712客位三體客貨運輸船總體設計

張 洪 達

（哈爾濱工程大學，哈爾濱 150001）

0 引 言

隨著海峽兩岸的開通，大型高速客貨運輸船的市場發展前景十分廣闊。此外，渤海灣地區、長江三角洲、珠江三角洲和香港水域、瓊州海峽和北部灣地區都有使用高速客貨運輸船的需求。

經工業和信息化部、財政部批準，哈爾濱工程大學和708研究所正開展適應臺灣海峽環境條件的三體高速客貨運輸船的研發設計工作，這對提升我國艦船裝備的設計能力、制造技術水平具有重要的意義。

1 概 述

1.1 主要性能指標

1) 航速40kn以上，可在6級海況下正常營運的大型高速三體高速客貨運輸船，續航力不小于350n mile。

2) 排水量約1250t，載重量不小于320t，載客數712人，具有特定滾裝功能，可搭載140輛小型家用轎車（或小汽車100輛加冷藏集裝箱4只）。

3) 耐波性能滿足在有義波高≤4m的兩岸相應港口間航行4小時并達到90%旅客不暈船的相應標準要求，船在航率為330天/年以上。

4) 船舶穩性和不沉性滿足國際海事組織《2000年國際高速船安全規則》第19章附錄7“多體船的穩性”的要求。

5) 進行減振降噪設計，達到駕駛室＜65dB，主要客艙＜70dB的要求。

1.2 設計依據

現今國內外關于三體船的結構設計和建造經驗甚少，且只有英國勞氏船級社開發了三體船規范，但由于這套規范是基于“海神”號三體試驗艦研發的[1]。本船結構依照《船型開發科研項目指南（第一批）》（下面簡稱《指南》）和中國船級社2005年版《海上高速船入級與建造規范》進行設計，現已通過中國船級社專家組評審。

1.3 船型

對于載客 700人以上，并具有冷藏集裝箱、汽車滾裝能力的船舶，《指南》對甲板面積提出了較高的要求，故在船型選擇時，必須考慮能提供足夠的甲板面積。為此，該船為三體、雙底、單甲板、鋁合金材質、焊接結構，船外板和主甲板為縱骨架式，其余均為橫骨架式。

根據資料，臺灣海峽兩岸主要城市的距離在200n mile以內，屬于中短程航運。如福州至基隆的航程約146n mile，廈門至高雄的航程約160n mile。按四小時通航要求，航速約40kn左右，船長按99m計，則相應的傅汝德數達0.661，航行過程中興波阻力將占總阻力的絕大部分。因此，船型選擇上必須注重通過增大長寬比來有效降低興波阻力，以獲取良好的快速性能。目前相類似的驅護艦船型，其船長船寬比大多在9.0以上。但是，要格外注意合理設置長寬比以保證不影響三體船的橫穩性和耐波性，否則就難以滿足客貨運輸的要求，所以需要權衡各方面因素確定三體船的主尺度。

客滾船的載車量和旅客人數比較固定，因此在確定船舶主尺度及主要參數時，應圍繞任務書的要求即：所需車道長度、旅客人數、載重量、航速、港口條件等來考慮。在作船舶經濟運行分析和造船計劃時，首先要保證載車量，并以此確定船舶的主尺度，旅客和船員的人數一般根據救生設備的配置、穩性條件和布置隨后而定[2]。經過一系列的實驗并結合國內外的有關資料，確定三體船主尺度如下：

總長： 99.2m 型寬： 24m

型深： 7.4m 全船排水量： 1250t

本體水線長： 97.2m 本體水線寬： 7.2m

本體設計吃水： 4m 片體水線長： 48.6m

片體水線寬： 1.6m 片體設計吃水： 1.15m

1.4 動力裝置

三體客貨運輸船采用噴水推進系統，經功率估算后決定將主機定為 3臺 MTU公司制造的功率為9100kW的MTU 20V 8000 M71L柴油機。推進泵的效率和大功率轉換能力對于推進效率至關重要，噴水推進裝置為3臺由瑞典MJP公司制造的MJP CSU 1100噴水推進裝置。噴水推進具有推進效率高、抗空泡性強、附體阻力小、操縱性好、傳動軸系簡單、保護性能好、運行噪聲低、變工況范圍廣和利于環保等常規螺旋槳不及的優點。噴水推進裝置在加速和制動性能方面具有和變距螺旋槳相同的性能，噴水推進比螺旋槳推進在高速時具有更好的抗空泡能力，推進效率更高，使艦艇具有比傳統螺旋槳艦艇更小的轉向半徑，所以噴水推進裝置更適用于航速大于30kn的高速艦艇。

2 總布置

三體高速運輸船具有特定滾裝功能，所以其船身較高，上層建筑比較豐滿，內部有多層甲板。總布置設計，包括旅客甲板、車輛甲板、駕駛室、機艙、油水艙柜、系泊及通道的布置。其中機艙布置、客貨艙布置、旅客和滾裝貨柜汽車的通道、上下船方式等需重點考慮。總布置見圖1。

