散貨船臨時裝運集裝箱的探討

吳九強(qiáng) 中國船級社江蘇分社

2021年以來，集裝箱海運運價飆升，截止目前中美航線40英尺的貨運箱運費已經(jīng)超過20000美元，與去年同期相比上漲幅度超過了500%，航運市場出現(xiàn)“一箱難求”、“一船難求”的行情，一些航運企業(yè)著手改造現(xiàn)有散、雜貨船等方式增加集裝箱運力。7月18號62000t多用途紙漿船“中遠(yuǎn)海運榮耀”在寧波港裝載841TEU標(biāo)準(zhǔn)箱，7月19日38000噸靈便型散貨船“大美”在太倉886TEU標(biāo)準(zhǔn)箱，實踐以散貨船裝載集裝箱項目，緩解集裝箱運輸市場運力供需不平衡的現(xiàn)實問題。但大美輪隨后在開航不到兩天內(nèi)就發(fā)生集裝箱擠壓塌陷，導(dǎo)致箱損和貨損。可見利用散貨船裝載集裝箱存在諸多安全風(fēng)險因素，對其有效的分析和研究有著積極意義。

根據(jù)SOLAS IX章定義，散貨船系指在貨物處所中通常建有單層甲板、頂邊艙和底邊艙，且主要用于運輸散裝干貨的船舶，包括諸如礦砂船和兼裝船等船型。由此定義可見，公約對于散貨船的裝載貨物并不僅限于散裝的貨物，對于包裝貨及非標(biāo)準(zhǔn)貨物也同樣具有裝載的能力，從而散貨船載運集裝箱從公約層次上是可行的。但集裝箱船和散貨船兩種船型是為了裝載不同形態(tài)貨物和不同裝卸型式設(shè)計的，其總體設(shè)計、貨倉設(shè)計、穩(wěn)性計算、貨物綁扎等存在多方面不同，散貨船不僅滿足隨時裝載集裝箱的功能，并且即使經(jīng)過加裝集裝箱綁扎裝置后仍然存在可能不適貨情況。本文就某61000噸散貨船提交審批的擬裝載集裝箱的設(shè)計方案，對散貨船用于兼裝集裝箱的要求予以討論，并給予相應(yīng)的安全意見。

1.集裝箱載運方案

1.1 船舶基本信息

該輪為單舷側(cè)、具有頂邊艙和底邊艙的散貨船，主要設(shè)計用于裝載礦石、煤、谷物及鋼卷之類的鋼鐵制品。貨物區(qū)域布置如圖1所示。

圖1 船舶總布置圖

該輪主要參數(shù)見表1。

表1 船舶主要參數(shù)

1.2 集裝箱選擇

本輪擬改裝用于中國——美國、加拿大行線航行，從中國至北美裝載集裝箱，從北美至中國載運大豆、小麥、礦石等散裝貨物，考慮到該輪為典型的單舷側(cè)散貨船，貨倉開口小于貨倉平直部分尺寸，裝載集裝箱時無法有效利用全貨倉空間。故在不破壞船體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上應(yīng)盡可能利用貨倉倉口圍開口尺寸裝載。查國際標(biāo)準(zhǔn)集裝箱尺寸，采用組合方式，本輪貨倉內(nèi)可橫向布置7列，No.1-4貨倉長度方向可布置40f t、20f t各一只，可得每層可裝載容積約為80m3＊7=560m3，No.5貨倉長度方向可布置40ft一只，每層可裝載容積約為54m3＊7=378m3。

考慮到本輪主要航行于北美，其市場上超過1000公里的長距離運輸，大約80%貨物是通過53英尺半掛車直達(dá)運輸，相比傳統(tǒng)40英尺集裝箱，使用53英尺集裝箱服務(wù)可節(jié)省總物流費用的15%-20%。。故根據(jù)為減少集裝箱在美國的轉(zhuǎn)運成本，并減輕集裝箱綁扎、系固工作和貨倉改造工作，且本輪也并未專門設(shè)計裝載標(biāo)準(zhǔn)集裝箱，從而采用53英尺的集裝箱更具有優(yōu)勢。其具體尺寸為外形尺寸16138×2600×2900mm。53 英尺集裝箱內(nèi)部尺寸16000＊2490＊2580mm，內(nèi)部裝載容積約為113m3。貨倉可采用每層7只的方式裝載，從而每層可裝載容積約為113＊7=791m3。在采用此方案時可統(tǒng)一全船裝載集裝箱尺寸，也可有效提高裝載容積和效率，并能減少集裝箱固定、綁扎和裝卸工作量。

1.3 集裝箱積載

根據(jù)上述集裝箱選擇方案，擬對貨倉、艙口蓋和主甲板分別予以配載，共計擬裝載193只?？紤]到該輪非專設(shè)集裝箱船，無相應(yīng)綁扎橋等設(shè)施，且53英尺集裝箱綁扎困難，最高堆放層數(shù)設(shè)定為三層。具體配載圖如圖2。其中具體分布如表2所示。

