散貨兼教學實習船的開發與設計

俞 赟，吳正廉，吳 飛

（1. 中國船舶及海洋工程設計研究院，上海 200011；2. 中海工業（江蘇）有限公司，江蘇 江都 225211）

0 引 言

隨著中國海運事業的蓬勃發展，建造一艘能通過貨物運輸滿足學校實習船運行費用的教學實習船成為迫切的需求。受上海海事大學和中國海運集團的委托，中國船舶及海洋工程設計研究院（MARIC）設計了新一代教學實習船“育明”輪。

該船兼顧散貨運輸與教學實習兩大功能，為航海類專業學生的實船實習和營運自給提供了條件，是目前國際上投資規模最大、設施配備最先進、功能最齊全的遠洋教學實習船，開創了通過貨物運輸滿足學校實習船運行費用的新模式?！坝鳌陛喴延?012年12月12日正式交付上海海事大學。

圖1 上海海事大學教學實習船

1 船舶概況

1.1 船型

不同于傳統專用教學實習船[1]，該船是目前世界上第一艘并且也是噸位最大的兼散貨運輸與教學功能為一體教學實習船，擁有首創的雙駕控系統。以揚子最大型散貨船——48000噸級大靈便型散貨船為母型船，適用裝載煤、礦砂、谷物、卷筒鋼板等散貨，為無限航區航行船舶。設計上保持原散貨船的格局和風格不變，增加教學區域，可滿足航海類專業的教學實習，交通信息工程及控制、航海科學與技術、輪機工程等學科的科學研究和試驗。其設計需要同時兼顧散貨船和特種用途船的要求，因此給設計提出了一系列的難題。

1.2 主尺度及性能指標

主尺度及性能指標見表1。

表1 主尺度及性能指標

船級符號

CCS ★ CSA Training ship; Bulk Carrier; CSR; BC-A(Hold Nos.2,4 may be empty); COMPASS(D,R, F);Grab(20); PSPC(B); Ice Class B; Loading Computer(S,I, G, D);ESP; In-Water Survey; FTP;BWMP(MEPC.127(53));ERS

★ CSM AUT-0; OMBO; SCM; PMS

2 設計理念

有別于普通散貨船，該船功能定位于教學實習，因此，需要兼顧運輸和教學實習的要求。在設計上保持原散貨船整體的基本風格不變，增加教學區域和設施。其設計主要考慮到：

1）管理便利性：區域劃分合理。船員和學員區可分可合，便于人員管理；

2）先進性：教學功能先進；船型先進緊隨國際主流散貨船發展趨勢；

3）安全性：需同時滿足36人以下客船及散貨船的破艙穩性、防火救生消防的要求；

4）經濟性：在教學的同時需要滿足貨物運輸的指標要求；

5）節能環保：新船能效設計指數EEDI的要求；污水排放嚴格控制，燃油艙保護；

6）舒適合理性：居住艙室的舒適性；教學區域的合理性；

7）美觀性：內裝的美觀性；整體的美觀性。

2.1 管理便利性

對于教學實習船來說，教學功能是最主要的。因此，合理布置教學生活區域是教學實習船設計的重中之重，區域劃分的典型見圖2。全船合理劃分區域：

1）全船分為貨艙區和上層建筑兩大部分，上層建筑位于船體尾部，和目前靈便型散貨船的風格一致；

2）上層建筑劃分為教學娛樂區和生活區兩部分。生活區位于上層建筑主甲板以上，而教學娛樂區位于主甲板及主甲板以下，在緊鄰駕駛甲板以下設置了航海訓練室；

3）生活區劃分為船員區和學員教師區。上層建筑首部為船員區，其風格維持原散貨船的格局劃分；生活樓尾部為學員教師生活區，考慮到女船員的培養，又布置了獨立的女學員生活區。船員、男女生、教師獨立劃分，相互之間又可通過通道等相互聯系，其區域可分可合，便于人員的管理。男、女生、教師、船員均有獨立的洗衣間，便于不同人員及類別衣物清洗；

4）集中合分功能特點，合理布置不同功能的教學區和娛樂區。教室主要布置在主甲板大廳附近，為滿足通信導航及航海專業的教學，在頂層駕駛室以下布置一個航海研究室及教室。在頂層露天區域布置露天籃球場，在甲板以下布置了一個大型的風雨操場、圖書館及多功能學術室。

2.2 先進性

1）船型在滿足教學的同時兼顧了散貨運輸功能。采用了先進的靈便型散貨船的主流船型為母船，和散貨船的整體設計風格保持一致；

2）首創雙駕控系統，最高兩層甲板分別為360°全景駕駛室和航海訓練室。分別設置兩套可聯動的駕控系統，通過駕駛室權限的下放，可滿足實習學員在航海訓練室實際操縱船舶的要求（見圖3）；

