海上可移動養(yǎng)殖工船設(shè)計(jì)要求淺析

中國船級社 潘 瀅 陳 新 田 其

海上可移動養(yǎng)殖工船作為全新的養(yǎng)殖載體，能夠?qū)崿F(xiàn)自由游弋養(yǎng)殖，適應(yīng)南北接力養(yǎng)殖的需要，將船舶海洋工程裝備與工業(yè)化養(yǎng)殖相融合，實(shí)現(xiàn)海洋養(yǎng)殖業(yè)綠色、持續(xù)、高質(zhì)量發(fā)展。開發(fā)或改造適宜的海上可移動養(yǎng)殖工船，以全面適應(yīng)我國養(yǎng)殖生產(chǎn)的需求已經(jīng)迫在眉睫。中國船級社針對海上可移動養(yǎng)殖工船推出適用指南，本文對CCS海上可移動養(yǎng)殖工船相關(guān)規(guī)范指南應(yīng)用進(jìn)行淺析。

● 船型

本類船型主要用于國內(nèi)某海域（沿海、近海、遠(yuǎn)海）開展魚類船上養(yǎng)殖及加工，可在設(shè)計(jì)海域自由游弋航行（躲避臺風(fēng)、選擇適宜養(yǎng)殖海域等），并在預(yù)定海域開展定點(diǎn)養(yǎng)殖及加工作業(yè)。根據(jù)設(shè)計(jì)功能，選擇適合的主尺度及養(yǎng)殖水體（載重噸從小到大可達(dá)10萬噸級），自持力一般至少30天，有的設(shè)計(jì)可達(dá)3個(gè)月，一般而言，船型越大，規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益越顯著。該船型一般具有魚類養(yǎng)殖、魚苗培育、餌料加工、餌料儲存、鮮魚冷藏、活魚運(yùn)輸及餌料投送功能，通常配備低速主柴油機(jī)或采用電力推進(jìn)方式，配備應(yīng)急/養(yǎng)殖發(fā)電機(jī)，設(shè)置用于養(yǎng)殖作業(yè)定位的錨泊系統(tǒng)、起重機(jī)和貨物轉(zhuǎn)駁設(shè)施、養(yǎng)殖水循環(huán)交換系統(tǒng)或具備自然交換功能、養(yǎng)殖供氧系統(tǒng)或設(shè)施、養(yǎng)殖控制系統(tǒng)、成品魚儲藏庫等養(yǎng)殖加工設(shè)備系統(tǒng)。

CCS《海上漁業(yè)養(yǎng)殖設(shè)施檢驗(yàn)指南》對可移動養(yǎng)殖工船定義為具有船形、排水型結(jié)構(gòu)的，具備自航能力的，在漂浮狀態(tài)下采用定位系統(tǒng)，可抵御一定海況，在設(shè)定作業(yè)水深下能夠進(jìn)行漁業(yè)養(yǎng)殖的設(shè)施?？梢苿羽B(yǎng)殖工船對應(yīng)主要狀態(tài)：航行狀態(tài)（含遷航）、養(yǎng)殖狀態(tài)（錨泊）?？梢苿羽B(yǎng)殖工船具有單層連續(xù)甲板或多層甲板、雙層底、單殼或雙殼、機(jī)艙位于尾部、起居處所和駕駛室也布置在尾部，設(shè)置水密或通海養(yǎng)殖艙，目前可移動養(yǎng)殖工船主要有兩種形式：具有通海養(yǎng)殖艙的養(yǎng)殖工船和具有封閉養(yǎng)殖艙的養(yǎng)殖工船。具有通海養(yǎng)殖艙系指設(shè)置通海養(yǎng)殖艙即一個(gè)或多個(gè)養(yǎng)殖艙與海水連通，參見圖1；具有封閉養(yǎng)殖艙系指設(shè)置水密養(yǎng)殖艙即所有養(yǎng)殖艙與海水不連通，參見圖2。

