耙吸挖泥船DR68完整穩性及破艙穩性研究

付學輝朱云龍田嚴波

（1.中交海洋工程船舶技術研究中心有限公司 上海200125 ； 2.上海振華重工（集團）股份有限公司 上海200125）

耙吸挖泥船DR68完整穩性及破艙穩性研究

付學輝1，2朱云龍1，2田嚴波1，2

（1.中交海洋工程船舶技術研究中心有限公司 上海200125 ； 2.上海振華重工（集團）股份有限公司 上海200125）

DR68規范對挖泥船完整穩性、破艙穩性的要求與CCS規范具有較大差別，因此對泥艙設置、船體設計也提出不同的要求。文章通過對入級BV及CCS的耙吸挖泥船項目進行對比，簡述了該船型穩性計算在滿足DR68時需要注意的一些問題。

DR68；挖泥船； 完整穩性； 破艙穩性

引 言

DR68是《勘劃減小干舷的挖泥船建造與作業指南》的文件代號。該文件最初由荷蘭、法國、比利時等國的技術代表組成的“挖泥船減小干舷作業聯合小組”于2001年提出（當時代號“DR67”，現行升級版DR68適用于2010年1月1日后建造的挖泥船），作為ICLL第25條“特殊規則”的應用，并報IMO備案。挖泥船滿足該指南規定的設計和裝備方面的要求，可獲得ICLL有關減小干舷作業的免除證書。BV、LR等船級社規范對設有泥艙的耙吸挖泥船的干舷和穩性都直接引用DR68規定。但CCS并沒有采用該指南，而是根據我國耙吸挖泥船等工程船的工程實踐，在CCS《鋼質海船入級規范》中制定了“工程船舶作業吃水標志的勘劃”的規定。因此長久以來，針對挖泥船穩性的要求（完整穩性及破艙穩性），CCS與DR68一直存在較大的差異，尤其是破艙穩性部分，導致按照CCS規范設計的挖泥船并不能確保滿足DR68要求。在目前國產疏浚裝備日益邁向國際的浪潮下，設計方需要格外注意其中差別，以避免出現無法順利入級國外船級社的窘境。

簡而言之，在設計之初就需要根據入級的規范要求完成穩性的核算。如果是實船更換船級的情況，也要通過仔細的穩性核算，必要時采取改裝措施。筆者將根據自身參與的耙吸挖泥船項目進行初步闡述，以梳理DR68與CCS規范在穩性校核上的區別，并提出部分建議以供讀者參考。

1 DR68與CCS規范對挖泥船穩性校核的區別

CCS對挖泥船穩性計算的要求具體見《鋼質海船入級規范》第二篇船體，第1章通則，第13節工程船舶作業吃水標志的勘劃［1］。

國外船東主要入級BV船級社，其規范要求見《Rules for the Classification of Steel Ships》Part D，Chapter 13-Ships for Dredgign Activity［2］。經對比，在穩性計算方面，其要求與DR68要求完全一致。本文涉及DR68的計算數據也從某型入級BV的挖泥船項目中摘得。

上述規范在完整穩性方面的主要區別在于對校核工況的要求不一樣，而對工況的穩性衡準規則方面是基本一致的。因此本章節也側重于介紹需校核工況的具體要求。

破艙穩性方面DR68對挖泥吃水下的校核工況、穩性衡準都提出了詳細、嚴格的要求，CCS則對挖泥吃水下的破艙穩性不作要求，即無需進行校核。可見兩者在破艙穩性方面的區別更加明顯。

1.1 完整穩性校核

1.1.1 CCS規范要求的工況

（1）泥艙滿載，100%燃料及供應品；

（2）泥艙滿載，10%燃料及供應品，此時泥漿密度ρm2；

（3）泥艙滿載，泥漿密度取1.4-0.2·i t/m3，i值為0，1，2…，僅取最接近ρm2者；

（4）泥艙部分裝載，泥漿密度取2.2-0.2·i t/m3，i值為0，1，2…，僅取最接近ρm2者；

（5）泥艙通海，100%燃料及供應品；

（6）泥艙通海，10%燃料及供應品；

（7）泥艙非對稱卸泥。

其中需要注意的是泥漿密度大于1.4 t/m3時即視為固體，無需再考慮其自由液面影響，低于1.4即視為液體，需要考慮自由液面影響。

1.1.2 DR68要求的工況［3］

（1）泥艙滿載，100%燃料及供應品；（2）泥艙滿載，10%燃料及供應品；

（3）泥艙滿載，100%燃料及供應品，泥漿密度分別取1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0 t/m3，且泥漿視為液體；

（4）泥艙滿載，10%燃料及供應品，泥漿密度分別取1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0 t/m3，且泥漿視為液體；

