中國漁政306船設計

摘 要：本文介紹中國漁政306船的設計，著重介紹該船的節能、安全性及適航性方面的先進性，是綠色船舶設計的成功范例。

關鍵詞：漁政船設計; 節能; 安全性; 適航性

Design of China Fishery Administration Ship 306

LI Yingbo

( Guangzhou Marine Engineering Corporation， Guangzhou 510250 )

Abstract: This article introduces the design of china fishery administration ship 306 by focusing on the advanced technology in energy saving， safety and navigability， which is a successful example for green ship design.Key words: Design of fishery administration ship; Energy saving; Safety; Navigability

1 前言

中國漁政306船是漁政執法公務船，航行于我國南海海域，代表國家行使漁業行政執法權，履行南海海區海洋漁業行政管理，執行200 n mile專屬經濟區巡航管理任務，加強南海海域特別是西沙海域的有效管理，保障南海西沙群島海域漁業生產秩序和漁民安全，維護我國南海主權、漁業權益，促進遠洋漁業持續、穩定、有效發展。

根據農業部南海區漁政局的設計要求，通過設計競標，廣州船舶及海洋工程設計研究院獲得了中國漁政306船(400 t級漁政船)從初步設計到詳細設計的全部設計任務。

該項目于2008年立項，2009年9月開始設計，2010年3月完成圖紙審查工作，2010年9月開工建造，2011年8月交船。

本船從立項到交船都很順利，設計、建造無返工，一次試航即交船成功，根據航行試驗證明，本船排水量、穩性、快速性、操縱性，適航性等性能指標都到達或超過設計要求，機電設備運行良好。

2 船舶概況

本船為中速漁政管理公務船，具有球首、雙尾鰭、圓舭、長首樓、中后機型、雙機、雙槳、雙舵。主船體及首樓為鋼質全焊接結構，甲板室為鋁合金結構。本船設計主要規范和規則：

中華人民共和國漁業船舶檢驗局（ZY）《漁業船舶法定檢驗規則》（2000）及2008年修改通報、相關通告；

中國海事局（CHINA MSA）《船舶與海上設施法定檢驗規則—國內航行海船法定檢驗技術規則》（2004）及2006、2008年修改通報；

中國船級社（CCS）《國內航行海船建造規范》（2006）。

2.1 總體設計

1）主要要素

總 長 56.00 m

垂線間長 50.20 m

型 寬 7.80 m

型 深 3.85 m

設計吃水 2.70 m

總 噸 470

設計航速 18 kn

船 員 18 人

定 員 28 人

航 區 遠 海

續 航 力 2 000 n mile

自 持 力 30晝夜

2）總體布置

見圖1。

圖1 中國漁政306

主甲板下共設6道水密艙壁，從尾自首分布為為舵機艙、后儲藏艙、機艙、減搖鰭艙、空調機室、冷庫、淡水艙、武備艙及首尖艙。

主甲板上尾部為開敞甲板，其余為長首樓甲板室，從首至尾設有帆纜艙、錨鏈艙、前儲藏艙，三人室2間，二人室5間，一人室2間，輪機長室，環境監測兼醫療室、辦案室、餐廳、廚房、洗衣間各1間，廁所、浴室各3間。

首樓甲板上的甲板室，設有接待室、船長室、教導員室各1間、一人室2間。

駕駛甲板的甲板室，前為駕駛室，后為無線電室、值班室及蓄電池室。

3）完整穩性

本船在各種裝載情況下的完整穩性滿足中國海事局《船舶與海上設施法定檢驗規則—國內航行海船法定檢驗技術規則》（2004）及其修改通報對遠海航區船舶的要求。

4）破艙穩性

本船參照中國海事局《船舶與海上設施法定檢驗規則 — 國內航行海船法定檢驗技術規則（2004）》及其修改通報對航行于遠海航區客船的要求核算破艙穩性。各種載況都滿足法規的要求。

