海北線客滾船總體設計

金 萌 張成龍

（廣船國際技術中心）

0 前言

海北線客滾船是我司自主研發(fā)設計的一型國內客滾船。海北線項目是繼兩條海安線客滾船后，船東海南海峽航運股份有限公司在我司建造的第三條船，不同于以往的委外設計，本項目是第一次自主研發(fā)。下面對總體設計中遇到的一些問題作簡要闡述。

1 運營需求背景

船東公司海峽股份主要運營航線如下：

（1）海安航線——海南省?？谑信c廣東省徐聞縣海安鎮(zhèn)之間的客滾航線；

（2）北海航線——海南省海口市與廣西壯族自治區(qū)北海市之間的客滾航線；

（3）西沙航線——?？?、三亞與西沙北礁、永樂群島生態(tài)旅游航線；

（4）泉金航線——泉州至金門客運航線。

在以上航線中，在2013年時海安航線營業(yè)收入占主營業(yè)務收入的九成以上，是一條短途航線，運輸車輛和人員；而西沙航線為新開辟航線，是一條旅游觀光航線。

船東方在2011年底獲批開辟三亞、?？谥廖魃橙簫u北礁及永樂群島旅游航線，由海峽股份獨家經營，有載帶或拖帶游艇赴西沙旅游、海釣等特許經營權。隨著旅游形勢的變化，西沙交通、旅游、運輸、考察等綜合需求大幅增加，成為船東關注的重點。西沙航線經過考察之后于2013年4月正式開通，由“椰香公主”輪獨家執(zhí)航至2016年3月，之后由“北部灣之星”郵輪臨時接替。

船東擬將本項目運營于西沙航線，并要求保留適用于海安航線的功能配置。這意味著要實現(xiàn)對椰香公主號的“以新?lián)Q舊”升級，滿足旅游航線的娛樂游玩需求，并且兼顧海安航線作為短途客滾航線的使用需求。

2 總布置要點

本船為一艘國內遠海航行以載客、載運轎車、汽車和集裝箱拖車的客/車滾裝船。本船設計為鋼質船體、雙機、雙槳、雙流線型懸掛舵、前傾艏柱、方艉，設有艏側推、減搖鰭裝置的尾機型船舶。本船具有兩層車輛甲板，有豐滿的上層建筑并按Ⅰ級2類客船設計。

為了規(guī)避安全返港的適用范圍（適用于載重線船長120m或以上，或具有三個以上主豎區(qū)的客船，包括客滾船），本船僅設兩個主豎區(qū)，載重線船長小于120m，總布置示意見圖1。

2.1 主要參數(shù)

本船的主要參數(shù)見表1。

2.2 滾裝處所設置

西沙航線為國內遠海航行。在西沙航線旅游觀光，以鴨公島為例，面積小，海拔低，四周水深較淺，礁盤分布的范圍極大，大中型船只無法通過，進出只能通過漁船或者小艇。如長9～10m的小艇需要存放在船上，為了實現(xiàn)“大船套小船”，這就意味著船必須是滾裝船，有車輛艙。如果只需服務西沙航線，可考慮將3～5甲做成前部住艙、后部車輛甲板的設計，有利于降低重心。

而海安航線為國內短途航線，航程僅1.5h～2h。兼顧海安航線意味著主甲板需做成全通的車輛甲板，以適應頻繁的車輛進出。本項目實際設置艏跳板、艏內門、艉跳板、側跳板，為將卡車與小汽車分流、提高主甲板以下的空間利用率，在主甲板以下還設一層小車艙。小車通過2個活動跳板/水密蓋進入2甲的小汽車艙。水密坡道蓋收起后與主甲板平齊，提供更多空間以裝車。

主甲板的車輛艙為6車道設計，車道長540m。其中4車道寬3.0m，靠近中心線的兩車道寬3.1m。小車輛艙5車道，總的車道長約100m，每車道寬2.2m。主甲板車輛艙的凈高5.1m，小車輛艙的凈高2.2m，滿足目前標準小車、貨/集裝箱車的通行要求。

