85 000 DWT散貨船舾裝設(shè)計特點分析

倪偉平,高俊

(上海船舶研究設(shè)計院,上海 201203)

85 000 DWT散貨船(以下簡稱本船)是上海船舶研究設(shè)計院主導(dǎo)開發(fā)的一型超巴拿馬淺吃水型散貨船,力求布置集約化、船體輕量化,滿足巴拿馬運河新船閘及多個港口系泊要求,采用減風阻上建布置,貨艙采用大開口設(shè)計并盡量降低艙口圍高度,第四貨艙艙蓋滿足直升機停靠。除常規(guī)設(shè)計外,舾裝設(shè)計要對上述特點進行特定分析,量身定制,以期以最優(yōu)狀態(tài)在滿足規(guī)范要求的基礎(chǔ)上滿足居住舒適、使用便捷等要求,大大超出以往同類散貨船的常規(guī)設(shè)計。雖然首制船已投入運營,但該型船的設(shè)計建造依然在進行,有必要總結(jié)該船型的舾裝設(shè)計特點,便于持續(xù)優(yōu)化。

1 船舶基本信息

總長227.2 m,型寬36 m,型深20.35 m,主甲板梁拱高度0.8 m,定員為26人。全船設(shè)7個貨艙,其中第四貨艙為風暴壓載艙;除第一貨艙外,其他貨艙艙口寬度達到17 m;所有貨艙配置側(cè)移式艙蓋,艙口圍高度為1.25 m;貨艙之間可設(shè)置甲板室,第四貨艙艙蓋上設(shè)置直升機?？繕酥?可停靠螺旋槳直徑為13 m的直升機。貨艙前后分別是機艙和首尖艙,首部主甲板上設(shè)置首樓。船舶采用低風阻長條形上建,第一層的寬度約為18.3 m,從第二層甲板起至羅經(jīng)甲板大幅減少寬度至10.7 m,并采用向船尾方向偏折的上建前端壁。首樓甲板設(shè)置錨系泊操作區(qū)域,主甲板尾部設(shè)置系泊操作區(qū),分別設(shè)置組合式錨絞機和系泊絞車等系泊設(shè)備,第一、二貨艙之間和第六、七貨艙之間設(shè)置絞車及系泊屬具,通過合理布置以實現(xiàn)錨泊功能和系泊要求,可航經(jīng)巴拿馬運河新船閘,?？慷鄠€港口。上建周圍綜合考慮救助、起吊區(qū)等功能,主甲板設(shè)置從上建區(qū)域到達首樓的安全通道,船體中部設(shè)置繩梯和組合舷梯供引水員登乘。該船基本信息見圖1。

圖1 85 000 DWT散貨船基本信息

2 舾裝設(shè)計分析

2.1 低風阻上建居住區(qū)布置

本船采用長條形低風阻上建布置形式,可有效降低風阻減輕結(jié)構(gòu)重量,但對于居住區(qū)的布置提出較嚴苛要求,因為上建作為人員集中區(qū),需兼顧居住生活、駕控、避險逃生要求。單就居住區(qū)而言將包含休息、餐飲、衛(wèi)浴、娛樂、健身、醫(yī)療、辦公等事項,還要統(tǒng)籌居住區(qū)相配套的存儲、通風、供水等要求。《國際海上人命安全公約》(以下簡稱SOLAS)和《國際海事勞工公約》(可簡稱MLC)及其修訂本,都有相關(guān)細則描述[1]。

將主甲板以上的上建依次命名為A甲板、B甲板、C甲板、D甲板和駕駛甲板及羅經(jīng)甲板。為滿足定員為26人的居住要求,兼顧餐飲、娛樂、醫(yī)療、儲藏等功能,根據(jù)上建自身特點,基本布置如下。

由于機艙棚在主甲板與上建主體相連但在A甲板開始與居住區(qū)分開,A甲板和C甲板設(shè)定為救生相關(guān)甲板;主甲板兼顧冷庫、空調(diào)等功能房間的布置,設(shè)置船舶辦公室并兼做會議室,A甲板以餐飲娛樂為主,B甲板至D甲板以居住艙室為主,駕駛甲板以駕駛室為主并配置航行設(shè)備間和引水員住艙等;主甲板和A甲板采用沿船寬方向布置的走廊,將整個內(nèi)部空間劃分為前后兩個部分,B甲板至D甲板則采用沿船長方向布置的走廊,走廊左右方向設(shè)置住艙;梯道環(huán)圍區(qū)域設(shè)置電纜間和居住艙室空調(diào)通風結(jié)構(gòu)風道;官員集中居住于D甲板和C甲板首部,普通船員集中居住于B甲板及C甲板后部。這種根據(jù)性質(zhì)分層、功能分區(qū)的布置方式充分利用了上建內(nèi)整體空間。以A、C甲板布置方案為例,其基本布置見圖2。

