減輕船舶空船重量的全面優化設計

陸 洪 度

（上海佳豪船舶工程設計股份有限公司，上海 201612）

0 引 言

減輕船舶空船重量已倡導多年，但未達設計要求的事例，時有發生，主要原因是船舶優化設計的廣度和深度不夠。誠然，船體結構重量占據船舶空船重量的較大部分，結構的優化設計對減輕船舶空船重量具有舉足輕重的作用，但船舶設計是一個系統工程，需要總體、舾裝、結構、甲板機械、輪機、電氣等多個專業的密切配合，這些專業的優化設計也涉及到空船重量的減輕。因此，只有堅持全面優化設計，才能有效減輕船舶空船重量。

1 主尺度

與船舶空船重量關系最大的是船舶主尺度，尤其是船長。民用船舶的基本剖面模數以及波浪彎矩均與船長的平方成比例。因此，船長直接關系到船體鋼材消耗量即空船重量。船舶的其他主尺度，如型寬、型深等，對船舶的空船重量也有負面影響。顯然，較小的船舶主尺度能有效降低船舶空船重量。

船舶基本性能的滿足和提高是以主尺度為依托的。例如型深的大小和艙容、干舷、穩性、總強度等有關，滿足船舶最小干舷的型深其穩性不一定合格，因其大傾角時船舶的回復力矩較小；再如船長也和大傾角穩性有關。增加船長不會如增加型深那樣提高船舶重心高度，從而影響穩性。而是重心高度不變，船舶排水量加大，即大傾角時船舶回復力矩加大，從而改善大傾角穩性。在設計中，滿足總布置的較小船長，在型深較小的情況下，其大傾角穩性不富裕甚至不合格便是此緣故。因此，減輕船舶空船重量，并非一味地追求小主尺度，而是選取合理的主尺度、優化的主尺度。

船舶主尺度的選取又與總布置密切相關，優化的總布置能減小船的主尺度。如布置合理、緊湊，能縮短船長；艙室布置合理，能有效改善船舶穩性，減小船寬等。因此，船的主尺度應以優化的總布置為基礎，否則，所選主尺度不是經濟型尺度。

近年來，基于對已建船舶的主尺度多元回歸分析所產生的主尺度軟件包[1]、船型設計與航速預報應用服務系統[2]、正交法主尺度優化[3]等軟件及方法的應用有助于船舶設計師對新設計船的主尺度進行選取和控制，易于實現主尺度的優化。

設計之初，先確定主尺度，繪制中縱剖面線型，初步確定艏樓、艉樓長度、高度及干舷船長，初估設計船的方形系數等。在取得了這些數據后，便可按載重線規范，對設計船的干舷進步初步計算。按此獲得的“最小干舷”，再稍放余量，就較正確。較之參考型船的干舷，確定設計船的干舷，要可靠得多，可避免干舷不合格的設計大錯或干舷太富裕的弊病。

2 總體造型

船舶的總體造型不僅是一個美學問題，也涉及到船舶的性能及空船重量的控制問題。

2.1 艉樓

對海洋運輸船舶而言，艉樓的設置不是強制性的，視需要而定。因艉樓包容了艉部上甲板的整個面積，易于在艉部上甲板布置艙室；同時艉樓的設置又加大了船舶大傾角傾斜時的排水量，從而加大了大傾角傾斜時的船舶回復力矩，改善了船舶大傾角的穩性，也進一步改善了船舶的破艙穩性。只要船舶有較好的完整穩性，才會有合格的破艙穩性。但艉樓的設置一定程度上增加了船舶的空船重量，同時，艉系泊設備布置在艉樓甲板上，船員上下不甚方便。因此，對不設艉樓的船舶破艙穩性不成問題時，可不設艉樓，僅設甲板室。