圖1 總布置圖

機艙棚如果僅從重心居中角度出發(fā)，偏好的布置是左右對稱；但往往要考慮到船寬與車道的設計以保證對車道長的要求。本船的機艙棚布置在中心線 C.L.以左，+3200mm～0mm。

2.3 住艙和公共處所設置

海安航線因航程短，旅客僅分級別設置坐席，不需考慮住艙。就我司之前為船東建造的兩艘海安航線客滾船而言，旅客甲板對娛樂休閑要求低，除坐席外僅設服務臺、超市、兒童游樂區(qū)、吸煙室、廁所等等。而西沙航線全程四天三夜，除開航、回航外停留在海上；旅客由?？诨蛉齺喅霭l(fā)，航行11h～13h后到達西沙群島，之后兩天圍繞西沙諸島組織活動旅游觀光或者在船上娛樂消遣，繼而返航。本船的住艙和公共處所布置圍繞著娛樂休閑要求更高的西沙航線進行。

表1 主要參數(shù)

上建的功能區(qū)劃分如下：乘客通過舷外登船梯上船到達5甲，在5甲設登乘大廳；5甲、6甲前主豎區(qū)作為乘客住艙，5甲、6甲后主豎區(qū)作為公共處所；7甲主要服務于船員的居住生活；7甲、8甲的露天區(qū)域則作為乘客的休閑觀光區(qū)。船東基本接受功能區(qū)域的劃分，登乘大廳和公共處所在設計過程中則經歷了較多的修改。

5甲、6甲前主豎區(qū)的乘客住艙布置6人間、4人間及VIP間，均配備獨立衛(wèi)生間和電視機。運營旅游觀光航線對服務人員需求較大，本船服務員的住所一處在5甲，布置成8～12人間，設在后主豎區(qū)；另一處在7甲，緊鄰船員住艙。服務員和船員居住區(qū)與旅客的活動區(qū)域分開，服務員和普通船員使用公共衛(wèi)生間和浴室。

登乘大廳從設計初的一百平方米左右擴大到一百四十平方米。完全處于登乘大廳內的梯道，最初設計為僅在5甲不設環(huán)圍，經船東反饋后改為5甲、6甲連續(xù)兩層甲板不設環(huán)圍，打造大氣通透的空間感。大廳內接待臺居中，靠舷邊設沙發(fā)區(qū)可休憩觀景。登乘大廳配1800mm×1000mm的大窗，公共處所也是如此，海景一覽無余。超市、廚房和寬闊的自助餐廳布置在5甲。舞廳、私人會所和集咖啡吧、棋牌室、閱讀角、陳列館功能于一體的多功能廳布置在6甲。設計初始影院布置在6甲艉，后改為露天影院并移到8甲后，不但挪出了空間，還有效地發(fā)揮了西沙航線特有的海上風情。6甲的多功能廳原設計為延續(xù)整個主豎區(qū)長度，后縮短為延續(xù)2/3主豎區(qū)長度，另1/3設置私人會所。7甲露天區(qū)域可設置燒烤吧或者供日光浴，8甲露天演藝區(qū)配備巨型液晶屏幕，可以作演出、露天影院、露天燈光秀，舉辦各種活動。本船配有兩臺電梯，運行3甲至8甲，為旅客帶來高端體驗，提供便捷通行。

本船配備的自助式餐廳、露天演藝臺、超市、棋牌間，在椰香公主上已有雛形，但現(xiàn)在更為舒適豪華。這是船東出于運營的連貫性考慮的要求。設在舷外的上部固定、下部可活動的登船梯，也是從椰香公主延續(xù)下來的。舞廳和私人會所則是首次設置，迎合本土化的旅客愛好。全船從艏至艉設LED燈帶，在夜色中勾勒出修長的船型輪廓。