圖2 居住區(qū)基本布置

本船上建居住區(qū)布局滿足定員配置等要求,但存在一定的短板,見圖3。D甲板在梯道環(huán)圍附件設(shè)置獨立會議室,原C甲板梯道環(huán)圍部分空間調(diào)整為備員住艙,該房間狹小,布置窘迫,沙發(fā)尺寸減小。由于上建前壁采用折角形式并在端部導(dǎo)圓處理,導(dǎo)致部分家具布置不能實現(xiàn)正橫向布置;部分房間為實現(xiàn)某些家具正橫向布置的使用習(xí)慣,不得不調(diào)整內(nèi)襯板的布置,因此使得內(nèi)襯板與鋼圍壁的間距增大,降低了房間面積的使用率,以醫(yī)院為例存在較多冗余空間。電纜間空間狹小,內(nèi)部除電纜和所在甲板層分電箱外無其他設(shè)備,按照防火分類中5類處所而免除鋼圍壁,但與走廊之間至少為B級分隔,增加了現(xiàn)場施工的難度。

圖3 備員間與病房布置

針對上述短板,建議減少1名定員,即取消C甲板備員間,調(diào)整為電氣設(shè)備間或儲藏室,同時調(diào)整梯道布置而增大電纜間有效面積并以鋼圍壁環(huán)圍。優(yōu)化居住條件時可將上建外壁自A甲板向上向兩側(cè)各擴大一檔,使內(nèi)部布置更為充裕。調(diào)整后C甲板布置方案見圖4。

圖4 居住區(qū)局部調(diào)整方案

2.2 貨艙區(qū)安全通道設(shè)計

本船設(shè)置首樓,首樓內(nèi)部設(shè)有工作間,首樓甲板為首部錨泊系泊操作區(qū),根據(jù)《國際載重線公約》,甲板面應(yīng)設(shè)置從居住區(qū)到達首樓的安全通道,寬度不小于0.6 m,并借助艙口圍等結(jié)構(gòu)設(shè)置固定風暴索的支撐結(jié)構(gòu)。在大開口設(shè)計模式下,貨艙口寬度達到17 m,艙蓋軌道結(jié)構(gòu)邊緣距離舷側(cè)只有2.54 m,當貨艙艙蓋全部打開時,艙蓋邊緣接近最大船寬,此時安全通道恰在貨艙蓋下方,為避免碰頭事故,需保證安全通道的高度,通常不小于2 m。由于艙口圍高度僅為1.25 m,雖考慮梁拱高度,艙蓋在打開后其下緣在軌道結(jié)構(gòu)邊緣處距離主甲板僅有1.96 m(包含艙蓋自身起升高度約0.15 m),此時安全通道不能緊靠艙口圍設(shè)置,應(yīng)適當向舷側(cè)移動,從而保證通道凈高約超過2 m。貨艙中部區(qū)域設(shè)置引水員登乘舷梯,舷梯立柱等裝置占據(jù)一定空間,此時安全通道必需向船中移動,通道凈高只有1.98 m。舷梯的翻梯裝置高度至少2.15 m,并落在開啟狀態(tài)下艙蓋的下方,二者相互干涉。為此需將艙蓋整體抬高0.2 m,及將艙口圍高度加高至1.45 m,由此獲得良好的通道布置,見圖5。