2.2 艏樓

各國規范對海船船首甲板高度均有要求，大多數船舶用設置艏樓或增大脊弧的辦法解決。IACS（國際船級社協會）要求所有的散貨船、油船及其兼用船均應設置艏樓，并對艏樓的位置、高度及長度作了明確的規定。國際載重線公約1989年修正案對船首高度的計算公式進行了修改，并要求所有B型船舶艏部應有足夠的儲備浮力。規定了從艏垂線以后0.15船長（干舷船長）范圍內夏季載重線以上船體及艏樓的側投影面積應不小于修正案的要求。這里所說的側投影面積不僅和干舷有關，也和艏樓有關，艏樓的設置顯然有利于上述要求的實現，也有利于干舷的減少。

艏樓的設置對駕駛室可視范圍是有影響的。SOLAS公約（國際海上人命安全公約）要求從駕駛位置上所見的海面視域，在所有吃水、縱傾和甲板貨狀況下，自船首前方至任何一舷 10°范圍，均不應有兩個船身以上的長度或 500m（取其小者）遮擋；巴拿馬運河管理委員會對通過巴拿馬運河的船舶規定在壓載航行時，從指揮位置的海面視域自船首前方不應有大于1.5倍船長的遮擋。因此，過巴拿馬運河的船舶既要滿足SOLAS公約的要求，又要滿足巴拿馬運河的要求。

艏樓的設置同時也影響船舶空船重量。因此，艏樓的長度及高度在滿足上述要求下，取較小值為宜，長度通常不小于干舷船長的7%，以防干舷有所折減。

2.3 甲板室層數及層高

甲板室層數也涉及到空船重量，甲板室層數在滿足總布置及駕駛室可視范圍要求下，取較少層數為宜。裝潢后層高一般不低于2.0～2.1m。

3 總布置

總布置優化時，布置合理、緊湊、兼并同類艙室等均能降低空船重量。

國內批量建造的23000dwt雙舷側散貨船貨艙數量一度為5個，包括艉樓及艉樓上甲板室總層數為6層。有的船東要求：不設艉樓，上甲板以上甲板室總層數為5層；貨艙總長度不變，貨艙數減為4個。這種創新的設計理念需要論證。甲板室減少一層，總體造型及布置尚可。駕駛室位置降低，駕駛室縱向可視范圍受到妨礙。經測算，能滿足SOLAS公約對駕駛室可視范圍的要求，但不能滿足巴拿馬運河管理局有關可視范圍的要求，這可從調整艏樓高度和將艏樓舷墻改為欄桿等措施解決。5個貨艙減為4個貨艙主要涉及破艙穩性問題，經計算：不設艉樓，5個貨艙減為4個貨艙，完整穩性尚可，破艙穩性不合格；如保留艉樓，完整穩性和破艙穩性均滿足要求。因此，最終的優化方案便是保留艉樓，上甲板以上艉樓及甲板室總層數為5層，貨艙數為4個。如此優化，減少了1層甲板室、1道橫艙壁及相關的貨艙梯、貨艙小艙口蓋、貨艙蓋附件等舾裝設施，同時也有益于裝卸貨的管理。

4 型線

4.1 艏艉上甲板邊線半寬

艏艉上甲板邊線半寬由諸多因素決定，如布置；為減少甲板上浪，艏部外板的外飄要求及整個甲板邊線的美觀問題。一般滿足布置即可，不宜過于豐滿，艏艉甲板邊線過于豐滿，有損美觀，同時也增加了甲板、外板的重量，尤其是艏部，外飄加大，抵抗波浪拍擊的外板重量也隨之增加。

4.2 上甲板梁拱

露天上甲板通常設有梁拱，以利上甲板向舷側排水，但若在艉樓或甲板室內仍有梁拱，則對船員日常行動帶來諸多不便，尤其是大船。此外，船中與舷側的甲板高度差很大，如采用甲板敷料加以填平或其他結構補救措施均將耗去大量材料，甲板重量增加很多。故露天上甲板應設計有梁拱，而在上層建筑或甲板室內則無梁拱或小梁拱。

5 結構

5.1 靜水彎矩和剪力

對于船級社規定要進行總縱強度校核的船舶，靜水彎矩和剪力的確定十分重要，因它是總強度校核的基本數據。在設計初期，固然可采用近似法予以估算，但估算有風險。可靠的辦法是對設計船作必要的前期研究，建立電算設計靜水彎矩和剪力所必需的資料：總布置圖、型線圖、空船重量分布資料、裝載手冊等。

