2.8萬t多用途船破艙穩性計算研究

周 旭，莫中華

(南通中遠川崎船舶工程有限公司，江蘇 南通 226005)

2.8萬t多用途船破艙穩性計算研究

周 旭，莫中華

(南通中遠川崎船舶工程有限公司，江蘇 南通 226005)

介紹了使用NAPA軟件對2.8萬t多用途船關于新版國際海上人命安全公約(SOLAS)(適用于2009年1月1日后建造的船舶)概率論破艙穩性的計算研究結果，重點介紹了新版破艙穩性計算規則與此前版本的不同之處和本船計算中需要注意的一些問題，通過研究各種可能的實際裝載工況的初穩心高(G0M)值，針對破艙穩性計算，確定不同吃水下該船型的最小G0M限制，使其滿足國際海上人命安全公約概率論破艙穩性計算。

多用途船；概率論；破艙穩性

0 引言

2.8萬t多用途船貨艙配備了移動式甲板，有3檔位置可以調節，可以裝載大型設備、各種包裝貨物、集裝箱、鋼卷、木材等，也可以運輸散裝貨物。該船型主要量度為：

總長Loa

～179.50 m

分艙長度LS

176.00 m

型寬B

28.00 m

型深D

14.80 m

夏季吃水(最深分艙吃水)dS

10.50 m

本船對破損穩性采用NAPA軟件進行計算。

1 SOLAS破艙穩性主要變更內容

1.1要求的分艙指數R(LS>100m)

舊版：R=(0.002+0.000 9LS)1/3=0.546 87

新版：R=1-128/(LS+152)=0.613 88

通過比較發現，新版舊版中要求的分艙指數均取決于船舶分艙長度，新版中要求的分艙指數要比舊版的大。SOLAS要求的新舊版分艙指數比較如圖1所示。

1.2達到的分艙指數A

舊版：分艙指數(A)=0.5×部分吃水分艙指數AP+0.5×夏季吃水分艙指數AS

新版：A=0.2×最輕載吃水分艙指數Al+0.4AP+0.4AS

式中：A指數表示船體遭受碰撞損壞后殘存的概率，需要在由破損范圍和破損前初始裝載工況所定義的各種破損情況的基礎上通過計算獲得。

1.3縱傾范圍的定義

舊版中對縱傾沒有相關的規定。

新版中規定了實際運營中的縱傾變化在大于0.5%LS時，應按相同吃水但不同縱傾進行A指數的計算，并在各縱傾下計算獲得的破損穩性極限GM曲線的基礎上，繪制覆蓋整個營運縱傾范圍的極限GM包絡線；并且規定了輕載航行吃水時按照實際縱傾計算。縱傾范圍的定義如圖2所示。圖2中，dP為部分分艙吃水，dL為輕載航行吃水。

圖1 SOLAS要求的新舊版分艙指數比較

圖2 縱傾范圍的定義

1.4破損概率P值計算

P值的計算公式舊版與新版不同，具體可參見國際海上人命安全公約。

1.5浸水率

舊版中對于部分分艙吃水和最深分艙吃水，貨艙浸水率均為0.70。

新版中規定了不同吃水下，貨艙等處所不同的浸水率。對該船型貨艙而言:

最深分艙吃水dS：浸水率為0.70;

部分分艙吃水dP：浸水率為0.80;

輕載航行吃水dL：浸水率為0.95。

2 分艙和布置特點

該船型布置特點如下：

(1)全船僅有3個貨艙，其中2號貨艙最大長度為54 m，用于裝載大型貨物。

(2)為了布置大型吊機(2臺×350 t, 1臺×100 t)，左右舷雙殼設計成不對稱結構。

(3)為保證裝載大型貨物時的視野，居住區布置在艏部。

鑒于本船貨艙數量少，且容積相對較大，因此本船破艙穩性要求很高。由于分艙上需要設置較多的壓載艙和水密分隔艙壁等，而且本船結構、管系復雜，特別是貨艙通道和通風管道，以及壓載艙和橫傾艙的管系等，因此在破艙穩性計算時都要進行考慮。

