桿固定裝置的頂端不高于舷頂列板的頂端。如圖1所示，按照系泊布置圖對(duì)該船兩舷處的上甲板進(jìn)行適當(dāng)?shù)南掳继幚怼?/p>

3.2 干舷

該船的型深與設(shè)計(jì)吃水的差值為1100mm，而根據(jù)國(guó)際載重線公約[3]規(guī)定，該船的B-60表列干舷達(dá)到1637mm，因此是否滿足國(guó)際載重線公約成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)。該船采用B-60表列干舷并將高于型深的上層建筑計(jì)入干舷修正的方法順利解決該問(wèn)題，具體計(jì)算過(guò)程如下：

1) B-60表列干舷

2) 船長(zhǎng)修正

3) 方形系數(shù)修正

4) 型深修正

5) 上層建筑和凸型甲板修正

6) 舷弧修正

7) 需滿足的最小干舷應(yīng)為

式(1)～式(9)中：D為干舷型深；L為上層建筑有效長(zhǎng)度，t為甲板邊板厚度。

3.3 機(jī)艙通風(fēng)、機(jī)艙逃生及主輔機(jī)排氣

根據(jù)《國(guó)際海上人命安全公約》（International Convention for the Safety of Life at Sea，SOLAS）的規(guī)定，該船機(jī)艙最少應(yīng)設(shè)2條盡量遠(yuǎn)離的逃生通道和1條垂直逃生通道，這些逃生通道應(yīng)能通往安全處所或露天甲板。該船設(shè)置2條通往干舷甲板的垂直逃生通道和2條通往艏部生活區(qū)域的普通逃生通道。

由于該船要滿足從兩舷及艉部裝卸貨物的要求，艉部機(jī)艙不能設(shè)煙囪，根據(jù)載重線公約的要求，機(jī)艙通風(fēng)的高度≥4.5m，按常規(guī)設(shè)計(jì)已無(wú)法滿足要求，該船采用在連接生活區(qū)域和機(jī)艙的逃生通道頂部設(shè)置結(jié)構(gòu)風(fēng)管的方式解決機(jī)艙通風(fēng)問(wèn)題；采用將主機(jī)、輔機(jī)的排氣管引到兩舷并向兩舷排出的方式解決主機(jī)、輔機(jī)排氣問(wèn)題。根據(jù)船舶運(yùn)營(yíng)之后船東的反饋，這些解決方案的實(shí)際應(yīng)用效果良好。詳細(xì)布置見(jiàn)圖2。

3.4 壓載艙及其空氣管布置

為避免船舶在裝卸貨期間和在海上航行期間出現(xiàn)傾覆危險(xiǎn)并使運(yùn)營(yíng)方能對(duì)該船進(jìn)行更加靈活的配載，在設(shè)計(jì)階段對(duì)該船的壓載艙及其空氣管進(jìn)行特殊布置。

在該船雙層底設(shè)置底壓載艙以增加貨物重心的垂向范圍和縱向范圍，進(jìn)而增加貨物裝載的靈活性。底壓載艙的空氣管設(shè)置在連接生活區(qū)域和機(jī)艙的逃生通道及中部空艙的頂部，在艏部向上穿過(guò)上甲板并滿足載重線對(duì)空氣管頭距甲板高度的要求。

圖2 機(jī)艙通風(fēng)、逃生和壓載艙及其空氣管布置

在該船的兩舷設(shè)置舷側(cè)壓載艙以平衡裝卸大件貨物時(shí)的穩(wěn)性，為滿足破艙穩(wěn)性的要求，舷側(cè)壓載艙的設(shè)計(jì)寬度＞5.0m。舷側(cè)壓載艙的空氣管設(shè)置在連接生活區(qū)和機(jī)艙的逃生通道及中部空艙的頂部，在艏部向上穿過(guò)上甲板并滿足載重線對(duì)空氣管頭距甲板的高度要求。

3.5 完整穩(wěn)性和破艙穩(wěn)性

根據(jù)IRS規(guī)范及穩(wěn)性公約[4]規(guī)定，適用于該船的完整穩(wěn)性衡準(zhǔn)為：

1) 當(dāng)最大復(fù)原力臂（GZ）對(duì)應(yīng)角=15°時(shí)，至15°角的復(fù)原力臂曲線下的面積（AREA（0～15））應(yīng)≥0.07m·rad；當(dāng)最大復(fù)原力臂（GZ）對(duì)應(yīng)角≥30°時(shí)，至30°角的復(fù)原力臂曲線下的面積（AREA（15～30））應(yīng)≥0.055m·rad；當(dāng)最大復(fù)原力臂（GZ）對(duì)應(yīng)角在15°～30°時(shí)，復(fù)原力臂曲線下的面積（AREA（15～30））應(yīng)是

