近海供應(yīng)船改裝為特種用途船的概率破艙穩(wěn)性研究

關(guān)鍵詞：特種用途船；概率破損中圖分類號：U661

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Probabilistic Damage Stability Study for Conversion of Offshore Supply Vessel to Special Purpose Ship

LI Yufen（China Classification Society Industrial Corp.Guangzhou Branch， Guangzhou 51O110， China）

Abstract：This paper investigates the probabilistic damage stability requirements for converting an offshore supply vessel into a Special Purpose Ship（SPS）.By comparing damage stability calculation methodologies between offshore supply vessels and SPS，thestudy identifies key challenges inmeeting probabilistic damage stabilitycriteria and proposes targeted solutions.The analysis focuses on regulatory compliance gaps and structural adaptation strategies during conversion， providing actionable references for similar vessel modification projects.

Key words：SPS；probabilistic damage stability

1 引言

近海供應(yīng)船作為海上工程的重要支持力量，通常具備快速響應(yīng)、靈活機(jī)動、良好的物資補(bǔ)給能力等特點，這些特點使得它們成為海上作業(yè)不可或缺的一環(huán)。

隨著海洋工程領(lǐng)域的不斷發(fā)展，對船舶作業(yè)能力的要求也在不斷提高。船東為了滿足某海工項目中對ROV機(jī)械設(shè)備的使用需求，計劃在該船主甲板后部增設(shè)相應(yīng)的作業(yè)設(shè)備，并增配26名相關(guān)的操作人員。這一舉措不僅將大幅提升船舶的作業(yè)能力，也對其穩(wěn)性以及人員管理等方面提出了新的挑戰(zhàn)。

本文研究了一艘中國旗近海供應(yīng)船的改裝（人級CCS，配員16人），重點分析了改裝過程中的破損穩(wěn)性問題。研究內(nèi)容包括船舶概率破艙和輪機(jī)管路方面的要求，旨在確保改裝后船舶能滿足特種作業(yè)的穩(wěn)性要求，為類似改裝提供參考。

2 改裝前后規(guī)范的對比

該船的建造時間為2008年8月，改裝前，該船屬于近海供應(yīng)船，建造時采用《近海供應(yīng)船設(shè)計與建造指南》（2006）計算破損穩(wěn)性，船長小于 8 0 m ，其破艙穩(wěn)性的計算僅需遵循國際海事組織（IMO）的確定性方法，這與常規(guī)運(yùn)輸船舶的載重線破艙穩(wěn)性計算方法類似。船舶的確定性破艙穩(wěn)性計算是一種基于假設(shè)破損情況的計算方法，它通過預(yù)設(shè)特定的破損艙位和范圍，計算船舶在這些破損情況下的剩余穩(wěn)性。需要計算的破損艙組數(shù)量少、計算工作量小。

根據(jù)規(guī)范要求，近海供應(yīng)船的橫向破損范圍為船寬的B/20，但這一數(shù)值不小于 。值得注意的是，如果近海供應(yīng)船的機(jī)艙設(shè)置了符合規(guī)范要求的雙殼結(jié)構(gòu)，那么在計算破艙穩(wěn)性時，機(jī)艙部分可以被排除在破損范圍之外。機(jī)艙段的長度和位置對破艙穩(wěn)性的計算具有決定性的影響。一方面，由于機(jī)艙通常位于船艏附近（這類船的上層建筑也常設(shè)在首部，導(dǎo)致空船時重量和重心偏向前部），機(jī)艙浸水后容易引發(fā)不利的縱傾，增加沉船風(fēng)險；另一方面，機(jī)艙的艙長較長，艙容較大，滲透率也較高（達(dá)到 8 5 % ）。

對于該船，雖然機(jī)艙段仍被視為最危險的破損工況，但由于其雙殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計，破損范圍僅限于雙殼之外，這大大改善了破損后可能產(chǎn)生的不利浮態(tài)（縱傾），因此機(jī)艙的破損情況在穩(wěn)性計算中已被排除。由于對破艙穩(wěn)性的要求相對寬松，目前大多數(shù) 1 0 0 m 以內(nèi)的近海供應(yīng)船經(jīng)典船型都會充分利用這些要求，以優(yōu)化裝載能力和實現(xiàn)更為靈活的總布置。