3 撤離計算因素考慮

本船根據(jù)海事當局接受的MSC.Circular 1033進行撤離計算，評估脫險通道。本船有兩個主豎區(qū)，6甲板為登乘甲板。兩艘99人救生艇、6只100人救生筏和兩套撤離系統(tǒng)對稱地分布在6甲的中后部左右兩舷，每套垂直撤離系統(tǒng)在30分鐘內可撤離300人。6甲右舷的多功能廳和6甲左右兩側的登乘區(qū)域作為集合站。

需要計算因人員初始分布的不同分別有夜間撤離和日間撤離兩種情況。在夜間撤離時，假定乘客以最大床位數(shù)在住艙內，那么2/3的船員可撤離于住艙，1/3的船員撤離到服務處所。日間撤離時，假定乘客占據(jù)了公共處所所能容納人數(shù)的3/4，其他乘客位于住艙；假定1/3的船員位于公共處所，那么1/3的船員在服務處所，1/3的船員在船員起居處所。在計算撤離時間之前，設計出撤離布置圖，顯示人員日間和夜間分布的處所和人數(shù)，各區(qū)域的逃生走向和途經的走廊、門、梯道及其寬度，集合站和救生登乘站的位置和容量。

在設計人員日夜分布和主脫險通道走向之后，按國際消防安全系統(tǒng)規(guī)則(FSS Code)第13章對客船脫險通道的要求，核查梯道設計的寬度、梯道平臺的大小等等是否滿足要求。

按法規(guī)要求，一個主豎區(qū)的人員不必穿越另一個主豎區(qū)即可撤離；服務于2個相鄰主豎區(qū)的圍閉梯道在假定任一主豎區(qū)失火時僅為其中一個主豎區(qū)提供撤離服務。

作為客滾船，本船的撤離時間要求不超過60min：

A+T+2/3(E+L)≤60min

其中，覺察時間即人員反應時間，日間5min，夜間10min；徒步時間，人員從被通知地點移動至集合站然后移動至登乘站的時間；登乘時間；下水時間。按SOLASⅢ21.1.4的要求，E+L取30min，即救生艇筏應能在發(fā)出棄船信號后30min內載足額定乘員及屬具降落水面。

由以上可以看出，徒步時間是計算的主要內容，要求為日間T≤35min，夜間T≤30min。人群移動時間需考慮安全系數(shù)2和逆流系數(shù)0.3，計及系數(shù)后按通函計算的理論移動時間實際上是tr=T/2.3。tr是沿脫險通道至指定的集合站移動的總時間，可視為由流動時間tF和通過樓梯、甲板、移動至集合站的移動時間tstair+tdeck+tassembly組成。tF是一個最大值，是某一條撤離路線中，人們自開始撤離的甲板到集合站，經過各個梯道、走廊的流動時間中的最大值。而tstair+tdeck+tassembl是累加值，經行連續(xù)路徑的移動時間。

撤離計算直接影響到上建的艙室、通道的布置，決定了船上最大核準承載的人數(shù)。本船為了使撤離時間達標，增大了部分梯道面積。撤離計算需要及時展開，否則有減少定員以減少人員的初始分布的風險，有損船東利益。

4 穩(wěn)性計算因素考慮

因為空蕩蕩的車輛艙和居高不下的上建，客滾船注定會有較高的重心。而出于航速要求，水線以下線型消瘦，再加上較淺的吃水，也意味著水線以上受風面積大，總的來說不利于穩(wěn)性，前期在完整穩(wěn)性和破艙穩(wěn)性計算中必須留出一定的裕度，并在設計和生產過程中嚴格控制重量重心。

4.1 完整穩(wěn)性

為了保證穩(wěn)性，本船的滾裝處所做成閉式，車輛艙提供儲備浮力，3甲至5甲之間的艏門、艉門和舷門在關閉時均為水密。5甲板是計算穩(wěn)性時的水密船殼延伸的最高處。此外，盡量抬高非保護開口的位置，非保護開口的進水點對應艏艉風機室的百葉窗，位于5甲以上。