圖3 雙駕控系統橋樓

3）教學實施先進。配有船用雷達波浪檢測設備，船舶姿態測試儀、船載三維水流測試儀、水位測距儀、北斗導航系統、船用扭力儀。另外設有航行測試儀器及數據接口，船舶主要設備運行參數采集接口、主副機，鍋爐，焚燒爐排氣測試取樣接口，液體艙柜液位遠程測量指示等。在主駕控臺和實習駕駛臺留有添置船舶通信導航設備的空間；

4）全船設置了大面積教學區域，面積龐大的餐廳和娛樂區域，滿足日常教學、就餐和娛樂要求。設置了3個大教室、兩個多功能教室、一個輪機研究室、航海訓練室、模擬甲板操作室、學員機修間等，滿足教學的要求。設置了一個頂部籃球場、一個大型風雨操場、健身房、帶有音響的多功能廳、圖書館等，滿足學員的娛樂要求。

2.3 安全性

全船人數眾多，并有別于普通客船，由于散貨船船型的特點，艉部設置艉拋艇，以便快速撤離。因此，其破艙穩性及救生、消防系統均兼顧了散貨船及特種運輸船的要求。

2.4 經濟性

通過散貨運輸為實習船的日常營運提供資金支持，降低實習船的使用負擔。

2.5 節能環保

EEDI[2]于2013年1月1日開始生效，此后建造的船舶必須滿足（2013年1月1日至2014年12月31日之間）相關船舶基準線標準。雖然該船于2012年12月交船，不需要滿足，但是通過優化設計，該船新船能效設計指數EEDI（見圖4）為5.30接近 1階段（phase 1）（2015～2019）5.20的要求，比基線值（5.78）降低8.6%。比同級別船舶節油15%～20%。主機滿足國際Tier II排放標準。

圖4 EEDI能效指數計算

通過設置大量的灰水艙、黑水艙，灰水艙容量達400m3，黑水艙容量達200m3。采用真空式抽吸生活污水，使得每次沖洗用水量減小為重力式的 1/10（1.2～1.9L/次），可收集兩周污水排放，并嚴格控制污水排放。燃油艙設置雙殼，其間距滿足MARLOP的燃油艙保護要求。

2.6 舒適性、美觀性

居住艙室和教學區域的設計吸取了學生及教師對艙室和要求區域的要求，裝飾和家具設計綜合考慮到居住艙室和教學區的使用特點（見圖5、6）。

圖5 學員房間

圖6 頂部穹頂

3 設計規范

該船在功能上兼顧散貨運輸和教學實習的要求，因此需要同時滿足散貨船和特種用途船的規范要求，即散貨船規范《鋼質海船入級與建造規范2009》[3]和特種用途船規范《2008 SPS Code》[4]的要求。在結構設計上需要滿足共同規范對于散貨船的要求，其穩性需要同時滿足載重線公約的確定性破艙和 36人以下客船的概率論破艙的要求，其救生和消防需要同時滿足散貨船救生的要求和36人以下客船的要求。

4 設計特點及難點

4.1 共同規范（CSR）對于散貨船的要求

以揚子最大型散貨船——48000噸級大靈便型散貨船為母型船，由于在2006年4月1日以后建造，因此需要滿足共同規范的要求和BC-A（Hold Nos.2,4 may be empty）的符號要求。根據共同規范URS25的要求，其正常壓載工況需滿足：1）螺旋槳全浸沒；2）艉傾且不超過0.015LBP的要求。一般散貨船的彎矩和剪力最大的工況出現在正常壓載、重壓載和隔艙裝載工況[5]。該船的母型船，正常壓載工況通過調整艙容降低了彎矩，彎矩中拱狀態的決定性工況是隔艙裝載，彎矩中垂狀態的決定性工況重壓載。由于設計需要保持原散貨船的格局和風格不變——艉機型、艉上層建筑的風格，上層建筑區域龐大，壓載出港船前部需要足夠的壓載水，艉部不能使用壓載水，中拱較普通散貨船大，為決定性工況；均質礦石裝載為中垂的決定性工況。均質滿載出港容易艉傾過大，而到港又出現艏傾等現象。特別是貨艙進水工況的進水彎矩和剪力包絡線也超出了原母型船的設計要求。因此，其強度設計的難度很大。為此，通過適當調整分艙、貨艙裝載限制和提高中剖面的設計等方式滿足了設計要求。

