漁船加長改裝與航區(qū)變更分析

王貴彪,崔雪亮,李永生,吳峰,張海波

(1.浙江省海洋水產(chǎn)研究所，浙江 舟山 316021;2.浙江海洋大學 海洋與漁業(yè)研究所，浙江 舟山 316021; 3.浙江省海洋漁業(yè)船舶交易服務中心，杭州 213022)

隨著近海漁業(yè)資源的枯竭，大量近海漁船面臨著無魚可捕的局面，捕撈行業(yè)前景不容樂觀。而將一部分船況較好的大型近海漁船改裝為遠洋漁船，能夠有效緩解近海漁資源的捕撈壓力。目前，國內(nèi)學者對漁船改裝設(shè)計研究主要集中在加裝制冷系統(tǒng)、LNG動力改裝、拖網(wǎng)漁船雙速比齒輪箱改裝等方面[1-2]，而對漁船船體加長、近海航區(qū)改遠洋航區(qū)等方面研究還較為少見。此外，隨著船舶維修行業(yè)的快速發(fā)展，將船型加長的相關(guān)建造工藝已經(jīng)成熟，不少船廠已經(jīng)有了船舶加長改造工程的案例[3]，這為漁船船體加長在施工方面提供了寶貴的經(jīng)驗。

本文以某近海燈光圍網(wǎng)漁船為示范應用對象，將其船體加長并改裝成遠洋作業(yè)漁船，對其結(jié)構(gòu)強度、穩(wěn)性等船舶設(shè)計重要內(nèi)容進行重新計算和校核，使其滿足相關(guān)現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)則的要求，提出了船型加長后不滿足法規(guī)的構(gòu)件加強方案以及提高船舶穩(wěn)性安全的方法，分析了近海漁船船體加長并改裝為遠洋航區(qū)的可行性。

1 “加長改裝”設(shè)計概述

該船原為鋼質(zhì)單甲板、單底(局部雙層底)、單推進系統(tǒng)、橫骨架式結(jié)構(gòu)、艉機型近海燈光圍網(wǎng)漁船。原船型為典型的單船有囊圍網(wǎng)漁船，考慮將其加長后改裝為遠洋燈光圍網(wǎng)漁船，進行遠洋作業(yè)。船型改裝前后的主尺度及主要參數(shù)見表1。該船型加長后，其L/B，B/D依然滿足《鋼質(zhì)遠洋漁船建造規(guī)范》的要求，其中L為結(jié)構(gòu)計算船長，B為型寬，D為型深。

表1 改裝前后船型主尺度參數(shù)對比表

1.1 船體主要改裝內(nèi)容

漁船能否加長并改裝為遠洋漁船，從技術(shù)角度來講主要取決于加長后船體結(jié)構(gòu)強度和完整穩(wěn)性能否滿足遠洋漁船的相關(guān)要求。因此，本文僅從船體結(jié)構(gòu)、穩(wěn)性安全兩個方面進行闡述，而其他內(nèi)容如救生消防設(shè)施、通導設(shè)備、信號燈等均按照現(xiàn)行的規(guī)范、規(guī)則進行改裝與配備，不再贅述。

1)將船型在船中處(約#41+200)割開，并以該處的剖面外形接長6 m。原4號冷海水保鮮魚艙在加長后改為冷藏魚艙并在其下設(shè)置雙層底，雙層底下設(shè)置左右兩個燃油艙。將原船型的1號至3號冷海水保鮮魚艙均改為冷藏魚艙。

2)在駕駛室與艏樓艉端壁間，加設(shè)工作棚。同時在原艏樓后以及甲板室內(nèi)新增凍結(jié)間，增加改裝后船舶的載貨量和速凍能力，滿足遠洋作業(yè)的捕撈需求。

3)在船尾設(shè)置筏架，用來放置圍網(wǎng)工作艇。

4)其余如信號燈等設(shè)備均按照現(xiàn)行規(guī)則要求進行改裝。

1.2 改裝設(shè)計依據(jù)

該船滿足中華人民共和國海事局及中國船級社的有關(guān)規(guī)范和規(guī)則，主要設(shè)計依據(jù)[4-6]:①《鋼質(zhì)遠洋漁船建造規(guī)范》(2021)，以下簡稱《規(guī)范》；②《遠洋漁船法定檢驗技術(shù)規(guī)則》(2019及其修改通報)，以下簡稱《規(guī)則》；③《海洋漁業(yè)船舶法定檢驗規(guī)程》(2003)，以下簡稱《規(guī)程》。