圖1

圖2

● 總布置

1、分艙布置

新建可移動封閉養(yǎng)殖工船不同于傳統(tǒng)貨船，其以養(yǎng)殖為目的兼有繁育、加工、運(yùn)輸?shù)雀郊庸δ?，所以其布置基于前述目?biāo)，除遵循CCS《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》（鋼規(guī)）的基本的要求（水密艙壁布置、防撞艙壁布置、尾尖艙及機(jī)器處所的艙壁布置、水密艙壁和內(nèi)部甲板上的開口、圍壁通道的布置和水密性、開口及關(guān)閉裝置、雙層底布置、隔離空艙布置、首部干舷甲板及防撞艙壁布置、燃油艙布置等）外，還應(yīng)盡量滿足功能需求如：養(yǎng)殖艙應(yīng)設(shè)計(jì)為能夠?qū)崿F(xiàn)易排污物、提供魚類生活的適宜流態(tài)環(huán)境，控制晃蕩影響，減少振動噪音等。養(yǎng)殖艙不宜過大，艙長和艙寬之比可定在1：1或經(jīng)過流體勢流分析計(jì)算確定。養(yǎng)殖艙艙壁保證光滑，艙壁一般設(shè)計(jì)為雙層艙壁或其他形式。養(yǎng)殖艙艙壁底部采用斜凳板，內(nèi)底板由四周向艙中央排水區(qū)域采用斜折形式，形成類似淺漏斗的形狀。

若采用干貨船（如散貨船、雜貨船等）改造養(yǎng)殖工船還應(yīng)特別注意晃蕩影響，分艙布置盡可能避免晃蕩載荷對船體結(jié)構(gòu)及魚類的影響。

2、其他布置

新建封閉養(yǎng)殖工船一般為封閉甲板，但養(yǎng)殖艙均應(yīng)設(shè)置適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)殖艙口。正常養(yǎng)殖工況時(shí)，養(yǎng)殖艙口還有投入陽光、投飼飼料和起收魚功能，當(dāng)海況環(huán)境不理想時(shí)，該艙口蓋可以關(guān)閉，以保證養(yǎng)殖工船安全并避免外界條件對魚類的不利影響。

養(yǎng)殖工船若設(shè)置魚類加工區(qū)，則該區(qū)應(yīng)與起重機(jī)協(xié)調(diào)考慮。甲板起重機(jī)的作業(yè)區(qū)域應(yīng)能覆蓋到養(yǎng)殖艙上方的主要作業(yè)區(qū)域，用于魚類、飼料、需維修/更換的設(shè)備等的起吊。轉(zhuǎn)運(yùn)吊機(jī)用于養(yǎng)殖工船與漁船或供應(yīng)船之間的魚類、飼料、補(bǔ)給物資等轉(zhuǎn)運(yùn)。

艙室、消防、防污染、救生、信號等布置滿足掛旗國主管機(jī)關(guān)有關(guān)要求。

● 穩(wěn)性

1、航行工況

船在預(yù)定航區(qū)內(nèi)航行（含遷航）不受限制，自由航行時(shí)，應(yīng)滿足“鋼規(guī)”第2篇相關(guān)要求，有限航區(qū)船舶適用于“鋼規(guī)”第10篇的相關(guān)規(guī)定，養(yǎng)殖艙如設(shè)置舷側(cè)通海孔，不計(jì)入浮力。對于非國際航行的養(yǎng)殖工船而言，完整穩(wěn)性及破艙穩(wěn)性還應(yīng)滿足主管機(jī)關(guān)要求。