2.1 船體

主船體是雙層底結構，主船體艉部布置有噴水推進控制艙和噴水推進艙，從艏部防撞艙壁開始到噴水推進控制艙為止，設有1.5m高雙層底，雙層底從艏至艉分別布置了以下主要艙室：1號壓載艙、2號壓載艙、1號淡水艙、3號壓載艙、2號淡水艙、1號燃油艙、1號滑油儲存艙、2號燃油艙、3號燃油艙、2號滑油儲存艙、油渣艙、污油艙。其中燃油艙和淡水艙之間還留有一個很小的空艙，以防止燃油艙破損污染淡水。

主甲板和雙層底之間的主船體艉部布置有前后機艙，機艙向前布置有兩層甲板，下層甲板叫底艙甲板，上層甲板叫平臺甲板。從艏尖艙開始到機艙為止的底艙甲板上從艏至艉依次布置以下主要艙室：1號壓載艙、2號壓載艙、1號泵艙、減搖鰭艙、第四貨艙、2號泵艙、冷水機組室、輔機艙；從艏部開始到機艙為止的平臺甲板從艏至艉依次布置以下主要艙室：油漆間、錨鏈艙、第一貨艙、第二貨艙、污水處理裝置室、第三貨艙、船員休息室、機艙控制室、空艙。作為船舶的重要艙室，機艙的位置不同直接影響到貨艙的布置和船舶的浮態、穩性、抗沉性及結構強度，客船一般采用中機型或偏后中機型，這給主機布置帶來了很大便利，有利于將船體劃分為幾個防火主豎區以提高抗沉性和客艙的分區布置，也有利于浮態的調整。

三體船的片體因排水量有限，又是細長型，其總體布置的利用價值不高，但片體對快速性、破損穩性和穩性影響較大，應仔細設計，故片體底艙設置不高于連接橋的壓載水艙。三體船的主船體和兩個片體通過連接橋相連，連接橋作為三體船結構中的關鍵，其自身的強度對于三體船的安全性來說至關重要[3]，故連接橋不宜作任何布置。

2.2 汽車艙

考慮到集裝箱車車身很高的問題，汽車艙設置兩層甲板——上甲板（#3～#165）、主甲板（#0～#165），上甲板中軸線處設有大開口（#31～#106），上甲板大開口下方的主甲板上可以存放 4輛集裝箱車，其他地方存放較為小型的汽車，這樣就充分利用了汽車艙空間。

為使車輛在艙內通行無阻，汽車艙艙內不設橫艙壁，僅設有4列支柱，尤其是在上甲板大開口邊緣處均設有支柱以保證大開口處的船體強度。為進一步保證對車輛進行有效的系固，參照中國船級社《貨物系固手冊編制指南》，主甲板和上甲板的每隔縱向≤2.5m，橫向≥2.8m 但≤3m 的位置上設置一個系固點，每個車位都用至少4根鋼索固定住，并在汽車系固點處采用埋入式底座。

2.2.1 上甲板

上甲板并列排放 40輛小轎車，上甲板艉部設有鉸接斜坡道（#16～#31），用于車輛在上甲板和主甲板之間通行。上甲板艏部兩舷各設有值班室，方便值班人員看管車輛。

上甲板艉部兩舷設置吊有救生筏的吊艇架（#3～#16），且救生筏和旅客甲板保持在同一高度，方便船舶遇險時旅客能快速登上救生筏逃生。另外，船上還準備了充足的救生衣等救生器材。

2.2.2 主甲板

主甲板中軸線位置擺放4輛集裝箱車，中軸線兩側并列擺放60輛小轎車。汽車艙的車輛會排出有害氣體，所以主甲板兩舷各設一個CO2處理室（#25～#31）。另外，主甲板兩舷CO2處理室后部均依次設有應急發電室（#19～#25）、梯道（#16～#19）、蓄電池室（#9～#13）、充電機室（#7～#9），以滿足全船的電力供應。主甲板兩舷CO2處理室前部均要依次設有通達船體的梯道（#31～#34）、值班室（#37～#43）。主甲板左舷值班室前部設有機修間（#43～#52），充電機室后部設有油漆間（#0～#7）；右舷值班室前部設有電工間（#31～#34），充電機室后部設有甲板屬具備品庫（#0～#7）。主甲板艉部設置出入口，設有鉸接跳板與岸搭接，用于滾裝貨上下船。

主甲板#100～#103處設有升降機，從主船體的底艙甲板一直通達旅客甲板，旅客可以在停放汽車后乘坐升降機到達旅客甲板，而工作人員也可以乘坐升降機從主甲板達到底艙甲板和平臺甲板的艙室；在發生海上事故時可以通過各層甲板設有的梯道逃生，避免升降機發生故障以延誤最佳的救助時機，梯道還可以有效緩解升降機運輸旅客的壓力，體現了人性化設計。為了方便貨物的裝卸和工作人員進出主船體，特在主甲板#86～#89和#53～#56處設置一個開口，并在開口的前后位置處設有梯道。開口處設置起吊裝置，將需要運輸的貨物和旅客行李通過起吊裝置吊入開口下方的艙室（#86～#89處的開口下方為第三貨艙，#53～#56處的開口下方為空艙），再通過梯道和艙門運到其他貨艙，工作人員可以通過開口前后設置的梯道和升降機進入主船體。另外，在主甲板#53～#56處設有開口便于大型機械零件出入和安裝主機。

