1100TEU支線集裝箱船船型研究開發

吳 剛，陳 濤，王 亮

（708研究所，上海 200011）

0 引 言

600～1100TEU的小型支線集裝箱船，以其運輸便利、短程經濟、調度靈活、周轉快捷等無法比擬的經營特點始終占據著集裝箱市場的一席之地。尤其是近年來，隨著超大型集裝箱船的不斷涌現, 將地區性的沿海、短途支線運輸緊密結合在一起的支線集裝箱船更是需求倍增。然而，由于設計規范的大量更新、節能環保意識的不斷增強以及市場需求的發展變化，支線箱船的設計需迅速做出調整，以適應當前船東和船廠的需求，其中1100TEU集裝箱船是諸多支線箱船中需求較為旺盛的船型之一。

中國船舶及海洋工程設計研究院不斷研發大型和超大型集裝箱船，并于 2010年下半年集中力量開發出1100TEU支線集裝箱船型。2012年6～7月，這些新開發的1100TEU集裝箱船陸續順利交船，合同指標經各項試驗驗證，均已全面達到或超過當初規定的設計指標，獲得了船東和船廠好評。

1 船型特征

該型船為無限航區全格柵式集裝箱船，具有前傾式艏柱、球鼻艏和方艉以及帶艏樓的連續主甲板。該船由單臺二沖程低速主機驅動定距槳，機艙頂棚局部升高，采取了燃油艙完全雙殼保護和一人駕駛橋樓設計，滿足壓載水管理公約（BWM 2004）D-2新標準以及低硫油排放、國際勞工組織MLC 2006、巴拿馬（PANAMA）運河和澳大利亞貨艙梯（AMSA）的最新要求。該船共有7個集裝箱貨艙，能載運ISO標箱和兩層高箱，No.1貨艙滿足用密閉集裝箱載運IMDG規定的1.4S/2/3/4/5.1/6.1/8 /9類危險品，貨艙開口配置無序開啟吊離式艙口蓋，艙蓋強度滿足堆重為70t/20ft；90t/40ft，該船艙內和艙蓋上共有145個冷箱插座。

該型船經交船實測數據證明，各項技術指標[1]已接近或超過日韓同時在建的 1100TEU船型（見下表 1）。

表1 中、日、韓同時在建的1100TEU船參數對比

針對國內外船東的不同需求，在基礎標準不變的情況下推出了適應國外船東有冰區加強和國內船東無冰區加強要求的兩款 1100TEU船設計，均入級德國勞氏船級社（GL），其中無冰區加強的船型船級符號為：

2 自主開發

新的1100TEU集裝箱船需求主要針對中、日、韓等亞洲沿海航線，船型特征發生了明顯變化，對新1100TEU船型開發提出的相關要求主要有：降低航速和油耗、注重最大載重量和重箱指標、增加主機減排和壓載水處理等環保措施；總長不超過145m，總噸須控制在10000gt以內，設計吃水時的航速大于18kn，不帶克令吊。

2.1 船型尺度和船體布置

根據停泊港口和國內船廠建造能力，確定了船長、船寬以及吃水等主要參數，受總長和總噸限制的制約，通過降低18kn的軸功率來減少油耗，/L B應盡量接近6，此時的長度傅氏數接近0.256。

受建造工藝水平限制，邊艙雙殼寬度較大，為2.2m，與日韓船廠相當。但隨著建造工藝水平的提高和搶占訂單的迫切需求，為提高均箱數等指標，新的集裝箱船項目均趨向于壓縮邊艙寬度，以多放一列集裝箱。

上層建筑布置形式主要有兩種（見圖1），一種是上層建筑位于主機上方，不必為低速主機專門設置局部升高的機艙棚，在上層建筑后方還可堆一排 40英尺集裝箱；另一種是上層建筑相對靠后，甲板區域為主機專設了局部升高的機艙棚，棚頂可堆一排 40英尺集裝箱。考慮到碼頭集裝箱卸貨的便利性以及將來改裝加吊的可行性，經比較，最終選擇了后一種布置形式。考慮到總噸限制因素，在干舷和艏部儲備浮力滿足要求的前提下，艏樓未采用國外設計中經常將其延伸到第1個貨艙頂部齊平的布置形式。

圖1 1100TEU集裝箱船上層建筑布置比較

2.2 型線設計優化

市場上1000TEU～1100TEU集裝箱船，主要存在2種線型設計：1) 大方形系數：主要考慮增加載重量；2) 小方形系數：主要考慮增加航速或減少油耗，載重量較小。