2、養(yǎng)殖工況

船在漂浮狀態(tài)下較長時(shí)間養(yǎng)殖作業(yè)，定位養(yǎng)殖時(shí)，在漂浮狀態(tài)下的完整穩(wěn)性應(yīng)滿足《海上移動平臺入級規(guī)范》（移規(guī)）第3篇對水面式平臺的相關(guān)規(guī)定，在漂浮狀態(tài)下的破損穩(wěn)性應(yīng)滿足“移規(guī)”第3篇對水面式平臺的相關(guān)規(guī)定，養(yǎng)殖艙如設(shè)置舷側(cè)通海孔，不計(jì)入浮力。

養(yǎng)殖工況完整穩(wěn)性衡準(zhǔn)如下：

(1)如圖3，至第2交點(diǎn)或進(jìn)水角處的復(fù)原力矩曲線下的面積中的較小者，至少應(yīng)比至同一限定角處風(fēng)傾力矩曲線下面積大40%；

(2)復(fù)原力矩曲線從正浮至第2交點(diǎn)的所有角度范圍內(nèi)，均應(yīng)為正值。且在所有漂浮作業(yè)工況的整個(gè)吃水范圍內(nèi)，經(jīng)自由液面修正后的初穩(wěn)性高度應(yīng)不小于0.15m。

養(yǎng)殖工況破損穩(wěn)性衡準(zhǔn)如下：

應(yīng)具有足夠的干舷、儲備浮力和穩(wěn)性，以便在任何作業(yè)工況下，任何艙室受到破損范圍規(guī)定的破損，并在來自任何方向，風(fēng)速為25.8 m/s（50kn）的風(fēng)傾力矩作用下，計(jì)及下沉、縱傾和橫傾的聯(lián)合影響后，破損水線應(yīng)低于可能導(dǎo)致發(fā)生繼續(xù)進(jìn)水的任何開口的下緣。

● 結(jié)構(gòu)

1、通海養(yǎng)殖艙附加標(biāo)志

圖3 典型完整狀態(tài)靜水力曲線圖

具備通海養(yǎng)殖艙的可移動養(yǎng)殖工船突破常規(guī)，為區(qū)分于封閉養(yǎng)殖工船，對其安全進(jìn)行特別評估并授予“通海養(yǎng)殖艙”附加標(biāo)志“Free-flooding Fishery Holds Nos(X1，X2，……)”，其適用于一個(gè)或多個(gè)養(yǎng)殖艙通過舷側(cè)開孔的形式與外海相通，并在括號內(nèi)標(biāo)明具體的通海養(yǎng)殖艙。該附加標(biāo)志僅適用于有通海養(yǎng)殖艙的可移動養(yǎng)殖工船。

2、結(jié)構(gòu)尺寸

（1）結(jié)構(gòu)尺寸依據(jù)指南引用的“鋼規(guī)”第2篇適用要求，建議考慮養(yǎng)殖水體腐蝕環(huán)境影響，來初步確定，如必要，主要支撐構(gòu)件可根據(jù)直接計(jì)算結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。

（2）有限航區(qū)航行的船舶可以根據(jù)“鋼規(guī)”第10篇相關(guān)規(guī)定進(jìn)行折減。

（3）通海養(yǎng)殖工船的船體內(nèi)部僅一側(cè)與外海鄰接的水密邊界艙壁應(yīng)滿足對深艙的要求，根據(jù)通海養(yǎng)殖艙的海水載荷特點(diǎn)，可以要求增加其構(gòu)件尺寸。如果通海養(yǎng)殖工船的養(yǎng)殖工況比航行工況吃水大，水密邊界外板應(yīng)滿足“鋼規(guī)”對外板的要求；兩邊始終承受相等壓力的養(yǎng)殖艙橫艙壁，其結(jié)構(gòu)尺寸可按對水密艙壁的要求評估；如必要，可根據(jù)直接計(jì)算結(jié)果和實(shí)際環(huán)境條件對構(gòu)件尺寸進(jìn)行調(diào)整。

（4）總縱強(qiáng)度根據(jù)“鋼規(guī)”相關(guān)規(guī)定進(jìn)行評估，考慮各工況最危險(xiǎn)載荷，波浪載荷可以通過直接預(yù)報(bào)或模型試驗(yàn)獲得。