3 破艙穩性計算的一般過程

在以上總體布置的基礎上，使用NAPA軟件進行破艙穩性的計算，主要進行以下工作。

(1)船舶型線的建立，該項工作主要由水動力試驗決定，并在該階段進行完善，如增加板厚、附體等的定義。

(2)艙室的定義和船舶模型的建立，特別注意的是要正確定義機艙、貨艙區劃的浸水率，一般區劃通過定義浸水率屬性來設置浸水率。貨艙區劃由于不同吃水下有不同的浸水率，需要定義貨艙浸水率屬性，格式為T 0.95dL+0.01 0.8dP+0.01 0.7；另外各艙室小的區劃也要注意不能忽略，否則生成破損區劃時可能會產生錯誤，導致計算不正確。對于貨艙通風管道，如果貨艙尾部邊界在Fr34，分艙表格中Fr34正好是一個縱向的分艙位置，而其通風管道向后延伸到了Fr32，如果沒有正確定義通風管道，則破損時可能遺漏相關艙室的破損。

(3)開口的定義。開口主要包括艙口、通道、門和空氣管頭等，其中空氣管頭的位置基本設計階段一般沒有具體的位置，所以一般定義為該艙室最前、最后端，并靠近舷邊的位置。如果艙室較多，可以使用NAPA BASIC編寫宏程序，使用UL、LL函數獲取艙室邊界來定義空氣管頭的位置，并且需要根據國際載重線公約的要求來定義其高度。有一點需要特別注意，新版中增加規定了保持水密完整性的管路閥門或通風管道閥門的操作位置不能被淹沒，否則生存概率s等于0。

(4)艙室聯通的定義。一些不同的區劃之間可能并非需要水密，比如機艙和舵機室之間由于船員需要經常通行和防火要求，在滿足破艙穩性的前提下可以將其聯通起來進行計算。這種情況下使用艙室的聯通表來定義計算就比較方便，使得NAPA在生成破損時會自動考慮與之聯通艙室的破損。

(5)分艙位置的定義，主要根據水密艙壁的位置。如果艙壁有曲折，一般可以定義一個小的間隙。如果遇到污水井延伸到水密艙壁之外，或者艙室的閥門延伸到水密艙壁之外的情況，也可以定義為間隙，或者通過增加縱向分艙位置，并增加橫向分艙位置來計算，不過這樣會增加計算的復雜性。本船為獲得更大的分艙因子，采用增加分艙位置的方法。對于垂向位置的定義，需要區分為向上破損位置和向下破損位置，其中向上破損位置需要在初始載況水線以上，用來計算垂直方向破損概率v；而向下破損位置是公約中要求的較小破損情況下的校核，取其中較為嚴厲的結果。

(6)初始工況的定義。定義包括吃水、縱傾、最小G0M值等，其中最小G0M值和縱傾值根據載況計算中所有可能的運營工況來設定。

(7)生成破損區劃，由NAPA根據設定自動生成。設定時，根據需要設置相鄰破損區劃的個數。

(8)完成以上工作后，可以進行不同縱傾條件下的破艙穩性指數的計算。同時根據計算結果，對分艙、開口、艙室聯通設置等進行適當的調整，優化設計，最終得到合適的計算結果。

4 本船破艙穩性計算的注意點

4.1特殊管路布置在破艙穩性計算時的考慮方法

對于一般的壓載艙室的管路，在同一區劃都布置有閥門，因此一個區劃的破損不會引起其他艙室的連續進水。但本船設有橫傾艙室，為便于維護,其閥門布置在橫傾泵室附近。這種布置在C區劃破損時，雖然5號邊壓載艙(左舷)、6號邊壓載艙(左舷)艙室沒有破損，但水會通過C區劃破損的管路進入這2個艙室；同樣，B區劃破損時，6號邊壓載艙(左舷)雖然沒有破損，但水會通過B區劃破損的管路進入該艙室。