在分析國內外同類集裝箱船線型設計特點的基礎上，采用了大方形系數設計。

采用大方形系數方案，可增大載重量，但對于快速性優化存在較大壓力。通過前期對水線長度、浮心位置、舵球裝置等各種方案對比以及運用RAPID等CFD軟件進行輔助分析，不斷優化線型，最終確定了最優的線型方案。

實船試航結果證實，該船在規定考核功率和設計吃水時，試航航速達到18.3kn，同時，艉部振動噪聲均達到規范要求，且螺旋槳運行正常，表明該型船的型線優化設計取得成功。

2.3 空船重量控制

采用新的設計理念和標準，達到了降低空船重量，增大載重量的目的，經濟性大大提高，同時也為后續的持續優化提供了更加堅實的基礎。

尤其是結構專業，在肋距設置、典型剖面形式、高強鋼使用、抗扭箱、機艙縱艙壁和艉部結構大構件等結構形式方面做了大量優化工作，取得了顯著效果。

2.3.1 典型橫剖面對比

圖2是1100TEU船型的典型剖面，與采用相近骨架形式的韓國1100TEU比較，該型船舯剖面縱向構件比韓國要輕，占結構重量的1.6%；強框輕0.4%，其他橫向構件要重1.6%，綜合來看，貨艙區重量依然比韓國略輕。在中拱彎矩比韓國 1100TEU船取值大的前提下，依然能保證結構重量低于韓國船廠，說明舯剖面設計從重量控制角度來看要優于韓國。傾斜試驗的空船重量數據也最終證實該型船重量指標與國外船廠批量建造的成熟船型接近。

圖2 MARIC 1100TEU船舯剖面

2.3.2 機艙縱艙壁延伸

該型船在機艙前端壁處由橫骨架式轉為縱骨架式。一般而言，內殼縱艙壁向機艙區的延伸有利于滿足總縱強度，但卻對機艙區布置影響較大，被內殼縱艙壁隔開的區域很難得到有效利用。該型船機艙區空間較為緊張，經機艙布置和結構優化，最終修改了原內殼縱艙壁延伸至機艙后端壁的常規思路，將內殼縱艙壁斷在機艙區，同時加大附近區域結構尺寸以滿足總縱強度要求（見圖3），該設計得到了GL船級社的最終認可。

圖3 機艙區內殼縱艙壁過渡形式

2.3.3 高強度鋼使用

高強度鋼的使用也是該型船控制結構重量的手段之一。船東允許該型船高強鋼使用比例控制在 40%左右。設計中，貨艙區雙層底及主甲板區域結構使用了AH32高強度鋼，總縱強度要求比較高的艙口圍使用了DH36高強度鋼。此外，適當加大了艙口圍的板厚，使得主甲板板厚及主甲板下列板可以相應地減少厚度。中和軸附近、橫向強框及橫艙壁結構則基本采用普通鋼。統計可知，該型船高強鋼使用比例控制令人滿意。

2.4 節能環保和其他設計考慮

在滿足各項新規范要求的前提下盡量提高各種節能環保指標。該船型符合SOLAS2009有關三吃水破艙和標準雙層底的最新規范要求，并通過GL審核認可，符合MLC2006、澳梯AMSA和巴拿馬運河ACP2012規則要求。同時該項目是首個通過安裝壓載水處理裝置滿足D-2壓載水排放標準的新船型；為防止燃油污染，新船型在設計中采用了雙殼結構來達到燃油艙的完全保護，符合當前的環保理念；該船型在滿足歐盟港口低硫油排放要求的同時，還降低了船舶油耗和提高了船舶能效設計指數EEDI。

3 優化升級方案

近期開展了一系列優化升級工作[2]，重點推出了“窄邊艙低油耗”新方案，在原有 1100TEU設計基礎上，壓縮邊艙并適當增加船寬，使得貨艙內能多放1列集裝箱；同時，著重開展水動力分析和研究，減少船型阻力，進行主機降功率分析，在提高推進效率的同時，最大限度地降低油耗。表 2是新近推出的1100TEU窄邊艙升級方案與建成交船的1100TEU船以及某國外公司設計方案的參數對比。

表2 1100TEU船窄邊艙的優化升級方案參數對比

續表2

4 結 語

1100TEU集裝箱船作為小型支線集裝箱船型，具有尺度緊湊、功能完備、節能環保的特點，同時滿足目前最新國際規則規范的要求。近期實船項目陸續順利交船，投入了實際營運，獲得船東的好評。現正投入到進一步的優化工作中，希望為各方提供持續更新的船型設計。

[1] 中華人民共和國船舶行業標準CB/T3886-2002，海洋運輸船主要性能水平評級[S].

[2] 陳 康，周志勇，魏菲菲. 集裝箱船線型優化研究[J]. 船舶與海洋工程，2012, (3): 8-13.