本船的穩(wěn)性按照國內遠海航區(qū)的客滾船要求進行，按《國內航行海船法定檢驗技術規(guī)則》穩(wěn)性指標跳級指向國際，完整穩(wěn)性滿足2008 IS Code要求。就本項目而言，船級社審圖師發(fā)現(xiàn)國內法規(guī)的衡準要求比2008 IS Code更為嚴格。經與船級社審圖師多次溝通，在計算證明滿足國際2008 IS Code之后，本船的完工完整穩(wěn)性采用國內法規(guī)完整穩(wěn)性衡準。

各工況必須滿足所適用的完整穩(wěn)性衡準，為保證足夠的復原力臂值和初穩(wěn)性高度，注意到壓載水艙、淡水艙和油艙等的自由液面的影響需要最小化，注意到調撥壓載水和淡水時自由液面的增加。

舭龍骨的有效面積考慮盡可能增大，以減小橫搖角，提高穩(wěn)性衡準數(shù)。

航行工況時船舶的縱傾應控制在0.5%Ls以內。Ls為分艙長度，本項目Ls=128.95m，即艉傾應控制在0.645m以內。一方面，避免大的艉傾有利于航行的安全性和旅客的舒適性；另一方面，這與破損穩(wěn)性息息相關。概率破損的初始工況并不直接使用完整穩(wěn)性中的航行工況，相應僅以最深分艙吃水、部分分艙吃水、輕載航行吃水組合縱傾和經自由液面修正的重心高或者初穩(wěn)性高而成的三個初始工況涵蓋典型裝載工況范圍。超出0.5%Ls的縱傾會增加破損穩(wěn)性計算量并且拉低破損穩(wěn)性指標。

4.2 破損穩(wěn)性

因穩(wěn)性指標跳級指向國際標準，本船的破損穩(wěn)性按SOLAS要求，計算概率破損。概率破損要求艏部破損、舷側破損、底部破損的生存概率Si達標，同時多區(qū)域破損要求的分艙指數(shù)A＞達到的分艙指數(shù)R。在計算分艙指數(shù)之前，將分艙長度劃分成固定數(shù)量的離散的破損區(qū)域Zone。Zone的劃分和內殼的位置在前期設計階段即確立，分艙確定后則艙容與之同步。值得注意的是，一旦線型變化，分艙長度隨之改變，影響到Zone的長度選取，整個艙壁甲板以下的分艙都會跟著變動。本船內殼保留B/5設置。分艙指數(shù)R按如下公式計算：

其中：

N——N1+2*N2；

N1——救生艇可供使用的人數(shù)，N1=198；

N2——船舶在N1以外允許載運的人數(shù)（包括高級船員和普通船員），N2=339；

Ls——分艙長度，128.95m。

破損區(qū)域Zone的劃分決定了具體的破損從而對破損穩(wěn)性分析具有重要的影響。達到的分艙指數(shù)A的累加反映了破損區(qū)域內所有水密艙壁和進水邊界的影響。Zone的劃分不強求統(tǒng)一，比如本船的減搖鰭艙、污水處理裝置艙的艙長更多是取決于設備選型尺寸的要求。破損區(qū)域的邊界不一定要與實體水密邊界重合，在縱向、橫向延伸有限的水密艙壁也可計入計算。以左舷計算為例的破損區(qū)域劃分如圖2所示，縱向的分區(qū)疊加在側視圖和3甲俯視圖上。

多區(qū)破損計算是一種排列組合的破損情形，在這樣的計算里，水密船體被視為由縱向的區(qū)域Zone、橫向水密邊界、垂線水密邊界分割，計算時羅列破損的區(qū)域（單區(qū)、相鄰兩區(qū)、相鄰三區(qū)……）、橫向穿透的邊界（船舶外殼、內殼等）、垂向穿透的邊界（船底、3甲板、5甲板等等）的組合作為破損案例，得到成百上千種情形。合理的劃分方法有助于得到較好的結果即較大的R指數(shù)。有必要時也可計入一些延伸有限的進水邊界，寄希望于這些較小的貢獻可以累積。