圖2 集裝箱擬積載布置圖

表2 集裝箱積載分布

2.裝載安全性分析

鑒于本設(shè)計方案屬于初步設(shè)計改造方案，在本文中假設(shè)所有集裝箱下方墊有方木等均勻負(fù)載，且系固綁扎滿足要求的基礎(chǔ)上從貨物積載、船舶穩(wěn)性和駕駛室視線等三個方面對集裝箱裝載安全予以討論。

2.1 積載負(fù)荷計算

本輪設(shè)計為內(nèi)底板、主甲板和艙口蓋均可裝載貨物，各裝貨處所甲板均勻負(fù)載限額如表3。

表3 許用均勻負(fù)載

根據(jù)ISO668標(biāo)準(zhǔn)，53ft集裝箱最大箱重為67.2t，文中以此校核積載負(fù)荷。在假定裝載集裝箱已通過墊木等材料與船體均勻接觸的條件下，其均布載荷如表4。

表4 均布集裝箱載荷

由以上計算均勻負(fù)載的計算可見，目前的積載方案中貨倉和主甲板面裝載相應(yīng)集裝箱時滿足允許均勻負(fù)載限制要求，而貨倉艙口蓋積載超過兩層時，則不能滿足相應(yīng)要求。

2.2 穩(wěn)性安全分析

散貨船貨倉結(jié)構(gòu)設(shè)計主要便于艙內(nèi)散裝貨物的裝卸。當(dāng)裝載集裝箱時，限于方便集裝箱吊的操作，只能裝載在艙口圍范圍，在此基礎(chǔ)上還應(yīng)留有安全檢查通道，綁扎系固空間等。由此，貨物較為集中在艙中間，貨倉虧空較多，雖不會存在貨倉超載的問題，但在穩(wěn)性計算時，已不能按照原批準(zhǔn)穩(wěn)性的散裝貨物進(jìn)行，而應(yīng)按照實際裝載集裝箱的重量和重心位置核算。同時，由于貨物重量過分集中在艙內(nèi)中部位置，船體梁的受力過于集中，可能造成船體梁彎曲超過極限要求。

根據(jù)船舶靜力學(xué)原理，船舶的初穩(wěn)性高GM越大，橫搖周期越小，橫搖頻率越高，橫搖速度越大。本輪為典型的單舷側(cè)散貨船，其典型工況的GM統(tǒng)計如表5，由表中數(shù)據(jù)可見，該輪各工況下GM值均較大，最大已超過9m。而對于雜貨船和集裝箱船其GM一般均在2米以下。當(dāng)本船裝載集裝箱時，貨物移動的慣性矩要遠(yuǎn)大于專用集裝箱船，特別是在主甲板和艙口蓋以上裝載的集裝箱移動風(fēng)險更高。

表5 本輪典型工況GM統(tǒng)計表

2.3 裝載儀功能分析

根據(jù)CCS《鋼制海船入級與建造規(guī)范》要求，船上配備的裝載儀一般要求規(guī)定如下：

“裝載儀的功能應(yīng)至少包括能迅速、方便地計算和顯示其所安裝的船舶任一裝載或空載狀態(tài)下船體指定部位的靜水彎矩和靜水切力。

軟件應(yīng)至少能計算任意裝載工況下的排水量及其重心，完成總強(qiáng)度（和穩(wěn)性，如適用時）計算及衡準(zhǔn)，并以屏幕顯示及打印輸出進(jìn)行計算和保存計算結(jié)果的日期和時間?！?/p>

根據(jù)本輪設(shè)計原則，其貨物主要為大豆、礦石等散裝貨物及鋼卷等，無非標(biāo)準(zhǔn)貨物的裝載情況，查其裝載儀批準(zhǔn)文件，其中無對應(yīng)的計算模塊，無法完成本文中的裝載情況下的穩(wěn)性和強(qiáng)度衡準(zhǔn)的計算，不滿足規(guī)范的要求。

2.4 駕駛室視線要求

根據(jù)SOLAS V.22條的規(guī)定“從駕駛位置上所見的海面視域，在所有吃水、縱傾和甲板貨狀態(tài)下，自船首前方至任何一舷10°范圍內(nèi)均不應(yīng)有兩個船身以上的長度或 500 m（取其小者）遮擋”，當(dāng)按本文中集裝箱積載計劃，其需要在貨倉甲板面上裝載相應(yīng)的集裝箱，其對應(yīng)位置的集裝箱最高高度應(yīng)能滿足批準(zhǔn)的駕駛室視線圖的要求，如圖3所示。

圖3 駕駛室視線圖

本輪駕駛位置距離基線以上32.95m，船艏最前方距離基線以上22.75m。由于艙口蓋上積載集裝箱時高度高于相應(yīng)位置的甲板貨位置，故僅對艙口蓋上裝載的集裝箱前后兩點進(jìn)行計算，即可判斷是否超過視線圖要求。詳見表6。