2 船型結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核

船體加長并改變航區(qū)后，必須對原船的結(jié)構(gòu)進行校核，對不滿足要求的構(gòu)件提出加強方案或者割換處理，確保其能夠滿足規(guī)范的要求。結(jié)構(gòu)的設(shè)計與校核具體可分為對原船部分結(jié)構(gòu)的校核和對加長部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計兩部分內(nèi)容。

2.1 接長后結(jié)構(gòu)校核

經(jīng)過對比《鋼質(zhì)國內(nèi)海洋漁船建造規(guī)范》和《鋼質(zhì)遠洋漁船建造規(guī)范》，并結(jié)合船型主尺度變化情況：①涉及的主要構(gòu)件的計算公式基本一致；②本船結(jié)構(gòu)計算船長增加，型深不變而吃水減小。故可免于對僅與型深、吃水等參數(shù)有關(guān)的構(gòu)件校核，如肋板高度、肋骨、艙壁及艙壁扶強材等。具體構(gòu)件校核情況見表2，對不滿足《規(guī)范》的構(gòu)件進行腐蝕情況的計算，并與表3要求的腐蝕極限進行對比。

表2 船型主要構(gòu)件校核情況

表3 船體構(gòu)件腐蝕極限

由表2可知，該船的板材和構(gòu)件基本都能滿足《規(guī)范》要求，少數(shù)構(gòu)件的腐蝕并未達到《規(guī)程》要求換板材的腐蝕極限。因此，該船在接長6 m并改為遠洋航區(qū)后，其構(gòu)件和板材的尺寸依然滿足相關(guān)要求。

在校核過程中，如遇到構(gòu)件不滿足《規(guī)程》要求時，針對不同的構(gòu)件可采用以下幾種加強方案。

1)甲板縱桁不合格時，可視情況設(shè)置支柱以減小桁材的跨距，或在原面板上貼焊一塊鋼板，增加縱桁的剖面模數(shù)，使其達到要求。

2)構(gòu)件面板剖面積如肋板面板不合格時，一般采用在原面板上貼焊鋼板的方法加大面板的剖面積。

3)若船體外板包括甲板、平板龍骨、舷側(cè)板或者中內(nèi)龍骨、旁內(nèi)龍骨腹板等由計算船長決定厚度的板材不滿足要求時，考慮到割換板材工作量巨大，應考慮縮短船體加長的長度或者重新評估加長的必要性和經(jīng)濟性。

2.2 新建部分結(jié)構(gòu)設(shè)計

為保證船型線型的相對光順，該船選取船中處割開，并以該處的剖面線型作為加長部分船體的型線加長6 m。為保證船體構(gòu)件的整體性和連續(xù)性，接長部分構(gòu)件尺寸與原船結(jié)構(gòu)盡可能保持一致，同時甲板縱桁、旁底桁的間距均與前后艙室內(nèi)對應的構(gòu)件對齊，保證縱向構(gòu)件在同一平面內(nèi)連續(xù)。

原船型設(shè)有立龍骨，其內(nèi)填充混凝土作為固定壓載。但加長部分的龍骨采用實心鑄鋼，一方面能降低船型的重心，另一方面能將艙底原本用于混凝土壓載的空間設(shè)置成燃油艙，提高船型的自持力和續(xù)航力，滿足遠洋作業(yè)的航行需求。同時，在兩者交接處分別采用2塊腹板焊接在龍骨的外側(cè)，保證新設(shè)的實心鑄鋼與原龍骨連接處的剛度。

在艏樓后端增設(shè)凍結(jié)間，不但能夠提高船型速凍漁獲的能力，而且能夠加長上層建筑的有效長度，降低船型的最小干舷要求，使其符合遠洋漁船的要求。

3 穩(wěn)性核算

3.1 計算工況選取

該船改裝為遠洋燈光圍網(wǎng)漁船，而圍網(wǎng)漁船甲板上捕撈機械復雜，且大多位于主甲板以上位置，同時堆放的網(wǎng)具重量也較大[7]，使得圍網(wǎng)漁船的穩(wěn)性安全裕度低于同尺度的其他漁船。根據(jù)《規(guī)則》要求并結(jié)合實際情況，該船選取了以下6種工況來對穩(wěn)性進行核算。

表4 計算工況

3.2 完整穩(wěn)性計算結(jié)果

利用COMPASS軟件對該船進行各種裝載下的穩(wěn)性計算，具體結(jié)果見表5。

由表5可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過穩(wěn)性核算，該船加長并改為遠洋航區(qū)后，穩(wěn)性的幾個重要計算值都大于《規(guī)則》的要求值，該船的設(shè)計能滿足《規(guī)則》對遠洋航區(qū)燈光圍網(wǎng)漁船的要求，穩(wěn)性情況總體良好。捕魚中工況和空載結(jié)冰到港工況為穩(wěn)性相對危險的兩種工況，船東在航行、作業(yè)時應予以重點關(guān)注。