3、直接計(jì)算

圖4

應(yīng)對該船型進(jìn)行直接計(jì)算評估，直接計(jì)算考慮航行工況（含遷航）和養(yǎng)殖工況。航行工況的直接計(jì)算根據(jù)“鋼規(guī)”第2篇適用要求，養(yǎng)殖工況的直接計(jì)算根據(jù)“移規(guī)”對水面式平臺的適用要求。

（1）航行工況直接強(qiáng)度計(jì)算

計(jì)算載荷：靜水彎矩可取許用靜水彎矩，波浪彎矩根據(jù)“鋼規(guī)”第2篇或水動力分析計(jì)算獲得。計(jì)算評估及建模范圍：有限元建模選?。▓D4）包含左舷及右舷全艙的中間三個(gè)艙（四個(gè)艙）作為艙段有限元分析的建模區(qū)域，中間艙的計(jì)算結(jié)果作為艙段有限元分析的應(yīng)力讀取區(qū)域。裝載工況的選取：按裝載手冊中航行工況（壓載、滿載、隔艙<如有時(shí)>等）。屈服屈曲強(qiáng)度校核按CCS“鋼規(guī)”要求。

（2）養(yǎng)殖工況直接強(qiáng)度

環(huán)境條件：根據(jù)特定作業(yè)場地和作業(yè)季節(jié)，確定環(huán)境條件；可適當(dāng)考慮設(shè)計(jì)方設(shè)定的撤離條件。計(jì)算載荷：根據(jù)技術(shù)規(guī)格書中要求的養(yǎng)殖工況波浪條件相關(guān)參數(shù)進(jìn)行波浪載荷預(yù)報(bào)。波浪載荷計(jì)算軟件可按公認(rèn)軟件，采用設(shè)計(jì)波方法進(jìn)行載荷計(jì)算，波浪主控參數(shù)仍選擇垂向彎矩，垂向彎矩可由所在海域的短期統(tǒng)計(jì)（短期統(tǒng)計(jì)超越概率10%）得出。計(jì)算評估及建模范圍：同航行工況。裝載工況的選取：裝載工況選取裝載手冊中實(shí)際的裝載工況。屈服屈曲強(qiáng)度校核按“移規(guī)”要求。

（3）疲勞強(qiáng)度分析

可按CCS《海洋工程結(jié)構(gòu)物疲勞強(qiáng)度評估指南》要求建模分析，考慮不同工況（航行含遷航、養(yǎng)殖）下的疲勞強(qiáng)度。根據(jù)不同工況在服役期間所占時(shí)間比例不同，應(yīng)對每一種需考慮的載荷工況分別計(jì)算損傷度，然后按照各個(gè)工況在評估目標(biāo)服役期中的比例加權(quán)計(jì)算總的疲勞損傷。設(shè)計(jì)疲勞壽命一般不小于20年，也可按照船東要求增加設(shè)計(jì)壽命。對于主船體疲勞熱點(diǎn)除常規(guī)船型要求外還應(yīng)考慮其特有結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)。

4、其他問題

（1）晃蕩評估

① 養(yǎng)殖艙進(jìn)行晃蕩載荷下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算，晃蕩載荷及養(yǎng)殖艙的結(jié)構(gòu)尺寸評估應(yīng)滿足《液艙晃蕩載荷及構(gòu)件尺寸評估指南》適用要求，其中的晃蕩載荷也可以通過模型試驗(yàn)獲到。

② 若設(shè)置有效的防晃蕩措施，并能提供相應(yīng)的試驗(yàn)、理論依據(jù)、使用經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)CCS同意，可以接受作為上述①的代替和等效方法。