式(10)中：θmax為復(fù)原力臂曲線達(dá)到其最大值的橫傾角，即最大復(fù)原力臂對(duì)應(yīng)角，(°)；由于該船在所有典型工況下的最大復(fù)原力臂對(duì)應(yīng)角均＞30°，因此至30°角的復(fù)原力臂曲線下的面積（AREA（15～30））應(yīng)≥0.055m·rad。

2) 當(dāng)橫傾角在30°～40°或30°～θf(wàn)（θf(wàn)＜40°）時(shí)，復(fù)原力臂曲線下的面積（AREAGZ）應(yīng)≥0.03m·rad，其中θf(wàn)為進(jìn)水點(diǎn)的進(jìn)水角。

3) 在橫傾角≥30°時(shí)，復(fù)原力臂（GZ）最小應(yīng)為0.2m。

4) 最大復(fù)原力臂對(duì)應(yīng)角（Anglemax）應(yīng)≥15°。

5) 初穩(wěn)性高度（GM0）應(yīng)≥0.15m。

6) 氣象衡準(zhǔn)數(shù)（b/a）應(yīng)≥1.0。

該船的完整穩(wěn)性滿足以上衡準(zhǔn)，見(jiàn)表2。

表2 完整穩(wěn)性衡準(zhǔn)

該船設(shè)有2道縱艙壁和8道橫艙壁并設(shè)置雙層底。根據(jù)IRS規(guī)范和載重線公約規(guī)定并經(jīng)驗(yàn)算，該船的破艙穩(wěn)性滿足SOLAS對(duì)甲板貨船的要求和載重線公約對(duì)減少干舷船舶[5]的要求（見(jiàn)表3）。

1) SOLAS對(duì)破艙穩(wěn)性的要求為：第6條和第7條規(guī)定分艙長(zhǎng)度(Ls) ＞100m的貨船達(dá)到分艙指數(shù)≥R=1- 1 28/(Ls+ 1 52)，在最小吃水、部分吃水和分艙吃水狀態(tài)下分別達(dá)到的分艙指數(shù)≥0.5R；第9條規(guī)定在所有雙層底破艙工況下，殘存概率(Si)≥1.0。

2) 載重線公約對(duì)破艙穩(wěn)性的要求為：除與破損艙室連接的進(jìn)水點(diǎn)以外，均不得導(dǎo)致更危險(xiǎn)的進(jìn)水情況出現(xiàn)(WETD≥0m)；在浸水狀態(tài)下的初穩(wěn)性高度應(yīng)為正值(GMD≥0m)；復(fù)原力臂曲線超過(guò)平衡位置的最小穩(wěn)距有20o(GZD≥20°)，且在該穩(wěn)距內(nèi)的最大復(fù)原力臂(GZD)≥0.1m，在該穩(wěn)距內(nèi)的復(fù)原力臂曲線下的面積(AREAGZD)≥0.0175m·rad，則剩余穩(wěn)性可認(rèn)為是足夠的（見(jiàn)表3）。

表3 破艙穩(wěn)性衡準(zhǔn)

4 結(jié) 語(yǔ)

本文結(jié)合當(dāng)前通用的規(guī)范規(guī)則的相關(guān)規(guī)定和普通甲板貨船及大型滾裝船的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)船東提出的特殊要求，闡述130m全平甲板大件貨物甲板運(yùn)輸船開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的重點(diǎn)和難點(diǎn)以及解決方法。經(jīng)IRS審核和檢驗(yàn)，這些設(shè)計(jì)均滿足國(guó)際航行海船規(guī)范和規(guī)則的要求，船舶已順利交付和運(yùn)營(yíng)。經(jīng)技術(shù)追蹤，該船運(yùn)營(yíng)良好，獲得船東和船檢部門(mén)的一致認(rèn)可。經(jīng)后期問(wèn)題分析，管弄設(shè)計(jì)和艏部生活區(qū)域逃生通道可做進(jìn)一步優(yōu)化。通過(guò)分析該特殊設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題和解決方法，可為類(lèi)似船舶的設(shè)計(jì)、優(yōu)化和建造提供參考。