某一裝載工況、某一剖面船體總縱彎矩和剪力的求取應將設計靜水彎矩、剪力與波浪彎矩、剪力分別疊加。對于波浪彎矩和剪力的計算，各船級社普遍采用IACS統一的波浪彎矩和剪力的計算公式。對具有甲板大開口的船舶還應校核彎扭組合的總縱強度。

按上述總縱彎矩和剪力進行設計船總縱強度的校核，既滿足強度要求，又不會使中橫剖面圖的縱向構件尺寸過于富裕，達到有效降低建造成本和減輕空船重量的目的。

5.2 結構形式

船體結構形式經優化后具有重量輕、強度好（包括總強度及局部強度）、便于建造的優點，反映在中橫剖面圖上，采用的縱向構件盡可能小，舯剖面模數較大，且結構工藝性好。

以近年來推廣的雙舷側散貨船為例，因其安全性較好，150m以上的散貨船較多采用。這種船型的貨艙開口邊線以外的頂邊艙及貨艙區雙層底均采用縱骨架式結構，實船建造中，頂邊艙下的雙舷側結構有采用橫骨架式的，也有采用縱骨架式的。

采用橫骨架式的雙舷側結構重量要大于縱骨架式的雙舷側結構，其原因如下：

1) 甲板貨艙開口（有的甚至是大開口）及橫骨架式的雙舷側結構使貨艙區橫剖面上部參與總縱彎曲的縱向構件偏少，為降低橫剖面上部的總縱應力，雙舷側的外板及內縱壁往往較厚。

2) 規范要求，船長≥90m的船舶，受船體梁彎曲和剪切應力的板格及縱向構件，應作屈曲強度校核。橫骨架式雙舷側的外板及內縱壁結構因其縱向構件較少，屈曲強度很可能滿足不了要求，只能通過增設短縱骨或增大板厚來滿足規范的要求，從而增加了雙舷側的重量。

3) 對國內航行散貨船而言，規范對橫骨架式及縱骨架式的舷側外板的要求是不同的，設計的結果往往是橫骨架式的舷側外板厚度要高于縱骨架式的舷側外板。

因此，雙舷側散貨船頂邊艙下的上部雙舷側結構宜采用縱骨架式，雙舷側下部可采用橫骨架式結構。這種混合式結構除了使雙舷側上部有較好的縱向強度外，雙舷側下部的舭部有較好的結構工藝性，避免舭部縱骨裝配之忌的扭曲。

5.3 有限元分析與結構

5.3.1 船體結構優化

局部結構和艙段結構的有限元分析及對新船型、超尺度比、超大尺度船舶或有特殊要求的船舶需要進行全船結構的有限元分析。結構的有限元分析為結構設計提供了近似的數值解法，便于強度的檢查和結構的優化。對于強度不足的構件需要調整構件尺寸或結構優化來滿足強度要求；對于強度過于富裕的結構同樣需要作構件的折減，以提高結構的經濟性。前者做得較好，后者則欠佳。往往結構強度過于富裕，并未再進行必要的構件折減，有限元分析的作用僅發揮了一半。

5.3.2 設備底座的甲板下加強

主機基座的反面加強可通過底座下內底板的加厚及基座下增設雙層底旁桁材等措施解決。輔機、錨泊、系泊、拖帶、甲板起重機等設備也需作承載甲板的結構加強并需送審。現時反面加強一般輔以有限元計算，對加強結構作力的定量分析，使加強結構既滿足強度要求，又可避免構件尺寸過于富裕。

甲板起重機的甲板加強結構是典型的，借助于結構有限元分析，現時甲板起重機的甲板加強已很少延伸到艙底，有的將甲板起重機基座延伸到貨艙橫艙壁的上凳，上凳內結構相應加強。

對甲板雙起重機（旋轉平臺上有2臺單起重機），平臺下的柱體基座遠較單起重機為大。對其的甲板下反面加強切莫采用以相同的直徑、同樣的板厚、同樣材料的筒體延伸到艙底。這樣加強不僅多用不少鋼材且占據貨艙寶貴的艙容，優化的做法是僅在甲板下一段距離內作加強，當然，對這種加強須作結構的有限元分析。