（2）試驗(yàn)驗(yàn)證

通海養(yǎng)殖工船：設(shè)置通海養(yǎng)殖艙，通?？祝ò~類的攔阻裝置）的進(jìn)水/出水速度或時(shí)間周期對船體運(yùn)動參數(shù)及載荷會產(chǎn)生一定影響，應(yīng)進(jìn)行必要的模型試驗(yàn)，確定如下要素：

① 航行工況時(shí)，確定水動力載荷（含晃蕩）、總縱強(qiáng)度計(jì)算載荷的影響以及船舶運(yùn)動參數(shù)的影響；

② 養(yǎng)殖工況時(shí)，確定水動力載荷（含晃蕩）、總縱強(qiáng)度計(jì)算載荷、錨泊系統(tǒng)的系泊力以及對養(yǎng)殖工船的影響。

（3）腐蝕問題

封閉養(yǎng)殖工船：封閉艙養(yǎng)環(huán)境需要不斷補(bǔ)充氧氣，養(yǎng)殖艙水體內(nèi)含氧量較大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)尤其關(guān)注其腐蝕問題，應(yīng)結(jié)合其所在部位，處所的環(huán)境條件以及所采用的防腐措施，考慮合適的腐蝕余量。

（4）振動和噪聲

除滿足公約或法規(guī)基本要求外，還應(yīng)關(guān)注振動和噪音對魚的生活的影響，滿足魚類對振動噪聲的耐受度。

（5）船上人員

養(yǎng)殖工船上一般工作人員較多，而可移動養(yǎng)殖工船航行或遷移時(shí)，若養(yǎng)殖人員（非船員）不撤離，且人數(shù)超過12人，則本船的設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮特殊用途船的要求。

● 系泊定位

1、形式

傳統(tǒng)系泊定位系統(tǒng)包括：多點(diǎn)系泊、單點(diǎn)系泊（深水為轉(zhuǎn)塔形式、淺水為軟鋼臂形式）、單錨鏈系泊（重力式或吸力式錨/樁等）、動力定位等，但這些方式要么造價(jià)高，要么無法保證可移動養(yǎng)殖工船自主起拋錨，影響其應(yīng)急避臺的功能實(shí)現(xiàn)，因此，業(yè)界一般采取一套拖曳式大抓力錨，拋單錨在指定海域定位使用。

2、評估

建議采用水動力數(shù)值模擬、數(shù)字水池技術(shù)驗(yàn)證或模型試驗(yàn)驗(yàn)證等方法對養(yǎng)殖工船系泊系統(tǒng)進(jìn)行安全評估。系泊養(yǎng)殖工況時(shí)，定位系泊系統(tǒng)參照“移規(guī)”第8篇第8章的相關(guān)規(guī)定，對于遠(yuǎn)離其他結(jié)構(gòu)物作業(yè)的養(yǎng)殖工船，其系泊系統(tǒng)需使用重現(xiàn)期不少于5年的最大設(shè)計(jì)條件。對于靠近其他結(jié)構(gòu)物作業(yè)的養(yǎng)殖工船，其最大設(shè)計(jì)條件應(yīng)具有不小于10年的重現(xiàn)期。設(shè)計(jì)環(huán)境條件可基于操作手冊中限定的作業(yè)區(qū)域的季節(jié)性特點(diǎn)（規(guī)定作業(yè)季節(jié)）考慮，并滿足設(shè)計(jì)方指定的環(huán)境條件，計(jì)算工況結(jié)合實(shí)際作業(yè)考慮。

養(yǎng)殖作業(yè)時(shí)，養(yǎng)殖工船若設(shè)計(jì)為單根錨鏈時(shí)，應(yīng)考慮其風(fēng)險(xiǎn)因素，系泊索安全系數(shù)按動力分析法或按靜力分析法選擇對應(yīng)合適的數(shù)值。應(yīng)盡最大可能避免走錨并設(shè)置有關(guān)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)控系泊變化情況。惡劣天氣出現(xiàn)時(shí)，如加大走錨風(fēng)險(xiǎn)或破壞魚類的生存條件，應(yīng)根據(jù)天氣預(yù)報(bào)及時(shí)采取有效措施避開惡劣天氣；躲避惡劣天氣的限制工況條件應(yīng)在養(yǎng)殖操作手冊中明確。