圖2 以左舷計算為例的破損區(qū)域劃分

一般而言單區(qū)和兩區(qū)破損對分艙指數(shù)貢獻最大，之后貢獻遞減。本船為例，計算到三區(qū)破損時：

達到的分艙指數(shù)＞要求的分艙指數(shù)

即 R=0.797＞A=0.7

其中：單區(qū)破損貢獻0.337，二區(qū)破損0.331，三區(qū)破損0.130。五區(qū)破損的貢獻在小數(shù)點后第三位，為此去增加計算量意義已經不大。

合理分艙能得到較好的分艙指數(shù)，相當于留出更多穩(wěn)性裕度，即重量重心裕度。本船靠艉原本考慮設一對壓載艙，為了穩(wěn)性裕度拆成2對，主要作用即是提高分艙指數(shù)，同時也減小了裝載時的自由液面。有一個船舯部分的U型艙，左右兩側劃出一塊空間做成通海艙，通海部分設格柵。這樣做犧牲了一定的排水體積，但在載重噸有裕度的前提下，也不失為一個有效的辦法。

圖3 U型艙示意圖

4.3 橫貫進水

值得一提的是，對于U型艙，其中間低兩邊高、中間體積小兩邊體積大，破損時一側的水需要通過中間窄小的開孔或通道流向另一舷，在此過程中有可能產生較大橫傾。

按IMO決議Resolution MSC.362(92)計算橫貫進水時間，超過60s則認為非瞬時平衡，需要計算中間進水狀態(tài)。橫貫進水的計算應盡量在早期進行，雙層底內各縱桁減輕孔的數(shù)量和面積需要與結構協(xié)調。對于如何進行橫貫進水計算，不同的船級社對規(guī)范的解讀盡管原則相近，細節(jié)上則不盡相同，有必要在設計前期做好和船級社的溝通。

本船有數(shù)個U型艙（如圖3所示）。為了使橫貫進水計算中間狀態(tài)能滿足規(guī)范要求，或者設法使橫貫時間＜60s以避開中間狀態(tài)計算，最終采用如下措施：

（1）加設橫貫進水裝置。采用圓管或者設結構貫通都是有效的，管或貫通盡量不設彎頭和閥件，結構貫通的內部開孔應盡可能的大。無論設橫貫管或者結構，位置應盡量低，因為z坐標對結果有影響。本船為3對艙在1甲板面以上設了開孔面積超過1m2的結構貫通。曾嘗試使用小管徑的空氣管多根，但計算反映出的效果不好，而且多處搭管會阻擋設備的布置，最終沒有采用。

（2）減少U型艙兩邊體積。這樣做能減少破損時的進水量。本船為一個位于機艙區(qū)的U型艙，在左右兩側的油柜頂上各隔出了一個小的空艙。另外

5 結束語

這是公司首次自主設計的一型國內客滾船。近年來審圖對客船把關嚴格，撤離、穩(wěn)性、防火等與安全性有關的布置計算需要盡早和船級社深入溝通，減小后期的技術風險。

客滾船穩(wěn)性的裕度與重量的控制，對設計和建造也提出了不小的要求，需要重點關注。特別是上建層數(shù)多、住艙多、公共處所設計復雜的船，重量重心較難估準，控制難度也較大，對載重噸指標、穩(wěn)性裕度都有影響。前期在穩(wěn)性計算中必須留出一定的重心高裕度，預留至少0.2m的重心高裕度是有必要的；在設計過程中有的放矢地應用輕量化設計，加以控制；即使生產設計統(tǒng)計出的重量重心較為安全也不能掉以輕心，在建造過程中時刻注意，否則最后挽救的空間極小。本船在設計初期合理分艙，得到了0.4m的重心高裕度，在設計和建造過程中注意重量控制，傾斜試驗之后得到的實船重量重心仍然滿足穩(wěn)性要求。