簡要布置如下（標(biāo)注為破損長度）。

該船于2020年1月份改造，適用中國海事局《國際航行海船法定檢驗技術(shù)規(guī)則》（2014）及現(xiàn)行有效的修改通報的相關(guān)要求。建造時采用《近海供應(yīng)船設(shè)計與建造指南》（2006）校核穩(wěn)性。然而，隨著該船船舶功能的轉(zhuǎn)變和作業(yè)需求的提升，該船改為特種用途船，需要采用《國際航行海船法定檢驗技術(shù)規(guī)則》（2014）的“特種用途船舶安全規(guī)則”的相關(guān)要求校核穩(wěn)性。根據(jù)《特種用途船舶安全規(guī)則》的規(guī)定，特種用途船的分艙和破損穩(wěn)性通常應(yīng)將其視為客船，特殊人員視為乘客，且符合SOLAS第Ⅱ-1章的規(guī)定，由于該船載運(yùn)不超過60人，要求的分艙指數(shù)需達(dá)到0 . 8 R ，改裝后的船舶其破艙穩(wěn)性需滿足概率法破艙的要求。概率法是基于概率論原理，考慮破損的不確定性，通過計算不同破損情形的概率和生存能力來評估船舶的安全性。

該船的改造設(shè)計工作，需特別注意以下幾點：首先，要準(zhǔn)確定義所有可能的破損情形，包括不同位置、單艙、雙艙以及三艙的破損，以及它們各自發(fā)生的概率；其次，還需綜合考慮船舶新功能、新作業(yè)需求對穩(wěn)性的影響，通過后面提到的優(yōu)化設(shè)計，確保改裝后的船舶滿足概率法破艙要求。

概率法破艙穩(wěn)性計算原理基于概率論，考慮了船舶在運(yùn)營過程中可能遭遇的各種破損情形及其發(fā)生的概率，通過評估每種破損情形下船舶的生存能力（即破損后仍能維持一定浮態(tài)和穩(wěn)性的能力），綜合得出一個反映整體安全性的指標(biāo)一一分艙指數(shù)A。

分艙指數(shù)A是在三個吃水（輕載吃水、部分吃水和滿載吃水）裝載條件下，艙段或艙組在發(fā)生破損后能夠保持生存狀態(tài)的概率加權(quán)平均。艙段或艙組破損后的生存概率受到多個因素的影響，其中，破損位置在船舶長度方向上的坐標(biāo) x 以及破損艙段或艙組的無因次長度（LC/LS）尤為重要。特別值得注意的是，由于該船型的機(jī)艙通常位于首部，機(jī)艙的長度因此成為決定該船型概率破艙穩(wěn)性的關(guān)鍵性因素。這意味著，在船舶的設(shè)計和改裝過程中，必須充分考慮機(jī)艙長度對破艙穩(wěn)性的影響，以確保船舶在特種用途下的安全性能。

改裝后的主船體布置圖沒有變化，可參考圖1。

A指數(shù)具體按下式加權(quán)獲得。

（1）式中： 、 及 分別代表相應(yīng)于吃水 、 及 的裝載工況A指數(shù)； ！ 及 的吃水和縱傾見圖2;各指數(shù)之前的系數(shù)為加權(quán)系數(shù)。

各裝載工況相應(yīng)的A指數(shù)計算方法見下式。

與傳統(tǒng)的確定性破艙穩(wěn)性計算相比，概率法不僅考慮了破損位置和范圍的確定性因素，還引入了破損發(fā)生的概率以及不同破損情形下的生存能力評估，從而能夠更全面、更準(zhǔn)確地反映船舶的破艙穩(wěn)性狀況。這意味著在船舶設(shè)計過程中，需要綜合考慮船舶在各種可能破損情況下的穩(wěn)性表現(xiàn)，以確保船舶的安全性和生存能力。因此，在改裝過程中，需對船舶的穩(wěn)性進(jìn)行重新評估和優(yōu)化設(shè)計。通過合理調(diào)整裝載方式、降低載重線等策略，來滿足滿載狀態(tài)下的破損穩(wěn)性要求。