● 其他系統(tǒng)

1、動力系統(tǒng)

本船可按“鋼規(guī)”要求配置，但本船功能是以養(yǎng)殖與加工為主，動力系統(tǒng)的配備以滿足養(yǎng)殖為主的經(jīng)濟(jì)性為主要考慮因素，航速并無嚴(yán)格要求，也暫無EEDI限制，該類船的航速一般不超過10kn，主推進(jìn)主機(jī)選型有別于常規(guī)貨船。

2、養(yǎng)殖系統(tǒng)

養(yǎng)殖系統(tǒng)設(shè)計(jì)以滿足設(shè)計(jì)規(guī)格書或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)，但循環(huán)水處理系統(tǒng)（若有）、飼料處理單元、魚飼料投喂單元、死魚處理裝置、監(jiān)控系統(tǒng)、捕魚裝置、輸送系統(tǒng)（若有）應(yīng)至少有制造廠證明并適合海上使用。封閉式養(yǎng)殖系統(tǒng)：用于魚類的海上艙內(nèi)養(yǎng)殖，該系統(tǒng)配備循環(huán)水處理、水質(zhì)監(jiān)控、死魚搜索、養(yǎng)殖照明、魚飼料儲存、魚飼料投飼、水溫調(diào)控、視頻監(jiān)控、生物監(jiān)測、捕撈系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、和集中控制，實(shí)現(xiàn)智能化養(yǎng)殖。通海式養(yǎng)殖系統(tǒng)：上述封閉式養(yǎng)殖系統(tǒng)的循環(huán)水系統(tǒng)和水溫調(diào)控系統(tǒng)不考慮，其他類似。

● 小結(jié)

可移動養(yǎng)殖工船是一種不同于常規(guī)船型的新穎船型，既能自主航行又能定點(diǎn)養(yǎng)殖作業(yè)（維持錨泊狀態(tài)），對其研究和認(rèn)識也在不斷進(jìn)行中，本文對一些設(shè)計(jì)要求進(jìn)行初步探討，以期對可移動養(yǎng)殖工船的設(shè)計(jì)有所參考和幫助，設(shè)計(jì)要求還應(yīng)以船級社發(fā)布的指南為準(zhǔn)。主要結(jié)論如下：

1、可移動養(yǎng)殖工船按養(yǎng)殖艙類型可分為具有通海養(yǎng)殖艙養(yǎng)殖工船（設(shè)置通海養(yǎng)殖艙暨一個(gè)或多個(gè)養(yǎng)殖艙與海水連通）和具有封閉養(yǎng)殖艙養(yǎng)殖工船（設(shè)置水密養(yǎng)殖艙暨所有養(yǎng)殖艙與海水不連通），兩種不同形式的養(yǎng)殖工船對應(yīng)的設(shè)計(jì)要求特別是穩(wěn)性和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求有很大差異。

2、可移動養(yǎng)殖工船的設(shè)計(jì)要求應(yīng)涵蓋航行狀態(tài)和錨泊狀態(tài)。

3、可移動養(yǎng)殖工船是定制型功能性船型，布置、動力、電氣等系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)主要考慮養(yǎng)殖需要。

4、系泊定位系統(tǒng)是可移動養(yǎng)殖工船設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)書如擬養(yǎng)殖區(qū)域，季節(jié)、天氣等各方面因素，保證其安全和功能。

5、可移動養(yǎng)殖工船設(shè)計(jì)要求需要考慮魚類生活習(xí)性的要求，其艙壁形式、振動、噪音、晃蕩、涂料等應(yīng)給予關(guān)注。