豪華客滾船設計與建造關鍵技術

冷艷禮

（黃海造船有限公司 威海264309）

0 引 言

國內外海峽、島嶼間和特有的陸海地理位置，造就了客滾船的橋梁地位，其將公路、鐵路與水運巧妙結合，形成特殊的運輸系統，既發揮各自專業運輸的優勢，又綜合利用與互補，組成合理的運輸框架。隨著經濟的發展和社會的進步，人們對客滾船安全性、穩定性、快速性，以及裝載車輛大型化、舒適性與豪華型提出了更高的要求。大型豪華快速客滾船是在現有國內外客滾船和國外豪華郵輪的設計與建造進行研究的基礎上，采用先進的設計與建造理念研發而成，同時滿足了國內航線以及一些國際航線與碼頭的要求。

1 主要設計特點與先進性

該船首次滿足無限航區的規范要求，在普通客滾船的基礎上呈現多個顯著的設計新特點，代表當前客滾船設計的先進性理念。

1.1 總體布局與結構優化

該船設計船長178 m、船寬28 m，擁有三層車輛通艙和三層旅客與船員甲板，載客額定人數2 300人。車道長度2 500 m，可載大小車輛300余輛，車輛艙高度更是達到4.85 m，能夠裝載長50 m、寬8 m、高4.85 m、重120 t的特種車輛。該船在船長與船寬比（L/B）、船寬與吃水比（B/T）、方形系數、穩心高度等主要參數的選取與總體布局上，不僅考慮國內（特別是渤海灣航行）的需要，也充分考慮到適應韓國等國際航線以及臺灣地區航線營運時（無限航區）的海況與裝載碼頭的需求。

該船采用三維的板梁組合模型計算車輛甲板的構件。為了方便汽車通行，車輛艙后部不設縱艙壁或支柱，車輛甲板采用大跨度強橫梁支撐。選取若干典型艙段，用三維有限元分析船體的橫向強度等［4］；通過反復調整構件布置和尺寸、大量使用高強度鋼等方法，很好解決了大跨距和超長車輛艙結構設計優化及輕量化問題。

1.2 線型優化設計［1］

該船除要求艉部寬，以適合安裝艉門、跳板和滿足多層汽車甲板和旅客甲板布置等特點外，還要滿足如下船舶性能：快速性好，同時伴流場要均勻，以避免由螺旋槳產生的噪聲與振動，滿足旅客舒適性的需求。為此，艉部線型在母型船的人字架、縱流型設計的基礎上，優化為雙短尾鰭加人字架、縱流型尾部線型的設計，以保證齒輪箱底部有足夠的安裝空間，也可使艉軸管不至于過長，最大限度降低艉軸加工、安裝等方面的不利因素；同時，又確保螺旋槳盤面處有良好的伴流場。

圖1 雙短艉鰭加人字架、縱流型艉部線型

該船要求周轉快，設計航速達20.2 kn。根據航速及載重量要求選取吃水T和方形系數Cb。該船B/T很大，為保持浮態，浮心位置比快速性要求所確定的最佳位置靠后。該船的球鼻艏長度、高度，20站面積以及與船體線型的平順過渡，改善了設計航速時的阻力性能，最終使設計線型各水線的進流角較佳。設計中要特別關注縱剖線的形態和方向，使水流容易轉折向船底。

經國內某著名水池船模試驗證明，該船船體線型阻力低，附體阻力增加較少，其阻力性能達到同型船中優秀水平。此外，該線型具有良好的推進因子和均勻的尾部伴流場。

1.3 旅客區豪華設計

該船旅客區布局和設計引進國際豪華郵輪的設計概念。

（1）該船設有豪華的套間、寬敞的大廳以及大型的旅客餐廳、盥洗室、旅客觀光甲板、網吧、多功能放映廳、表演大廳、咖啡廳、練歌房、棋牌室、會議室等，高檔服務與娛樂設施一應俱全，讓旅客在安全旅行的同時，盡情享受海上星級賓館的服務。