5.4 上層建筑及甲板室

上層建筑和甲板室通常為船員的起居和服務處所，其結構的優化應結合艙室的耐火分隔。由于B級及C級耐火分隔僅為不可燃材料，不包含有鋼質或其他等效材料制成的艙壁。 A-0級及以上的A級分隔包含有鋼質或其他等效材料制成的艙壁及耐火隔熱材料。如此，B級及C級耐火分隔重量遠低于A級耐火分隔。對于舾裝的防火區域劃分圖僅要求B級或C級耐火分隔的艙壁，應不設鋼質艙壁，僅設B、C級耐火分隔艙壁。

5.5 主機基座設計

CCS（中國船級社）《國內海船建造規范》（2006）及《鋼質海船入級規范》（2009）均對主機基座設計有明確規定：“主機基座縱桁應與底部旁桁材設在同一平面內，如無法辦到，則應在機座縱桁下，設置與旁桁材同厚的局部桁材。在個別情況下，局部桁材可僅為與內底及肋板焊接的半高桁材。”可見主機基座為坐落于內底板上的相對獨立的鋼結構。

現出現一種整體式主機基座，即主機基座縱桁與內底下的雙層底縱桁為一個構件。這種設計避免了機座縱桁與雙層底旁桁材安裝錯位的弊端，但存有如下缺點：

1) 重量增加較多。規范對主機座縱桁腹板板厚要求遠高于雙層底旁桁材，原本屬于雙層底的旁桁材現采用主機座縱桁的板厚及鄰近主機座縱桁的旁桁材因此適當加厚，導致機座重量增加較多。雙機、雙槳的5000kW拖輪如采用這種形式的主機基座，重量將增加3.5t。

2) 裝焊工藝復雜，不利于基座的預舾裝。雙層底上面的基座只要劃線、安裝正確，不存在安裝錯位的問題。當然對主機下端的油底殼低于或貼近內底板的情況，主機基座采用整體式結構是必須的，則另當別論。

5.6 型材選用及T型材

5.6.1 型材選用

通過分析比較，同樣剖面模數的球扁鋼、扁鋼的橫截面積要低于不等邊角鋼。因此結構設計中，橫梁、肋骨、縱骨、扶強材等次要構件采用球扁鋼、扁鋼能有效降低次要構件的重量，集裝箱船大部分縱骨采用球扁鋼或扁鋼。不等邊不等厚角鋼力學性能較好，通常尺寸較大，在超大型集裝箱船中采用較多[4]，當然，不等邊不等厚角鋼的市場價格相對較高。

5.6.2 T型材優化

理論研究證明：對T型材用增加腹板高度以增加剖面模數比用增加面板面積來增加剖面模數的效果更為顯著。如果腹板的厚度允許減小，增加腹板高度而不增加腹板面積來增加剖面模數的做法是比較經濟的。因為在不提高結構材料成本的情況下，能較大地提高結構的強度功能，從而提高它的使用價值[5]。這便是T型材優化的理論基礎。

在實際設計中，有的T型材的剖面模數較規范要求的剖面模數大了許多，強度過于富裕；有的T型材的設計有悖上述優化原則，不經濟。因此，有必要對T型材優化，使所設計T型材有較小的面積，而剖面模數是較大的。

5.7 結構設計負荷

結構設計負荷有兩種，一種是規范明文規定的，如各層甲板計算壓頭等；另一種是設計所擬定的，如貨艙內底平均負荷、貨艙蓋負荷等。有的散貨船兼運原木，不僅在貨艙內裝運原木，還在上甲板及艙蓋上也裝運原木；有的貨船（散貨船、雜貨船、多用途貨船等）貨艙內裝運鋼板卷，需注明鋼板卷的主要參數：單個鋼板卷的重量、直徑及長度、裝運幾層等；有的多用途貨船貨艙內設吊離式或翻滾式活動二甲板，需注明活動二甲板的甲板負荷；對集裝箱船需注明貨艙內、甲板上及艙蓋上集裝箱堆重。這些數據不僅為結構設計所需，也為船級社、艙口蓋及集裝箱綁扎件廠家所需。