3提升概率破艙穩(wěn)性的策略與艙底水系統(tǒng)安全布置

本文計算采用COMPASS計算軟件，該軟件是中國船級社自主開發(fā)的，主要用于船舶各專業(yè)審圖的工程計算軟件，包含性能、結(jié)構(gòu)、電氣、輪機(jī)和特殊船型幾個分類的計算。

在解決該特種用途船概率破艙穩(wěn)性不足的問題時，我們采取了一系列針對性的改善措施來提高船舶的穩(wěn)性。

改善措施的解決思路是：首先，通過降低裝載重量的重心高度和降低滿載吃水線，以增大初穩(wěn)性高和儲備浮力，從而提升船舶的概率破艙穩(wěn)性。這些措施的實施基于詳細(xì)的計算和分析，以確保在滿足規(guī)范要求的同時，也符合船舶的實際運(yùn)營需求；其次，我們對艙底水系統(tǒng)的布置進(jìn)行了全面的檢查，以確保其符合《特種用途船舶安全規(guī)則》的相關(guān)規(guī)定，通過現(xiàn)場實測記錄和詳細(xì)的分析，我們確認(rèn)了這些設(shè)備的布置位置均滿足法規(guī)要求，從而確保了艙底水系統(tǒng)在破損后的正常運(yùn)行。

接下來，將詳細(xì)介紹這些改善措施的具體實施過程和效果評估。

本船主要參數(shù)如下，由其可知該船的機(jī)艙較長，按近海供應(yīng)船規(guī)范只需要滿足確定性破艙穩(wěn)性，原船的雙殼設(shè)計將機(jī)艙破損排除在外，利于該船的破艙穩(wěn)性計算結(jié)果。

由于該船機(jī)艙長度占船長的比例較大，約 3 0 % ，不利于概率破損的分艙指數(shù)，比較難滿足規(guī)范要求，用原船的技術(shù)參數(shù)計算概率破損，將原船的完整穩(wěn)性許用GM值代入計算，不斷迭代，最終直至最大GM值（即對應(yīng)穩(wěn)性報告里的裝載工況實際重量重心值），但仍然不滿足規(guī)范要求，見圖3所示。

針對該船改裝后概率破艙穩(wěn)性不滿足的問題，為了滿足特種用途船概率破艙穩(wěn)性采取以下措施。

3.1降低船舶重心高度

首先，重心是船舶各部分重力合力的作用點，包括船體構(gòu)件、機(jī)電設(shè)備及裝載的重量。當(dāng)船舶受到外力矩作用發(fā)生傾斜時，重心位置與浮心位置之間的關(guān)系將影響船舶的復(fù)原能力。其次，當(dāng)船舶的重心高度降低時，其初穩(wěn)性高（GM）會增大。初穩(wěn)性高是衡量船舶初穩(wěn)性的主要指標(biāo)，它反映了船舶在受到小角度傾斜時，抵抗外力矩并恢復(fù)平衡的能力。初穩(wěn)性高越大，船舶的復(fù)原力矩也越大，其穩(wěn)性越好。

此外，降低重心高度還有助于減少船舶在風(fēng)浪中的搖擺幅度。雖然初穩(wěn)性高過大的船搖擺周期短，但在適當(dāng)范圍內(nèi)增大初穩(wěn)性高，可以提高船舶在風(fēng)浪中的穩(wěn)定性，減少搖擺幅度。

綜上所述，降低船舶重心高度可以增大初穩(wěn)性高、減少搖擺幅度，提高船舶的穩(wěn)性，使其具有更好的抵抗和恢復(fù)平衡的能力。

該船降低重心高度的具體辦法為將原淡水艙分為自用和對外供應(yīng)兩部分。將該船雙層底內(nèi)的對外供應(yīng)的4個淡水艙作為固定壓載艙，固定壓載水艙滿載后，將進(jìn)、出管路用盲板法蘭盲斷阻隔。淡水艙改為固定壓載后，將極大改善輕載到港的穩(wěn)性。

3.2降低船舶的吃水

首先，通過減少船舶的載重量來降低載重線吃水，也因此減輕了船體的整體重量。較輕的船體在遭遇破艙進(jìn)水時，其浮力損失相對較少，從而有助于維持船舶的浮態(tài)穩(wěn)定。因此，在相同的破艙情況下，降低載重吃水線的船舶更有可能保持其原有的穩(wěn)性。