表5 各種裝載狀態(tài)下浮態(tài)和穩(wěn)性計算結(jié)果

若加長后的船型穩(wěn)性不合格或安全裕度較小，一般可采用以下幾種方案對船型加以改進。

1)除加長部分龍骨采用鑄鋼件外，也可將加長部分以外的部分龍骨換成鑄鋼件，或者在外龍骨兩邊各設(shè)置一條旁外龍骨，并根據(jù)穩(wěn)性估算結(jié)果確定采用鑄鋼件或者采用鋼板焊接龍骨內(nèi)填充混凝土。

2)盡可能防止主船體以上的各類重量的增加，如對該船而言，若所校核穩(wěn)性不理想，則應考慮不增加艏樓后至甲板室間的工作棚。

3)在可能的情況下，將1～2個魚艙改為空艙或減少燃油、淡水的容積，降低船型的吃水，從而增加最大復原力臂，保證穩(wěn)性裕度。此時，須重新考慮對船型加長的必要性以及經(jīng)濟性。

4 改裝前后船型對比分析

對該船進行加長并改裝后，其主要性能變化見表6。

由表6可以發(fā)現(xiàn)，船型加長改裝后，船型的淡水艙容積保持不變，燃油艙、冷藏魚艙的容積增大，而冰艙、冷海水艙容積減小，船型自持力由15 d增加到25 d，續(xù)航力由2 000 n mile增加到6 000 n mile。改裝后船型新設(shè)容積111.21 m3的凍結(jié)間，凍結(jié)間設(shè)計溫度一般能達到-25 ℃左右，且速凍保鮮周期大于冷海水保鮮及冰保鮮，完全能替代這兩種傳統(tǒng)的保鮮方式，更能適合遠洋作業(yè)。由于船型加長而主機功率及螺旋槳等推進裝置未進行改裝，導致其設(shè)計航速由11 kn下降至10.5 kn，但依然能滿足船東的使用需求。

表6 改裝前后船型性能對比

5 漁船加長改裝優(yōu)缺點分析

相比建造1艘全新的遠洋漁船，僅對原船型進行加長來提高漁船載貨量，所需的人力、物力成本大幅下降，可以讓船東在短時間內(nèi)利用相對較少的投資，提高漁船的作業(yè)效益。加長后船型在漁獲和燃油、淡水裝載量有了大幅度的提高，加上漁獲制冷系統(tǒng)的改裝使得船型的作業(yè)周期變長，能夠顯著提高單次航行作業(yè)的效益。

然而，船型的加長使得結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)性的安全余量減小，給船型帶來一些穩(wěn)性、結(jié)構(gòu)強度等方面的風險。同時對遠洋漁船而言，船型加長使得其船長更接近實際海況的波長，加大其處于縱搖和升沉諧搖狀態(tài)的可能性，對漁船航行、作業(yè)和隨船人員舒適性產(chǎn)生一定的不利影響。同時，船型的加長也使得船型倒車、轉(zhuǎn)彎等操縱性變差，對船員的駕駛能力也提出了更高的要求。

因此，在前期對船型進行加長及改航區(qū)方案設(shè)計時，應充分論證改裝對船型穩(wěn)性和結(jié)構(gòu)強度的影響以及船型改裝后的經(jīng)濟性。

6 結(jié)論

1)加長部分的結(jié)構(gòu)布置應盡可能與前后艙室一致，保證構(gòu)件在縱向的連續(xù)性。在校核構(gòu)件時，若不滿足《規(guī)范》要求，則可以依據(jù)《規(guī)程》計算構(gòu)件的腐蝕程度，判定構(gòu)件是否需要割換處理。

2)將加長區(qū)域的立龍骨設(shè)計成實心鑄鋼龍骨，一方面能降低改裝后船型的重心位置，提高船型的穩(wěn)性安全。另一方面，也能將原加載混凝土的艙底部分用于設(shè)置雙層底燃油艙，增加燃油艙容積，提高船型的自持力。

3)將艏樓加長或者在甲板室外側(cè)走廊搭建頂棚及側(cè)壁，并在出入口設(shè)置水密門，可增加上層建筑的有效長度，減小最小干舷的要求值，使其達到遠洋漁船要求。

4)通過對改裝船型結(jié)構(gòu)、穩(wěn)性等方面的校核可以發(fā)現(xiàn)，將大型近海漁船改裝為遠洋漁船在技術(shù)上可行。在近海漁業(yè)資源枯竭的背景下，該船型的改裝研究能夠為近海類似的大型漁船的改裝提供一條新的思路，為近海捕撈業(yè)的發(fā)展謀求一條新的道路。