圖5 引水員登乘區(qū)安全通道布置

2.3 甲板下永久性結(jié)構(gòu)檢驗通道設(shè)計

根據(jù)SOLAS和MSC 158(78) 等法規(guī)要求,當貨艙甲板面到貨艙內(nèi)底高度大于17 m時,貨艙區(qū)甲板下方1.6～3.0 m的高度上設(shè)置橫向布置或縱向布置的永久性結(jié)構(gòu)檢驗通道(以下簡稱檢驗通道),檢驗通道最小凈寬為0.6 m,并設(shè)有不低于1.0 m的欄桿[2]。本船貨艙區(qū)設(shè)置雙層底,貨艙之間以槽型艙壁分隔,槽型艙壁上下分別設(shè)置頂墩和底墩,貨艙借助槽型艙壁設(shè)置貨艙梯可到達貨艙內(nèi)。由于主甲板中心至貨艙內(nèi)底高度為19.05 m,主甲板下設(shè)置橫向布置的永久性結(jié)構(gòu)通道,屬于甲板下吊頂結(jié)構(gòu)平臺,可借助主甲板開孔和垂直梯子到達,也可借助頂墩結(jié)構(gòu)開孔到達。

第四貨艙作為風暴壓載艙,艙長24.3 m,其首尾橫艙壁上面的頂墩均設(shè)置在該貨艙內(nèi),頂墩按照常規(guī)設(shè)計采用倒梯形結(jié)構(gòu),艙口的長度為18 m,此時頂墩斜板與艙口端橫梁(艙口圍內(nèi)側(cè)正下方橫梁)之間的間距僅為0.8 m。按照常規(guī)設(shè)計,結(jié)構(gòu)檢驗通道靠近頂墩結(jié)構(gòu),間距僅為0.6 m,見圖6。

圖6 甲板下結(jié)構(gòu)檢驗通道

根據(jù)結(jié)構(gòu)專業(yè)分析,需從艙口端橫梁起設(shè)置甲板縱桁至頂墩,結(jié)構(gòu)重量冗余嚴重。綜合考慮頂墩結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)檢驗通道布置方案,使二者合一,即將艙口端橫梁和頂墩斜板進行融合形成整體型五邊形頂墩,借助頂墩內(nèi)部通道作為結(jié)構(gòu)檢驗通道。這種設(shè)計既可增加結(jié)構(gòu)強度,又可節(jié)省結(jié)構(gòu)重量約2 t,同時避免頂墩外甲板下結(jié)構(gòu)施工,內(nèi)置式檢驗通道更加安全便捷。該五邊型整體頂墩結(jié)構(gòu)也稱箱型頂墩結(jié)構(gòu),見圖7。

圖7 整體式頂墩結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)檢驗通道

2.4 系泊設(shè)計方案調(diào)整

本船系泊設(shè)計以規(guī)范要求為基礎(chǔ),滿足巴拿馬運河新船閘系泊要求,考慮應(yīng)急拖帶要求,可實現(xiàn)常規(guī)系泊模式,并考慮多個港口的系泊要求[3]。但是隨著運河和港口規(guī)則的更新,系泊設(shè)計方案需要及時調(diào)整,以免影響營運。根據(jù)2020年巴拿馬運河當局規(guī)則(以下簡稱ACP規(guī)則),距艏部最前端向后16～70 m范圍內(nèi)布置導(dǎo)纜孔和相匹配的帶纜樁用于拖帶,稱為“SET2”;距艉部最后端向前16～60 m范圍內(nèi)布置導(dǎo)纜孔和相匹配的帶纜樁用于拖帶,稱為“SET3”。2022年ACP規(guī)則中上述“SET2”和“SET3”中導(dǎo)纜孔布置要求分別調(diào)整為24～70 m和24～60 m。同時ACP規(guī)則要求首部用于拖帶的導(dǎo)纜孔應(yīng)設(shè)置在錨臺內(nèi)側(cè),以免拖纜被錨阻擋造成危險。

當?？坷蹠r,本船需根據(jù)港口要求設(shè)置相應(yīng)的系泊方案。根據(jù)港口要求,首尾部各設(shè)置4根系泊纜索,每2根系泊纜索并行,從系泊絞車引出經(jīng)由舷邊導(dǎo)纜滾輪后系固于相應(yīng)的浮筒處;首尾部各設(shè)置2根并行的拖帶纜索,拖帶纜索可經(jīng)由巴拿馬導(dǎo)纜孔分別系固于臨近的帶纜樁上;首尾部各設(shè)置1根倒纜系固于碼頭區(qū)。

經(jīng)核對,本船原系泊設(shè)計方案中位于舷側(cè)用于系泊的導(dǎo)纜孔需調(diào)整為導(dǎo)纜滾輪,原位于錨臺后方的用于巴拿馬拖帶用的導(dǎo)纜孔和帶纜樁需移動至錨臺內(nèi)側(cè),首部用于拖帶的導(dǎo)纜孔不滿足“SET2”中最小間距要求需要改變導(dǎo)纜孔及其匹配帶纜樁定位。首尾部系泊布置方案見圖8。