2.2 船體結構

本船主體結構按CCS規范進行設計，并結合本船使用的具體情況進行局部加強；甲板室構件采用直接計算法確定。

本船主船體及甲板室均為橫骨架式全焊接結構，全船肋距為600 mm。首樓甲板及其以下船體采用船用A級鋼，推進器柱及首柱采用鑄鋼。

甲板室材料采用鋁合金帶筋板，以縮短建造周期并減少焊接變形。

2.3 舾裝設計

1 ) 舵系統

本船配流線型平衡舵2具，舵面積2.4 m2×2，配40 kN#8226;m擺式電動液壓舵機1臺。

2 ) 錨泊設備

首錨：660 kg斯貝克錨2具。

錨鏈： AM2有檔電焊錨鏈，鏈徑22 mm，總長302.5 m，2條。

錨機：電動起錨機1臺。

3 ) 救生設備

救生設備按運載不超過50名特殊人員的特種用途船舶的要求設計，主要配備如下：

15人氣脹式救生筏6只，救助艇兼工作艇1艘。電動液壓全回轉吊機1臺，吊臂長8 m，起重量3 t，兼救助吊放裝置。

4 ) 航行、信號設備

按海船《法規》配備，補充個別內河水域要求。

5 ) 內裝

居住艙室的分隔采用IC法，用B-0級的金屬蜂窩板分隔艙室；鋼質圍壁及天花采用鋁蜂窩板裝飾。床鋪、衣柜、桌臺等家具采用鋁蜂窩板制造。

6 ) 其他船體裝置及武備

減搖裝置：不可收放式減搖鰭裝置1套。

武備：雙管高射機槍1挺。

2.4 機電設計

本船機電部分設計按法規及規范的要求進行設計：

1）主機

主機型號： KTA50-M2

標定功率： 1 268 kW（1 700 hp）

標定轉速： 1 800 r/min

主機形式：16缸V型、4沖程、渦輪增壓、中冷、不可逆轉。

2 ) 輔機

型號： 6CTA8.3-Gm155

功率/轉速： 155 kW/1 500 r/min

3 ) 空調機系統

空調冷水機組1套

4 ) 水炮

消防防暴水炮2門。

5 ) 主要電氣設備

導航設備：雷達2套，GPS定位系統1套，電子海圖1套，測深儀1套，計程儀1套，自動識別系統1套。

取證設備：跟蹤取證系統1套。

3 總體設計的關鍵技術問題

3.1 總體設計思想及技術關鍵點

本船為漁政執法公務船，代表國家行使漁業行政執法權，航行于我國南海海域。必需具有良好的操縱性、耐波性，外觀威嚴、莊重，體現我國執法船形象。本船設計緊跟時代潮流，圍繞高性能、安全、舒適及節能的主題進行設計。技術關鍵點如下：

①排水量為400 t級，即本船排水量必需控制在400~500 t之間；

②航速大于18 kn；

③造價不能超預算。

3.2 主尺度及船型的確定

根據南海的海況特征，從耐波性角度講，船長70 m以上、排水量1 000 t以上的船舶更合適。從海區執法需求講，400 t、1 000 t及以上的執法船都需要。小噸位執法船有不可代替的優勢，機動靈活，可航行更淺水域，執法范圍廣。農業部著眼解決西沙海區無漁政執法船問題，批復400 t級漁政船的立項。400 t級船有好幾個尺度組合，恰逢鋼材價格下跌，漁政局領導提出本船的尺度要求，即在不超標（400 t級及造價）的前提下盡量加大主尺度。經細致估算，采用我國上一代成熟船型—500 t級漁政船的主尺度作為本船的主尺度。船型問題，我國400～500 t級的執法船有兩種船型，即通長甲板型和長首樓型。通長甲板型的優點是空船重量輕，受風面積小，穩性好，缺點是船首高度小，易上浪，空間小，船員住艙布置在主甲板以下。長首樓型的優點是船首高，大傾角穩性好，儲備浮力大，進水角大，不易上浪，空間大，船員住艙在主甲板以上，缺點是空船重量大，受風面積大。綜合比較后，我們認為長首樓船型更適合遠海航區，更能保證船員居住的舒適性，通過優化設計，最大限度地降低長首樓船型的缺點。

3.3 外形設計

外形設計也是執法公務船重要部分，執法公務船的主要功能在于執行次軍事任務，外觀要求威嚴、莊重、大氣，體現我國執法船形象。本船設計時注意時注意線條、立面的處理，力求簡潔、鮮明；甲板室，雷達桅及煙囪均為方型，協調統一；船首外飄，首部設大弧度舷墻，視覺效果顯得大氣。

3.4 空船重量控制

尺度大排水量小是船舶設計上一對矛盾，用500 t級船的尺度設計400 t級船的成敗在于空船重量的控制，對本船來說排水量不超標關鍵在于空船重量的控制。從500 t級船變為400 t級船不是靠降低載重量，而是靠降低空船重量。本船在空船重量控制方面取得極大成績，空船重量比相同尺度的500 t型船降低了100 t。在空船重量控制方面，我們作了許多細致工作。

1 ) 選用輕型設備

本船設備重量影響較大主要是動力系統，在主機選型時說服用船部門采用高速機方案。本船立項初期用船部門偏向中速機，認為中速機故障率低、大修期長。根據我們的經驗400～500 t級的小型船采用雙中速機機艙布置很困難，而且每臺中速機比相同功率的高速機重十幾噸。高速柴油機技術已到達很高水平，在油耗、大修期等性能指標已接近中速機水平。最終用船部門采納我們的建議。

2 ) 結構優化設計

設置支柱代替鋼質艙壁，在滿足強度的前提下盡量減少鋼船質艙壁。甲板室采用帶筋鋁板，并采用直接計算法計算強度，比用規范設計可減重20%。

3 ) 設備多功能化

本船在部分設備選用多功能設備，實現一物多用，既節省空間又減輕重量。例如，本船不單獨配救助艇，而用執法工作艇兼救助艇。也沒有為救助艇單獨配吊放架，而用液壓回轉起重機兼艇吊架。