對于設計擬定的負荷需論證其合理性，負荷過高或過低都是有害的，過高是不必要的，并將導致結構重量加大。如散貨船、雜貨船、多用途貨船等貨艙在考慮了載貨量及隔艙裝載后再確定內底平均負荷，如盲目加大，則將使貨艙雙層底重量加大許多。

5.8 刪除冗余構件及其他

優秀的結構設計應是每一個構件均有其作用，不應存有多余無用結構。但設計中不乏多余結構、多余構件，舉例如下：

1) 機器處所通常在船底板或內底板（有的機艙為雙層底）上方一定高度處鋪設花鋼板，花鋼板下鋪設管系。船員的正常活動位于花鋼板上或花鋼板以上各層甲板或平臺上。因此，機艙逃口圍蔽結構的下部不必延伸到船底板或內底板上，即機艙逃口的底部應與機艙花鋼板同高。機艙花鋼板以下的逃口圍蔽結構便是多余的，不僅多用圍壁鋼材還多用直梯、逃口耐火分隔等舾裝材料。

2) 室內斜梯斜板和斜板上踏步均是與艙壁相焊接的。由斜梯斜板和踏步組成的板架，能承受人員通過的負荷，強度是足夠的，在斜梯斜板背面再加一根扶強材作板架加強，是沒有必要的。

3) 縱骨及縱桁等構件穿越無水密及 A級防火分隔要求的艙壁，切口均采用水密補板。不僅多用鋼材且焊接工作量增加不少。

4) 縱艙壁終止于橫艙壁或橫艙壁終止于縱艙壁，分別在交會處橫艙壁或縱艙壁背面另加一根垂向扶強材。

5) 橫梁穿越縱桁或縱骨穿越強橫梁，一般為隔4個肋距或4個縱骨間距設強構件面板防傾肘板，設計中，縱桁或強橫梁的面板防傾肘板過于密集。

6) 上層建筑或甲板室內的構件穿越艙壁時，仍采用適用主船體的切口及補板，未采用適用上層建筑和甲板室的鑲嵌型切口。上層建筑和甲板室的鑲嵌型切口可免去A級耐火分隔所需要的切口水密補板，使材料和焊接工作量大為減少。

7) 防火區域劃分圖明確為B、C級耐火分隔的艙壁仍采用鋼質艙壁。

8) 艏樓甲板下的支柱有效地支撐艏樓甲板負荷，強肋骨可認為是舷側甲板的支撐構件，在滿足支撐強度要求的情況下，靠近強肋骨的支柱便是多余的。

9) 《國內航行海船建造規范》（2006）對雙層底實肋板開孔高度有明確規定：開孔的高度應不大于該處雙層底高度的50%,否則應予加強。而CSR（散貨船結構共同規范）對實肋板的開孔高度沒有明確規定[6]，但在實際設計中，遵循上述開孔原則，不僅能確保開孔實肋板的強度，同時，對設計也是有益的。否則，沒有一個標準，開孔忽大忽小，對減輕實肋板重量及確保開孔實肋板的強度均是不利的。此原則對散貨船底邊艙實肋板的開孔也可參照應用。

6 舾裝設計

舾裝設計內容豐富、涉及面廣，優化設計，減輕舾裝工程重量的潛力很大，略舉數例如下。

6.1 采用標準件

舾裝設計中普遍出現的一種傾向是擅自提高舾裝標準件的使用級別。如國內船用鋼質風雨密門（GB/T 3477-96）A、B、C、D四個級別和門所處位置（甲板室層數、前端壁還是側壁或后端壁）有關[5]。

現實際的應用情況是沒有嚴格按標準要求選取，較多的情況是不考慮前端壁和側壁、后端壁的差別，僅以風雨密門所處的甲板層數來確定級別。如第一層甲板室均采用A級門，第二層甲板室均采用B級門，第三層甲板室均采用C級門等。如此，第一層、第二層、第三層甲板室的前端壁的風雨密門的級別符合標準要求，但它們的側壁及后端壁風雨密門的級別均要比標準高一級。級別越高，重量越重。舷窗也有類似情況。該用中型舷窗的卻用了重型舷窗，該用輕型舷窗的用了中型舷窗。