圖8 首尾部系泊布置方案

2.5 直升機?？颗渲?/h3>

本船第四貨艙艙蓋頂部可?？恐睆綖?3 m的直升機,滿足澳大利亞港口引水員利用直升機日間登乘需求。直升機降落區(qū)域消防配置要滿足澳大利亞當局《直升機降落操作手冊》(以下簡稱《手冊》)、SOLAS和《Fire Safety System Code》(以下簡稱《FSS Code》)的相關(guān)要求[4-5]。

綜合上述手冊和法規(guī)等要求,直升機降落區(qū)消防設(shè)備可適當利用船舶現(xiàn)有消防設(shè)備,比如消防栓、水龍帶、消防員裝備、備用滅火器等,泡沫系統(tǒng)可利用便攜式泡沫發(fā)生裝置,通過連接裝置與水龍帶和泡沫劑相連,利用消防栓進水形成高壓泡沫液并持續(xù)噴射,泡沫劑用量則需要根據(jù)噴射率和噴射時間確定。根據(jù)本船的消防配置,為直升機降落區(qū)提供兩種消防配置,見表1。

表1 85 000 DWT散貨船直升機降落區(qū)消防配置要求

其中第一種方案成本低,但操作不方便,需要直升機降落時提前搬運至降落區(qū);第二種方案方便捷,但增加購置成本。

根據(jù)手冊要求,當直升機采用自兩舷側(cè)向船舶中部?？繒r,直升機降落區(qū)突出物高度不超過2.5 cm,直升機降落區(qū)向外1倍直升機直徑范圍內(nèi),障礙物最大高度不超過直升機直徑的20%,障礙物高度與偏離距離成1∶5的關(guān)系[9]。本船直升機降落區(qū)在第四貨艙艙蓋頂部,向后設(shè)有甲板室,頂部設(shè)置欄桿。根據(jù)上述無遮擋要求,甲板室高度應(yīng)盡量降低,其頂部欄桿設(shè)置為可倒式,用于直升機降落區(qū)登乘斜梯端部設(shè)置可拆式欄桿,具體見圖9。

圖9 直升機降落無遮擋區(qū)設(shè)計

3 結(jié)論

根據(jù)船型特點,舾裝設(shè)計特別關(guān)注低風阻上建、大開口艙口和低艙口圍結(jié)構(gòu)設(shè)計、巴拿馬運河規(guī)則更新、直升機?？康纫蛩?。

長條形低風阻上建可以滿足定員的居住要求,但布置相對局促,需要反復(fù)調(diào)整才能獲得較好的居住區(qū)布置方案,而且要特別注意一些較小空間的利用。建議適當拓寬居住區(qū)寬度以增大平面面積,為居住區(qū)布置優(yōu)化提供更大空間。

貨艙采用大開口和低艙口圍設(shè)計時,如果頂墩端部靠近艙口端橫梁,可采用整體式頂墩結(jié)構(gòu),頂墩內(nèi)部作為甲板下永久性結(jié)構(gòu)檢驗通道更加安全便捷,同時減少貨艙內(nèi)搭接結(jié)構(gòu)。設(shè)置甲板安全通道時,特別注意引水員登乘舷梯裝置與艙口蓋的高度,如有干涉則需要適當增加艙口圍高度。

系泊設(shè)計應(yīng)根據(jù)港口等最新規(guī)則進行調(diào)整,如在建造階段無法實現(xiàn)調(diào)整時,應(yīng)在后續(xù)建造項目中進行及時調(diào)整,提高港口適配性。

散貨船貨艙艙蓋作為直升機降落區(qū)域,除單獨購置應(yīng)急工具箱外,可利用船舶現(xiàn)有消防設(shè)備,其中便攜式泡沫發(fā)生裝置與消防水龍帶配合,借助消防栓進水形成混合液可持續(xù)噴射,形成泡沫系統(tǒng),但要配置足夠泡沫劑。直升機降落區(qū)域如有其他甲板室等結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮無遮擋要求,降低結(jié)構(gòu)物高度或采用可倒結(jié)構(gòu)形式。