另外，由于建造時間為2010年12月29日，IACS在此期間對載貨量曲線進行了修改，因此設計需要滿足《鋼制海船入級與建造規范2009》的要求。

4.2 破艙穩性要求

穩性需要同時滿足載重線公約的確定性破艙和 36人以下客船的概率論破艙的要求。確定性破艙僅要求滿載吃水的GM，而概率論破艙要求壓載、半載及滿載的GM值。通過計算，計算確定性破艙要求的GM值要求高于概率論破艙的計算結果。最終滿載吃水要求的GM值采用確定性破艙的計算值。壓載和半載的GM值采用概率論的計算結果。

4.3 客船逃生通道要求

該船船員30人，教師和學生為168人，根據《2008 SPS Code》，其通道和梯道的設計布置需要滿足《SOLAS(2009)》[6]關于36人以下客船的要求。通過設置了兩個相對獨立的梯道圍井、兩舷各兩個外梯道、大面積的梯道、寬敞的走廊和逃生路線，來滿足其要求，并通過梯道面積與寬度計算、逃生動態模擬等手段來驗證設計的合理性。通過動態模擬計算，發現某些工況在中央梯道會出現擁堵現象，雖然仍然滿足規范的撤離時間要求，但是從實際操作角度來說，指揮人員通過指揮合理疏散人群至其他逃生通道更為合理。

4.4 救生設備布置要求

國際海事組織發現由于發生海難時散貨船的沉船速度大大高于其他類型的貨船，因此，需要設置可以快速釋放的艉拋艇。一般貨船的人數少，普通散貨船設置一架艉拋艇即可。但該船人數達到198人，需要設置4艘自扶正全封閉自由降落式救生艇，設于尾部可滿足100%總人數要求。同時《SOLAS(2009)》要求按照36人以下客船標準設計——救生艇應滿足單舷100%定員撤離的要求。因此，每舷設25人氣脹式救生筏8只，滿足100%總人數。右舷設氣脹式救生筏吊具2套、設救助艇1艘。

4.5 中央空調系統設計

考慮到教學實習期間和日常營運期間船上人員的變化，教學實習期間全船滿員，而日常營運期間僅有30名船員在船上，因此，設計上采用了壓縮冷凝機組和冷水機組混合的方式。即日常營運期間僅僅通過壓縮冷凝機組供船員區空調，而在教學實習期間，采用冷水機組對全船的空調系統提供能量。合理調整全船的電力負荷，達到節能減排的目的（見圖7）。

圖7 空調系統原理

4.6 雙駕控系統設計

考慮到航海船員訓練的要求，全船設置兩套駕控系統，分別設置在駕駛室和航海訓練室。其中駕駛室的駕控系統可以將控制權限下放到航海訓練室，讓其獨立完成航行操控，也可以在發生緊急情況時快速收回權限，避免事故的發生。

4.7 安全中心設置

按照《SOLAS(2009)》要求，2010年 6月 1日以后建造的客船需要滿足安全中心的要求。根據《SOLAS(2009)》指導，將安全中心設置在駕駛室內。

4.8 駕駛視野開闊

設計采用360°全景駕駛室，同時滿足一人駕駛要求，其駕控臺和窗框等設計得到了船員的好評。

4.9 操縱性靈活

該船不僅需滿足遠洋航行的要求，同時還滿足長江航道對船舶的操縱性要求，可用1套泵組將舵一舷35°轉至另一舷30°的時間<20s。

5 結 語

育明輪是目前世界上最大的教學實習船，承載著航海的希望，被譽為“海上移動校園”和“航海家的搖籃”。目前已正式交付上海海事大學，并于中國海運集團營運將近2a，在滿足日常教學的前提下，通過載貨營運可以滿足日常成本的開支，而且學員可以通過實際的操作，更利于今后快速勝任職務，開創了校企合作的新模式。

[1] 曹山林，等. 遠洋教學實習船“育鯤”號[J]. 船舶設計通訊，2009 (1): 3-7.

[2] 朱永峨，等. 能效設計指數EEDI功率曲線的直接計算方法[J]. 船舶與海洋工程，2013 (2): 62-66.

[3] 中國船級社. 鋼制海船入級與建造規范[S]. 北京，2009.

[4] Maritime Safety Committee, 2008 SPS Code – Code of Safety for Special Purpose Ships[S]. 2008.

[5] 張志剛，章漪云. CSR散貨船結構審圖中主要關注點研究[J]. 船舶與海洋工程，2013 (2): 58-61, 66.

[6] IMO, International Convention for the Safety of Life at Sea [S]. 2009.