（2）船舶外觀，特別是旅客區房間的外窗設計為凸出型，美觀華麗。房間內靠窗設沙發與茶幾，旅客足不出戶就可以盡情欣賞大海的美麗風光。

（3）該船配備3部電梯，從車輛艙直達頂層一等艙區，旅客乘坐電梯可以方便地到達船舶每一層，特別是方便年齡較大、行動不便、攜帶行李較多的旅客上下船。

（4）房間空調通風設計為雙風管高低溫送風方式，同時，為保證房間內適當的新風量，在房間門旁設置智能控制開關，旅客可根據自身的舒適感進行調節。

（5）按照高級賓館的要求，房間照明采用集中控制與分床控制相結合。

1.4 便捷裝卸與登乘設計

實現碼頭車輛進出車輛艙的快速性和旅客上下旅客區的快速與便捷性一直是客滾船設計的追求，也是營運方縮短碼頭占用時間、降低營運成本的重要一環。特別是對大型客滾船尤為重要。

根據市場調查，此類船每次承載的車輛以中小型車輛為主、超大型和特大型車輛為輔。為此，加大艏門和艉門的開孔寬度，并且加寬艏跳板和艉跳板的車道寬度，可使中小型車輛實現雙進雙出，比普通單進單出的客滾船裝卸效率提高35%左右。

為便于司機快速進出車輛艙以及旅客快速上下船，因此在機艙棚前端3甲板（底車輛艙）至9甲板（一等房間）區域設置1部負荷為12人（0.9 t）的客貨二用電梯；在船舶舯前右舷4甲板（中車輛艙）至9甲板設置2部可載20人（1.5 t）的客用電梯。

1.5 節能環保設計理念

（1）空調器采用變頻控制，當旅客較少關掉部分閑置艙室風管上的電動風門時，空調器自動變頻運行，達到節能的效果。空調部分區域設置了能量回收裝置，能量回收效率高達75%以上，節能效果非常明顯。

（2）該船設4臺冷水機組，采用PLC集中控制［1］，可根據每日氣溫變化引起的空調器負荷變化自動控制冷水機組的加載與卸載。

（3）為滿足渤海灣水域油污水零排放和國際航線的需求，在船上專門設置了大容量的艙底水存放艙和生活污水收集艙，布置相應的排岸接口，由岸上收集處理。

2 關鍵建造技術的突破與應用

大型豪華快速客滾船是功能齊備、技術先進的新型船舶，施工難點比普通客滾船多。只有掌握和應用關鍵造船工藝技術和綜合生產設計，才能實現設計要求，同時滿足船東和船檢的質量要求并如期交船。

2.1 完整的綜合生產設計

該船功能強大、結構復雜、涉及專業多、布置緊湊，專業間協調量很大，采用一般船舶的生產設計模式滿足不了分道作業、綜合預裝、節拍生產和成組吊裝的精益造船模式的需要［3］。因此，必須進行綜合生產設計，在生產設計的細化與完整性上有所創新并注重如下細節：

（1）分段劃分的綜合考慮。分段劃分不僅要考慮起重運輸能力、勞動組織與分段場地布置、分段自身結構剛性、板幅限制、涂裝的方便性等基本要素，也要充分考慮減搖鰭系統分段預裝、通道系統中與結構連接部分在分段中的位置以及可左右開關的首護罩的延伸結構范圍，以便保證結構剛性和消除應力需要、房間薄板裝配與自動焊施工方便等特殊施工要求。

（2）以完整的船體結構建模為基礎和背景，對舾裝、空調通風、設備、管子、電氣乃至房間布置等進行完整建模，不斷調整與補充。

（3）專業間綜合而細致的協調工作好壞是生產設計能否深入、準確與細化的關鍵。各專業三維模型在協調中不斷修改、調整、補充，在滿足規范與標準的前提下達到最佳的空間布置，實現全新的數字化模擬造船。

（4）引入船東、設備商參與生產設計的理念。如果生產設計施工現場修改量很大，不僅造成人力物力的浪費，也影響建造進度。該船在設計的過程中提前向船東、設備商展示三維數字模型，使他們有身臨其境的體驗，船東與供應商可據此提出修改意見，從而極大地減少現場的修改意見。