（5）泥艙滿載，100%燃料及供應品，泥漿密度分別取1.4、1.6、1.8、2.0、2.2 t/m3，且泥漿視為固體；

（6）泥艙滿載，10%燃料及供應品，泥漿密度分別取1.4、1.6、1.8、2.0、2.2 t/m3，且泥漿視為固體；

（7）泥艙通海，100%燃料及供應品；

（8）泥艙通海，10%燃料及供應品；

（9）泥艙非對稱卸泥。

顯然，DR68要求的作業工況數目大幅增加，且須要將泥漿分別視為液體、固體進行校核，液體校核密度達到2.0 t/m3，固體校核密度達到2.2 t/m3。主要原因是DR68對泥艙內泥漿沉淀的不同階段視為不同的裝載工況，并對沉淀后的泥漿密度及其流動性進行了十分細致的界定。

在完整穩性衡準方面，CCS規范與DR68要求基本一致，僅在氣象衡準的風壓取值上略有差異。

小結：

（1）DR68要求的裝載工況數量較CCS要求大幅增加，以筆者參與的某型耙吸挖泥船項目為例，裝載工況達到36個，而以往入級CCS的耙吸挖泥船裝載工況一般在10 ～13個；

（2）在計算大傾角復原力臂時，需要考慮泥艙內泥漿的流出及海水的流進，在DR68要求的大密度工況下，海水流進情況更易發生，且針對液體泥漿工況還須考慮自由液面，可見DR68對完整穩性的衡準要求較CCS要嚴格得多。

1.2 破艙穩性校核

破艙穩性方面CCS僅對航行工況提出校核要求（按SOLAS貨船條款計算），對挖泥工況（即挖泥吃水）不作要求。

DR68對挖泥工況提出明確校核要求，并擬定如下計算工況［3］：

（1）泥艙通海，50%燃料備品，計算達到指數Au；

（2）泥艙滿載，50%燃料備品，計算達到指數Ai，其中泥漿密度分別取2.2、2.0、1.8…ρd（ρd為50%燃料備品及挖泥吃水對應的泥漿密度）。

對于破艙計算結果的衡準，DR68要求：

（1）單個工況達到的指數須大于0.7R（R為規范要求生存指數）；

（2）任一密度下的計算結果Ai須滿足0.5×（Au+ Ai）＞R。

破艙穩性校核中對于泥漿自由液面的計算，DR68要求泥漿密度小于1.4 t/m3時按液體考慮，大于2.0 t/m3時按固體考慮，介于兩者之間的密度其自由液面傾角按下式計算：

式中：θr為船體傾角；θg為泥漿液面傾角；ρ為泥漿密度，介于1.4～2.0 t/m3。

小結：

與CCS僅對夏季干舷考核航行狀態相比，BV（DR68）對耙吸挖泥船破艙穩性的要求顯得十分嚴格。由于挖泥吃水一般為半干舷甚至1/3干舷，其破損后的浸水情況通常較為惡劣，再考慮到泥艙內大密度泥漿流動以及海水流入等狀況后，其破艙穩性一般表現為較緊張，需要在設計之初引起足夠重視。

2 計算建模注意事項

目前針對挖泥船（帶泥艙）穩性計算比較完善的商用軟件并不多，特別是破艙穩性計算，主要難點在于對泥艙破損后的計算進行正確模擬。BV等歐洲公司擁有自己開發的計算軟件，而NAPA公司作為國內占有率較高的設計軟件，早在多年前已推出挖泥船計算模塊及流程說明，但其對泥艙破損的處理一直存在紕漏，直到2014年版本更新后才推出了新的挖泥船計算模塊及計算說明，并最終完善了泥艙破損后的計算模擬。筆者按照NAPA最新的版本進行計算，并最終通過BV入級認可。在此提醒國內設計公司在挖泥船穩性的校核中，需使用得到業界認可的軟件進行核算，以免造成設計返工。

圖1為NAPA軟件泥艙設置示例［4］。需單獨考慮泥艙圍板及溢流裝置的定義，該定義將影響泥漿流出及海水流入的情況。

圖1 NAPA軟件中泥艙設置（含泥艙圍板及溢流筒）

3 計算示例

完整穩性的計算過程與CCS相似，僅在工況數量及定義上有所區別。

一般在破艙穩性計算時容易產生問題。如前所述，由于軟件功能的原因，部分軟件在處理泥艙過程中會出現問題，如圖2所示。

圖2 軟件計算存在的問題（工況舉例）

在同樣的破損工況下，雖然泥艙均作為破損艙室，但左邊計算結果未顯示海水流入情況，右邊工況運用NAPA最新版計算，得到泥艙浸水的結果（泥艙剖面深色部分）。

由于泥艙在結構和裝載上的特殊性，為解決泥艙破損的判定問題，在NAPA中需要在泥艙底部定義兩個特殊的開口（見圖3）。

圖3 NAPA軟件中泥艙破損判定設置

在破損工況生成后（GEN DAM命令運行后），通過調用宏“DA.DRED_HOPDAM”自動將開口添加至泥艙破損的工況中，進而生成全船的概率破損工況列表。

泥艙判定開口定義示例：

OPE HOP1 'HOPPER INFLOW'