處理方法有2種：第1種是使用艙室聯通的方法。這種方法比較簡單，即5號邊壓載艙(左舷)、6號邊壓載艙(左舷)的管路在1號燃油艙內，1號燃油艙破損時聯通5號邊壓載艙(左舷)和6號邊壓載艙(左舷)；同樣，5號雙層底壓載艙聯通6號邊壓載艙(左舷)。但是這樣分艙獲得因子會受影響，因為5號雙層底壓載艙破損的范圍很大，造成6號邊壓載艙(左舷)進一步進水的情況較多。而實際上，6號邊壓載艙(左舷)的管路靠近船舶中心線，可以通過設置船寬方向的分隔減少其破損的情況。

第2種方法：把管路加入該艙室的模型定義，并增加船寬方向的分隔。這種方法稍復雜，但會獲得更大的分艙因子。另外，還需要對原來布置靠舷邊的管路進行修改，使其靠近中心線，降低破損的概率，如圖3中的虛線。

圖3 特殊的管路布置

4.2合理使用艙室聯通表格以提高計算精度

與一般船舶不同，貨艙與其聯通的交通通道、通風管道等處所的容積相對較大，如果簡單的將其定義為一個區劃，會因其貨物處所與其他處所規定的浸水率不同，造成計算誤差。通過定義為不同的區劃，定義不同的浸水率，且通過艙室聯通表格將其聯通，確保了不同區劃破損時正確的計算結果。

4.3細化分艙表格以提高分艙因子

一般情況下，分艙位置選取水密艙壁處。最初計算本船縱向上分為16個區劃， 由于沒有考慮局部的布置，如上所述的貨艙通道區劃等，因此獲得的分艙因子較小。需要考慮對這些處所在橫向、縱向上進行細分，最終縱向上分為19個區劃，橫向上也增加了分隔，分艙因子顯著提高。

4.4考慮較小的進一步進水以提高分艙因子

為保證計算精度，機艙雙層底的小艙也都分別進行了定義，如圖4中溢油艙和油渣艙。在計算中發現個別工況原本可以生存的，卻沒有生存。比如某個破損工況，由于半寬沒有包含溢油艙室，溢油艙沒有破損，但溢油艙的通風開口被淹沒，導致s=0。另一側破損亦然。考慮到該2個艙室都比較小，容積僅為30.9 m3，因此根據SOLAS規定：“如果證實累進進水的影響能易于控制并且不損害船舶的安全，則主管機關可允許較小的累進進水”，在計算時修改了破損范圍，即溢油艙也加入了破損艙室，對船舶破損后的浮態幾乎沒有影響，使其生存獲得了更大的分艙因子。

圖4 進一步進水

4.5艙室合并優化

在上述計算后發現分艙因子有一定余量的條件下，在滿足破艙穩性要求的前提下，考慮到下甲板通道作為交通的要求，將多個水密艙室合并，減少水密門的數量，有利于交通，并且降低了建造成本。

變更前下甲板通道分為了左右各10個水密區劃，變更后下甲板通道左舷分為3個水密區劃，右舷分為4個水密區劃。

5 結語

通過計算，本船分艙因子滿足國際海上人命安全公約要求。

根據計算設定的各初始工況最小G0M，以及完整穩性規則要求的完整穩性衡準，驗證了本船的最小G0M滿足各標準工況的要求。

本文通過對2.8萬t多用途船破艙穩性計算分析，簡述了使用NAPA軟件進行破艙穩性計算的工作要點和注意事項，并就一些破艙穩性計算的特殊分析方法進行了介紹。通過相關的分析得到詳細的計算結果，對計算進行了優化，并對布置和其他設計進行了優化。

[1]中國船級社.國際海上人命與安全公約[M].北京：人民交通出版社，2009.

[2]中國船級社.SOLAS 2009分艙與破損穩性要求實施指南[M].北京：人民交通出版社，2009.

2013-09-03

周旭(1977-)，男，工程師，主要從事船舶總體設計。

U661.2+2

A