6.2 艙室攔水扁鐵

艙室空調系統的設置有效地調節了艙室的溫度。但在室外溫度較低時，艙室外圍壁的室內一面會出現空氣冷凝水。為收集、排放這些冷凝水，需要在艙室內的甲板上，沿外圍壁設置攔水扁鐵，并將攔水扁鐵內聚集的冷凝水排放掉。

一般有兩種排放辦法，一種是在攔水扁鐵內的甲板上開設甲板流水孔，并在流水孔下配置落水斗、水管等附件，將冷凝水排放至預定的處所。這種設計對艙室外圍壁不能開設流水孔的艙室（如拖推輪主甲板下或艏樓甲板下的船員艙室）是必須的，但對甲板室艙室這種設計未免繁瑣。實際的做法是在甲板室的外圍壁下緣（與甲板交接處）開設半圓形流水孔（約 R15），攔水扁鐵內冷凝水通過此流水孔直接流淌到艙室外的露天甲板上，途經甲板落水斗，排至舷外。因此冷凝水數量甚少，不會對船員的日常行動帶來不便和危害。在穩性計算中，此流水孔也不作為進水點，對穩性沒有影響。

6.3 貨艙梯

貨艙的兩端應設置梯子，并盡可能對角布置。駛往澳大利亞的國際航行貨船貨艙梯（直梯、斜梯、梯間平臺）需滿足AMSA（澳大利亞海事安全局）的有關規定（見表1）。

表1 澳大利亞貨艙梯配置

澳大利亞貨艙梯的一端按上表配置，另一端可用直梯組合，只是直梯長度不要超過6m，梯間設平臺。由于澳大利亞貨艙梯兼顧安全性及方便性、且配置簡單，節省鋼材，是貨艙梯的優化設計，因此，在國際航行貨船上應用較多，可供國內航行貨船貨艙梯參考。

6.4 船體陰極保護

鋼質海船和海洋工程的船體陰極保護有兩種，即犧牲陽極陰極保護和外加電流陰極保護。外加電流陰極保護犧牲的陽極是數量極少的惰性陽極而使整個保護系統的重量大為減輕。目前已廣泛使用于水線下船體外板、海水箱、裸露的尾軸、螺旋槳、舵等。壓載水艙內因電纜不便浸泡于海水中，而仍用犧牲陽極陰極保護。組合使用這兩種保護法的整個保護裝置的重量可比單一使用犧牲陽極陰極保護的重量減輕50%以上。因此，船舶和海洋工程的陰極保護應優先采用犧牲陽極陰極保護和外加電流陰極保護的組合保護法。

6.5 拖曳設備

各種非自航海洋工程作業船舶、駁船等的調遣需要設計拖曳設備并作《拖曳設備強度計算書》。該計算書需滿足ZC1999年《海上拖航法定檢驗技術規則》及CCS 1997年《海上拖航指南》的規定。計算書中涉及的主拖纜和備用主拖纜的最小破斷負荷是按拖船系柱拖力Fi由表2決定[7]。

表2 主拖纜和備用主拖纜的最小破斷負荷

由主拖纜和備用主拖纜的破斷負荷確定其他拖帶設備的構件尺寸。因此，拖船的系柱拖力是設計拖曳設備的基本參數，拖船系柱拖力的恰當與否關系到拖曳設備的安全及設計的優化。如拖船系柱拖力定得過低，將導致拖曳設備強度不足；反之，將導致拖曳設備強度過于富裕，拖曳設備過于笨重。