表6 視線計算表

從以上計算可見，該輪第二貨倉艙口蓋在堆積兩層集裝箱時，其前端點超過了最大允許高度，不能滿足公約規(guī)定的駕駛室視線的要求。

3.改進(jìn)與建議

3.1 積載方案變更

根據(jù)前文對該輪的均布積載的校核，本輪在艙口蓋上裝載集裝箱時，出現(xiàn)了相應(yīng)的均布載荷超過許用值情況，應(yīng)將堆積的集裝箱限定在一層或?qū)Χ逊e超過一層的集裝箱位置進(jìn)行減載才能滿足均布積載限額的要求?？紤]到本輪裝載的53ft集裝箱專為美國加拿大市場，其主要用于水路聯(lián)運，可按當(dāng)?shù)馗咚俟废拗匾?，限定集裝箱重量不超過20t，在此情況下，艙口蓋堆積三層集裝箱時，其均布載荷僅1.43t/m2，從而滿足設(shè)計要求。

同時，散貨船的均布載荷主要是散裝貨物的平均分布的情況，與集裝箱的集中載荷有著本質(zhì)區(qū)別。雖然理論計算能夠滿足相應(yīng)的均布載荷要求，但是往往會出現(xiàn)局部應(yīng)力超過許用范圍，導(dǎo)致局部失穩(wěn)，從而造成全船整體結(jié)構(gòu)性損壞。故此，應(yīng)該結(jié)合系固方案，通過墊木等合理的方式將載荷均勻分布至裝載各個位置。

根據(jù)駕駛室視線的計算分析，為滿足視線要求，應(yīng)將原計劃在No.2貨倉艙口蓋裝載兩層變更為僅裝載一層。

3.2 增加系固綁扎方案

本裝載方案因是一個預(yù)配載方案，未能詳盡描述綁扎系固狀況，所以本文未對綁扎系固進(jìn)行討論。但查詢本輪批準(zhǔn)的系固手冊中，未有對集裝箱這種非標(biāo)貨物的綁扎系固工況，故在裝載前應(yīng)根據(jù)CCS《鋼制海船入級與建造規(guī)范》及MSC.Circ 745編制綁扎系固方案提交船級社審批。

本輪配備艙口蓋為折疊式風(fēng)雨密艙口蓋，每艙艙口蓋前后各一，當(dāng)在貨倉艙口蓋上裝載集裝箱，每一集裝箱以貨倉艙蓋交界處前后平均分布，在保證貨倉艙蓋不產(chǎn)生局部變形的情況下，也應(yīng)對艙蓋的鎖緊和液壓系統(tǒng)進(jìn)行校核，并在必要時增加固定裝置，確保運輸過程中艙蓋不會產(chǎn)生位移，從而導(dǎo)致其上的集裝箱坍塌。

3.3 增加穩(wěn)性及船體梁強(qiáng)度計算

由于該輪批準(zhǔn)的穩(wěn)性工況中，無對應(yīng)的裝載情況，無法判斷裝載情況下的船舶穩(wěn)性安全。應(yīng)根據(jù)本輪實際裝載及壓載情況，重新校核船舶穩(wěn)性。并應(yīng)建議按照CCS《鋼制海船入級與建造規(guī)范》中集裝箱船要求，對船舶貨物區(qū)域的剪流、屈曲能力和船體梁極限彎曲能力進(jìn)行校核，確保船舶安全。

3.4 升級裝載儀裝載工況

應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求，將裝載集裝箱的工況納入裝載儀計算工況中，確保船員隨時能夠利用裝載儀對船舶的裝載情況進(jìn)行有效配載。增加的計算工況應(yīng)獲得船級社的認(rèn)可和批準(zhǔn)。

3.5 增加體系文件要求

由于該船東經(jīng)營船舶均為散貨船，其體系文件中無對應(yīng)的集裝箱運輸和操作安全須知等文件，無法有效指導(dǎo)船員安全裝載集裝箱。應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的安全風(fēng)險評估，并增加相應(yīng)的操作須知，必要時應(yīng)將對應(yīng)操作納入關(guān)鍵性操作。

3.6 制定相應(yīng)指南和規(guī)范

船級社作為規(guī)范的制定者，在船舶安全方面有著絕對的權(quán)威性，應(yīng)根據(jù)船東對船舶功能的這種特殊性改造盡快出臺相應(yīng)的指南性，指導(dǎo)航運企業(yè)，合理、有效、經(jīng)濟(jì)、安全的利用現(xiàn)有散貨船兼裝集裝箱運輸，為船東提供增值性服務(wù)。

4.結(jié)論

利用散貨船裝載非標(biāo)準(zhǔn)貨物可以更好發(fā)揮散貨船的運力，提高船公司的經(jīng)濟(jì)收益。但是在裝載各種非標(biāo)準(zhǔn)貨物時，其裝載狀態(tài)將發(fā)生不同變化。本文中的擬在全貨物區(qū)域內(nèi)裝載集裝箱的情況目前沒有成熟的經(jīng)驗可以借鑒，各家船公司采用的方式也不盡相同。本文中雖然從多個方面對這種裝載可靠性進(jìn)行了分析和判斷，并給出了切實的指導(dǎo)性意見，但是各船舶仍應(yīng)根據(jù)船舶的具體情況，按照上述方面獨自校核，確保船舶航行安全，貨物裝載安全。