4 ) 內裝

選用B-0級金屬蜂窩板代替鋼圍壁分隔艙室，用鋁蜂窩板作本船的裝飾及家具材料。蜂窩板是一種重量輕、強度高的理想裝飾材料，已廣泛應用于高鐵及飛機的裝飾。本船所用的金屬蜂窩板每平方米的重量比復合巖棉板輕6 kg，鋁蜂窩板每平方米的重量比復合巖棉板輕10 kg，所以本船內裝整體重量控制在很低的水平。

5 ) 重心控制

本船由于重心位置控制較好，重量分布上輕下重，穩性滿足法規要求，不需設固定壓載。

6 ) 建造廠嚴格按圖施工

建造廠能否嚴格按圖施工也是重量、重心控制的關鍵，本船傾斜試驗結果與設計重量、重心匯總結果誤差率很低，重量的誤差率小于0.1%，重心高的誤差率小于1%。

3.5 節能設計

本船設計時在保證本船性能的前提下力求節能，扣除與高速機相配的螺旋槳的效率損失，本船比我國上一代中速機長首樓的500 t級漁政船節能25%。主要節能設計工作如下：

1 ) 減輕空船重量

節能最簡單的辦法就是減輕空船重量，海軍系數或長度排水量系數都可以能證明排水量對功率的影響，尤其是快艇，排水量對阻力更敏感。本船與我國上一代中速機長首樓的500 t級漁政船相比，總噸幾乎相同，空船重量約輕了100 t。排水量減少100 t有何意義？本船模型自航試驗做了兩個載況，分別是2.7 m吃水和3 m吃水，兩者的排水量相差91 t，從14 kn到18 kn，3 m吃水各個航速點所需主機功率是2.7 m吃水時對應航速點的1.25倍，若以17 kn平均巡航速度，可節省功率350 kW，按30年服役時間，平均每年的巡航時間為200天，共4 800小時， 整個服役時間總共可節約10130.4 t燃油，柴油價格為每噸7 000元，則30年可節省7 091.28萬元，差不多是本船造價的3倍。

2 ) 型線優化

本船型線采用圓舭型，船首為球首，船尾為雙尾鰭。球首能否降阻取決于方形系數CB和傅氏數Fn，根據NPL的經驗，本船在傅氏數Fn>0.33時，球首有降阻作用，我們用SHIPFLOW軟件進行驗證，航速18 kn時，有球首比無球首降阻3%。

本船雙尾鰭的主要降阻作用是減少尾軸及軸架的附體阻力，雙尾鰭船具有很好的航向穩定性，可不設呆木，船體濕面積增加不多，摩擦阻力增加不大。本船與設軸架、呆木的普通圓舭艇相比，總阻力可下降7%。本船試航航速達18.6 kn，證明有較好的快速性。

3 ) 零固定壓載和零壓載水

本船嚴格控制重心高度，優化液艙布置，實現零固定壓載，正常天氣航行無需壓載水。

3.6 安全方面的設計

本船沒有因為輕量化而降低安全標準。

1 ) 結構強度

本船主船體板厚按3 m的結構吃水進行設計，底板厚度為方便訂貨又適當取厚，這不僅保證主船體有足夠強度，又保證空船重心高度。甲板室采用帶筋鋁板，重量輕強度高，帶筋鋁板的優點是材料的截面面積分布合理，使截面具有較大剖面模數。

2 ) 完整穩性及破艙穩性

本船穩性具有較大的安全裕度，穩性規范核算只計及舭龍骨的作用，沒有包含減搖鰭及雙尾鰭，實際上減搖鰭及雙尾鰭有提高穩性作用，根據有關文獻，減搖鰭可使K值增大1.2~1.3倍。另外，本船中部設壓載水底艙，在惡劣海況下，可注壓載水進一步改善穩性。

《法規》（2004）對特殊用途船的分艙標準沒有規定，本船破艙穩性按航行于遠海航區客船的要求進行核算。

3.7 適航性方面的設計

1 ) 耐波性

本船在舯部設1套不可收放式減搖鰭。在五級海況下（有義波高H1/3 = 2.5～4.0 m），航速18 kn時，啟動減搖鰭后，剩余橫搖角幅度平均值不大于3°。另外本船型線設計也有考慮到耐波性，橫剖線呈V型，球首為倒水滴型，尾鰭剖面中線與縱剖面有15°夾角，這些都能為橫搖、縱搖提供阻尼，所以本船的耐波性優于普通圓舭艇。

2 ) 減振降噪

本船減振降噪的主要如下措施：

布置上船員住艙、工作艙盡量遠離機艙。艙室間用鋁蜂板隔音，隔音量為32 dB。機艙集控室采用浮動地板進行減振，主機、發電機基座周邊等振動源敷設阻尼材料。

4 結束語

中國漁政306船—400 t級漁政船是我院新開發設計的公務執法船。本船外形、內部布置、船舶性能以及設備配置比上一代500 t級漁政船都有所提高，特別在節能方面取得較好的效果，受到用戶的高度評價，體現了設計的價值，也說明船舶優化設計的空間很大，雖然是小型船舶，優化設計的方法很值得綠色船舶開發設計借鑒與參考。