TYPE UNSEAWATEROVERFLOW

POS（30 0 0）

CONN HOPPER SEA

需要注意的是，NAPA在處理泥艙時，始終將其作為“破損”來考慮（因頂部開敞），但實際計算中是根據底部特殊開口來進行判斷是否發生概率破損，進而對泥漿流出、海水流入等情況進行計算。

以某型耙吸挖泥船穩性計算的具體情況為例，該船船長約110 m、型寬約19 m、型深約8.6 m、挖泥吃水7.5 m、泥艙艙容約6 000 m3，入級BV船級社。

該項目由于初始方案過度追求泥艙艙容，在詳細設計中出現了破艙穩性不足的情況。但在采取必要的改善措施后，最終達到了規范要求，并獲得BV的認可。最終計算結果如圖4所示。可見，采取改善措施后，在泥漿密度為1.6 t/m3的破損工況下，考慮左右兩舷結果的均值后，生存指數為0.363 13，恰好滿足0.355 44的規范要求。若該船的空船質量及重心不理想，很容易導致最終達不到規范要求。

圖4 某型耙吸挖泥船破艙計算結果

采取的改善措施主要有增加水密門以及提高風雨密開口垂向位置等手段。此外，該項目完整穩性在大密度狀態下也不甚理想，在此不再一一贅述。

4 對挖泥船設計的建議

由于DR68對挖泥船的完整穩性及破艙穩性都提出了更高的要求，因此在方案設計之初需要充分校核其穩性，以便合理控制主尺度及泥艙艙容。此外還需注意以下幾點：

（1）對于中小型耙吸挖泥船，完整穩性一般在大密度裝載時（2.0 t/m3、2.2 t/m3）最危險，破艙穩性一般在泥漿密度為1.4 t/m3、1.6 t/m3時最危險；

（2）通過泥艙結構型式來減小自由液面，也是改善穩性的有效途徑；

（3）主甲板第一層甲板室采用水密舷窗，并設風暴蓋；

（4）主甲板空氣管高度盡量增高，并靠近船舯；

（5）嚴格控制空船質量及重心高度；

（6）建議考慮首部抨擊加強，否則首部吃水難以保證。

5 結 論

鑒于現階段國產挖泥船逐步走向世界，但真正入級BV等國外船級社的挖泥船并不多見，可見以上兩種規范對挖泥船設計的影響還未引起國內業界的注意。筆者根據自身經驗將DR68規范與CCS規范的區別進行了初步分析，認為DR68對挖泥船穩性的要求顯然更為嚴格，并再次提醒國內研究院所在前期設計時務必充分考慮主尺度和泥艙型式的設置，在追求疏浚能力及經濟性的同時也要注意保障船舶的安全性能。

［1］中國船級社.鋼質海船入級規范：第2篇［S］.2015.

［2］BV.Rules for the Classification of Steel Ships：Part D，Chapter 13［S］.2014 .

［3］IMO.Guidelines for the Assignment of Reduced Freeboards for Drdgers，DR-68［S］.2010.

［4］NAPA.NAPA for Design Manuals for Release 2015［S］.2015：2469-2484.

On DR68 intact stability and damage stability of trailing suction hopper dredger

FU Xue-hui1，2ZHU Yun-long1，2TIAN Yan-bo1，2
（1.Shanghai Zhenhua Heavy Industries Co.，Ltd.，Shanghai 200125，China；2.CCCC Marine Engineering Research Center Co.，Ltd.，Shanghai 200125，China）

Since the requirements of DR68 rules on the intact stability and damage stability of dredgers are quite different from CCS rules，there are differences of the arrangement of the mud tank and the hull design.The notices during the stability calculation complying with DR68 rules are presented based on the comparison of the hopper dredgers registered respectively in BV and CCS.

DR68 rules； dredger； intact stability； damage stability

U661.2+2

A

1001-9855（2016）05-0012-05

2016-04-12；

2016-05-18

付學輝（1985-）男，工程師，研究方向：船舶與海洋工程總體設計。朱云龍（1985-）男，工程師，研究方向：船舶與海洋工程總體設計。田嚴波（1989-）男，助理工程師，研究方向：新船型開發。

10.19423/j.cnki.31-1561/u.2016.05.012