2.3 旅客甲板

旅客甲板分成露天甲板（#3～#25）和客艙。客艙分為前后客艙，兩者用圍壁分隔開，這樣分隔能夠更好地保證空調的使用效果，節約能源。前客艙（#97～#127）設有200客位，布置形式為5列4人座位；后客艙（#25～#97）設有512客位，布置有6列4人座位。后壁船舯處設售貨臺，并在售貨臺前設有一塊供旅客娛樂的休閑區，休閑區設有音響等多種娛樂設施。后壁兩舷各設有一個衛生間。后客艙除了前部船舯兩側各設有一個通達駕駛甲板的環形梯道，在兩舷前后端設有通向上甲板的梯道，方便船舶停靠時旅客去上甲板和主甲板停放或取回車輛，也保證了在船舶發生意外事故時人員能夠迅速地疏散和逃生。售貨臺兩側的艙壁上各設有一個雙開門通達露天甲板，衛生間設有門通向露天甲板，露天甲板周邊設有固定欄桿。

圖1 三體船總布置

2.4 駕駛甲板

駕駛甲板分為貴賓室（#52～#97）和觀光甲板（#25～#52），且觀光甲板四周設有固定欄桿。貴賓室布置形式為靠窗雙列3人沙發，前部兩舷各設有一個通達下層旅客甲板的環形梯道。貴賓室空間富裕，布置一些音響娛樂設施，并與下層普通客艙完全隔離開，營造了豪華體驗。

貴賓室上層甲板設有駕駛室（#97～#106），用梯道將貴賓室和駕駛室連接起來，這可保證駕駛人員能夠清晰地觀察到周圍的環境及船舶動態，發現海上障礙物時能盡快采取避讓措施，以免發生碰撞事故；并且，將駕駛室和機艙隔離開可以避免駕駛員受到機器噪聲的干擾。貴賓室后壁船舯處設有雙開門，旅客可以來到觀光甲板觀光、娛樂。

圖2為全船效果圖，可對全船結構和布置有個較為直觀的印象。

3 減振降噪

圖2 全船效果圖

該船為達到40kn，選用了3臺9100kW的MTU 20V 8000 M71L主機，振動非常大，難以滿足駕駛室＜65dB，主要客艙＜70dB的設計要求。為改善這一不利因素, 主要從以下幾方面進行設計：

1) 總布置設計中，將貨艙設置在機艙和客艙之間，以保證客艙與機艙無共同艙壁，阻隔振源。

2) 主機座加裝減振裝置。經過減振計算，合理取舍材料尺度和布置結構，以防出現共振現象。

3) 機艙前壁、客艙圍壁采用多孔吸音材料，以降低噪聲，保證客艙振動、噪聲在要求的限度以下[4]。

4) 采用噴水推進方式，船舶艙內噪聲和振動較小，比螺旋槳推進的船舶低7～10dB。

4 改進與創新

1) 滾裝船裝卸效率高，船舶周轉快和水陸直達聯運方便，但重心高，穩性較差。而三體船甲板面積大、橫穩性和適航性極佳，將三體船技術和滾裝功能結合起來得到的三體高速客貨運輸船能融合兩種船型的優點，產生巨大的效益。

2) 作為高性能船，該船在滿足使用和規范要求的同時通過優化設計減輕船舶的自重來增加載運量，并采取了一系列減振降噪措施，保證了全船的噪聲維持在低水平范圍。

3) 該船外形、內部結構、艙室布置及裝置設備都獨具一格。汽車艙設有雙層甲板，獨特地在上甲板中線處設有大開口，完美解決了集裝箱車車身偏高的問題，并進一步增加了小轎車裝載量，充分利用了艙室空間。上層建筑各層甲板錯落分明，很有層次感，美觀大方。其中，船艏布置駕駛室，視野開闊，極大地提高了航行安全性。

4) 該船采用的設備優良、高效、性能可靠，使用方便、維護保養簡單費用低廉，各設備配合緊密，保障了設備的可靠性，降低了船舶工作能耗，減少了使用和維護費用；各艙室布局合理，提高了旅途的舒適度。

4 結 語

作為一種高性能的新船型，三體船的建造實例相對較少，國內還沒有建造成功的案例。該船初步設計方案已通過CCS專家組的評審，可供相關設計人員參考。

[1] 朱東華，劉見華. 高速三體船結構設計問題[J]. 船舶，2010, (1)： 30-33.

[2] 張敏健. 客滾船開發與設計研究[J]. 船舶與海洋工程，2012, (2)： 21-26.

[3] 徐 敏，張世聯. 三體船連接橋結構型式研究[J]. 船海工程，2011, 33(2)： 17-20.

[4] 龔昌奇，羅賢平. 大金湖游覽船總體設計[J]. 船海工程，2007, 36(3)： 1-3.