拖船的拖曳力應等于或大于海上拖航的總阻力，如此，需計算拖船及被拖船舶的航行總阻力。海上拖航的總阻力TR可按以下經驗公式計算[8]：

式中：Rf——被拖船舶或被拖物的摩擦阻力，kN；

RB——被拖船舶或被拖物的剩余阻力，kN；

Rft——拖船的摩擦阻力，kN；

RBt——拖船的剩余阻力，kN。以上被拖船舶或被拖物的摩擦阻力及剩余阻力均有經驗公式可計算，拖船的摩擦阻力及剩余阻力可依據拖船設計資料或有關經驗公式計算。

拖船系柱拖力遠大于海上拖航的總阻力，大約為海上拖航總阻力的1.3～1.5倍。用表2確定主拖纜和備用拖纜的最小破斷負荷是偏于安全的，由此產生其他拖帶設備的構件尺寸也是偏于安全的。

實際計算狀況分析：

1) 拖船及海上拖航的總阻力基本上不算，僅計算被拖船舶或被拖物的總阻力（被拖船舶的摩擦阻力+剩余阻力）。

2) 拖船的系柱拖力由被拖船舶或被拖物的總阻力另放余量得到。

有些非自航船的《拖曳設備強度計算書》，僅少數船的計算拖船的系柱拖力與被拖船舶的航行總阻力之比為1.4～2.31，達到或基本上達到拖船系柱拖力大約為海上拖航的總阻力（包括被拖船舶阻力及拖船阻力）的1.3～1.5倍這一要求。大多數船選取的計算拖船系柱拖力值偏低，有的所取拖船的系柱拖力與被拖船舶的航行阻力幾乎相等，兩者之比僅為1.01或略大，這顯然是不夠的。

從受力分析來講，被拖船舶的主拖纜或備用拖纜的破斷拉力僅與被拖船舶的航行阻力有關，與拖船的航行阻力無關，與航行總阻力僅間接有關。鑒于這一狀況，拖船計算系柱拖力的選取可直接與被拖船舶或被拖物的航行總阻力有關。上述的拖船系柱拖力大約為海上拖航的總阻力的1.3～1.5倍，扣除拖船的航行阻力，計算拖船的系柱拖力取不低于被拖船舶航行阻力的1.5倍，由此設計的拖曳設備是安全和優化的。

7 設備配置

設備配置的優化，不僅可使所設計的船具有較好的性能，也可降低建造成本，減輕空船重量。如國內曾批量建造的5800dwt/6000dwt雙舷側雜貨船，該船尺度優化，總長小于100m；僅設2個貨艙，突破了以往5000～6000dwt雜貨船設置3個貨艙的設計理念；貨艙為大開口，適宜裝運大件。該船技術先進性及經濟性明顯優于同類型船，深得船東青睞，國內多家船廠曾批量建造并出口。

該船起貨設備的配置上存有兩種意見：一種方案是每個貨艙前后各布置一套25t單桿起重機，全船計4套單桿起重機；另一種方案為在兩貨艙間布置1臺25t雙桿起重機。船東誤以為采用單桿起重機造價低于雙桿起重機，首艘船在船東的干預下采用單桿起重機方案。實船建造證明：單桿起重機安裝、調試周期長，操縱不方便、重量重、造價不低于雙桿起重機。后續批量船便均采用1臺雙桿起重機，空船重量輕了，載重量也從5800t調整為6000t，給用戶帶來顯著的經濟效益。

當然，設備配置的優化不僅是起貨設備，其他甲板機械、輪機、電氣等設備也有一個優化配置問題。一般而言，先進的設備性能好，重量一般也較輕，對減輕船舶空船重量是有益的。當然，這涉及設備價格問題，實際使用時，由綜合技術性、可靠性、價格等因素確定。

8 結 語

因船型眾多及新船型的開發、船舶設計內容的浩瀚、船舶設計手段的差異，全面優化設計的舉措遠遠不止這些。例如：船體適當采用高強度鋼、錨鏈選用高強度鋼、大抓力錨的選用，輪機、電氣專業的優化設計等。

多學科全面優化設計的理念帶來的不僅是船舶空船重量的減輕，同時也可提高船舶載重量及其他船舶性能的提升，低碳、環保的綜合社會效益，是提高我國造船競爭力的一項舉措。

[1] 金平仲，榮煥宗. 造船工業節能、省耗的第一步——控制船舶主尺度[A]. 上海市造船工程學會船舶設計和標準與規范專場論文集[C]. 上海：上海市造船工程學會，2005. 59-71.

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