（5）全新的綜合預舾裝圖紙模式。把外舾、內舾、管舾、電舾、設備座架等需要在小組、中組、分段、總組各階段預安裝件統一進行綜合協調，細化標識，分工序綜合出圖，統一施工，開創了新的預舾裝施工模式。 PSPC分段預舾裝率達到100%，綜合預舾裝率達到97%以上。

2.2 關鍵施工工藝技術的應用

薄板焊接變形控制工藝、艏護罩建造與切割工藝、通道系統制作安裝技術、房間精裝修工藝、長艉軸校中工藝、精度管理技術、大型落地窗框防變形技術、大面積甲板敷料防裂技術等大量關鍵工藝技術的應用，支撐著船的施工與管理，本文僅簡述其中兩個關鍵工藝技術。

2.2.1 薄板焊接變形控制技術

水上部分外形光滑美觀是豪華客滾船的重要指標。該區域的鋼板厚度都在7 mm以下，且基本上是高強度鋼，如果施工工藝技術不到位就會凹凸變形，極易形成越矯正越鼓包的惡性循環。控制薄板裝配焊接變形是建造豪華客滾船和郵輪必須突破的關鍵技術。通過對韓國、日本以及國內薄板焊接變形控制技術的研究和現場反復試驗，決定從焊前、焊中、焊后三方面著手［2］：

（1）焊前：合理劃分施工單片、剛性固定、保證小焊縫間隙；

（2）焊中：臨時固定，采用自動焊機小電流焊接控制焊角在設計范圍內，合理的焊接順序（見下頁圖2），用測量設備時時檢測，并根據檢測結果及時調整焊接速度等參數；

圖2 薄板焊接順序

（3）焊后：翻身后采用敲擊和低溫流火相結合方式消除應力，用全站儀三維測量數據及分析，對少量局部變形部位研究其變形方向與趨勢，標識需要機械或火攻矯正的線路，嚴格控制火攻速度、溫度與方向，保證該船外觀符合船東的要求。

2.2.2 通道系統制作安裝技術

通道系統包括艏艉跳板、艏艉水密門、升降平臺及水密門、活動坡道、艏護罩等部分，是客滾船上下車輛的關鍵設備，其制造質量精度與船體結構連接安裝的要求都很嚴格。例如，活動坡道長度接近51 m、寬度3.5 m，且為一整體；水平撓度誤差要求控制在±5 mm～8 mm，長度誤差要求控制在±15 mm，寬度誤差要求控制在±5 mm（見圖3），施工和安裝難度很大。為此，該船專門成立通道系統制作與安裝攻關小組，制定工藝、模擬試驗各種狀態下收縮與變形趨勢、在生產設計中加放合理的收縮量和反變形量，從下料、小組、中組到整體組裝的各道工序的裝配與焊接順序與方向，焊接電流的大小、應力消除時機與方法，用最新的精度管理手段加以測量、分析與控制焊前與焊后的精度，及時調整，從而達到通道系統安裝調試的要求。

圖3 活動坡道結構與精度示意圖

3 結 論

該船的設計構思借鑒了國內外客滾船的成功設計和建造經驗，并結合國外大型豪華郵輪的建造理念，在主尺度選取、船型、快速性、安全、穩性、空調通風、救生、豪華性等方面進行優化創新與升級；建造方面也引入新的綜合生產設計和綜合預舾裝模式，關鍵制造技術上，應用先進的精度控制軟件與設備，使我國客滾船研制水平邁上了新的臺階，為今后設計、建造大型國際豪華郵輪奠定了基礎。

［1］張敏建.客滾船開發與設計研究，船舶與海洋工程［J］.2012（2）：20-26.

［2］康秋聯，劉永前.客滾船上層建筑薄板火攻矯正，廣船科技［J］.2002（4）：20-24.

［3］吳炅東，李倩，吉春正.從實踐看深化設計對船廠轉模的推動［J］.船舶，2011，22（6）：71-76.

［4］顧耀軍，王麟.16 000總噸客滾船設計與建造技術［J］.上海造船，2007（3）：17-21.