其次，破艙穩(wěn)性是指船舶在破損進(jìn)水后仍然能夠保持一定的浮性和穩(wěn)性，防止船舶沉沒或延緩沉沒時間。當(dāng)船舶的裝載量減少和吃水降低時，船體的重心也會相應(yīng)降低以及船舶本身的儲備浮力變大。這使得船舶在破損進(jìn)水后，更容易維持其平衡狀態(tài)。較低的重心和較大的儲備浮力意味著船舶具有更好的恢復(fù)能力，即使在部分船艙破損進(jìn)水的情況下，也能保持整體穩(wěn)定，減少因進(jìn)水導(dǎo)致的傾斜和沉沒風(fēng)險。

綜上所述，降低吃水有利于該船的概率破艙。因為較輕的排水量和較低的重心使得船舶在應(yīng)對不同破艙位置和進(jìn)水量的組合時，具有更大的穩(wěn)性裕量。本船的具體辦法為：將滿載出港的液體泥漿艙和干散貨艙裝載降為0，燃油的裝載量減少，滿載吃水由 7 . 5 m 降到 6 . 5 3 m 。經(jīng)過分析，通過降低裝載的重心高度以及降低該船的滿載吃水可以滿足規(guī)范要求，計算結(jié)果見圖4所示。

3.3影響破艙穩(wěn)性的船舶艙底水系統(tǒng)布置

根據(jù)《特種用途船舶安全規(guī)則》的穩(wěn)性與分艙章節(jié)，船舶需要滿足SOLAS第ⅡI-1/35-1條的規(guī)定，以確保艙底排水系統(tǒng)在碰撞或擱淺導(dǎo)致的損壞后仍能正常工作。具體要求如下：

1）艙底吸水管的任何部分如果位于距舷側(cè)不到1/5船寬的位置，或者位于箱形龍骨內(nèi)，應(yīng)在管子開口端所在艙室內(nèi)裝有止回閥；

2）艙底排水系統(tǒng)的分配箱、旋塞和閥應(yīng)設(shè)計成即使部分艙室浸水，艙底泵之一能用于任何艙室。如果艙底泵或其連接管在距舷側(cè)1/5船寬處有損壞，整個系統(tǒng)仍應(yīng)保持功能。如果所有泵共用一個管系，控制艙底吸水管的閥必須能從艙壁甲板以上操作。

如果存在應(yīng)急排水系統(tǒng)，它應(yīng)獨立于主系統(tǒng)，并能在規(guī)定的浸水情況下，至少有一個泵能用于任何艙室。應(yīng)急系統(tǒng)的操作閥也需能在艙壁甲板以上操作。

總之，艙底排水系統(tǒng)的總管、泵、閥件等不應(yīng)布置在距舷側(cè)1/5船寬的區(qū)域內(nèi)，以避免船舶損壞時影響系統(tǒng)運(yùn)行?？肯系闹Ч芸稍鲈O(shè)截止閥，以確保在支管損壞時，艙底水系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。

該船的船寬 B =1 8 . 8 m ，B/5為 3 . 7 6 m ，按照現(xiàn)場實測記錄，機(jī)艙艙底泵、總用泵、閥箱均不在 3 . 3 6 m 范圍內(nèi)，能滿足法規(guī)對“泵、總管、閥不能在B/5船寬至舷側(cè)”的要求。

4結(jié)論

通過本文的分析可以得出結(jié)論，對于機(jī)艙長度占船長比例很大（通常都達(dá)到 3 0 % 左右）、 8 0 m 以下的這種近海供應(yīng)船，改裝為特種用途船后，概率破艙穩(wěn)性不滿足規(guī)范要求時，可采取降低重心高度、降低滿載吃水等措施，可通過將部分淡水艙改為固定壓載艙，降低重心高度，增大初穩(wěn)性高；通過限制船舶裝載，降低船舶的排水量，使其在遭遇破艙進(jìn)水時能夠維持更穩(wěn)定的浮態(tài)以及船舶在面臨各種可能的破艙情況時具有更大的穩(wěn)性裕量；另外還需要注意檢查所有的總管、泵、閥件距離船舷的距離需滿足相關(guān)規(guī)范的要求，即避免船舶破損后波及管路、閥件破損的風(fēng)險，確保艙底水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

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