船舶-重大件貨物一體化設計

王偉彬

(中遠海運特種運輸股份有限公司, 廣州 510623)

據(jù)統(tǒng)計，國際貿(mào)易中有90%的貨物運輸是通過船舶完成的，隨著世界經(jīng)濟不斷發(fā)展，貿(mào)易量不斷增加，船舶運輸量和建造量同步增加，新建造的船舶逐步大型化得到世界航運協(xié)會(World Shipping Council,WSC)及航運界的認可，18 000 TEU集裝箱船、40萬t大型礦砂船(Very Large Ore Carrier，VLOC)和30萬t油船陸續(xù)下水運營，對航運界降低成本起到很好的作用。受運輸方式專業(yè)化、合同大單化、運輸設備模塊大型化和雜貨規(guī)模化等因素影響，中遠海運特種運輸股份有限公司(以下簡稱“中遠海特”)在設計、建造船舶時，將船舶大型化作為一個重要方向，并將其付諸實施。中遠海特已交付使用的載重量28 000 t多用途船和載重量36 000 t多用途船在適航性、適貨性和安全性等方面均有很好的表現(xiàn)，取得了良好的經(jīng)濟效益。

本文基于船舶大型化，結合商業(yè)運輸船的商業(yè)需求和運輸利益最大化需要，以中遠海特建造的新型載重量28 000 t多用途船為例，就新造船舶在設計、建造和管理等關鍵環(huán)節(jié)中落實相關標準的要求，從而滿足船舶運營與重大件貨物利用一體化的問題進行研究和探討[1]。

1 新型載重量28 000 t多用途船特點

1.1 船舶主要參數(shù)

該新型載重量28 000 t多用途船可兼作特種重大件貨船運輸船,其主要參數(shù)為:船長179.57 m;兩柱間長170.60 m;船寬28.00 m;型深14.80 m;設計吃水9.20 m;滿載吃水10.50 m;最大載重量28 000 t。該船主機為：WARTSILA 6RT-FLEX50D(delta tuning)，CMCR 7 000 kW×95 r/min，CSR(85%CMCR) 5 950 kW×90 r/min。

1.2 船舶設計總布置圖

按照以上主要參數(shù)，設計該新型載重量28 000 t多用途船的總布置圖見圖1。

1.3 設計特點

1.3.1適貨性

(1) 該新型載重量28 000 t多用途船具有更加規(guī)整的箱型貨艙，適于裝載重大件貨物和目前市場上的主流貨物。為滿足航運對重吊船大艙容、大開口、大面積開敞甲板和單位負荷的要求，在細節(jié)上對造船設計方案作進一步調整。例如,將艉部機艙煙囪棚與克令吊同側布置，并將駕駛臺(生活區(qū))布置在艏部，使得開敞甲板更加連貫，有利于在甲板面上裝載超長、超寬的貨物，同時保證船舶具備裝載超高貨物的能力(如圖1所示)[2]。

(2) 該船布置有3個長度分別為53 m，29 m和20 m的貨艙，以保證裝載的靈活性。

(3) 連續(xù)甲板長度達149 m，艉部可伸出，在一定意義上對裝載長度沒有限制。艙內可裝載54 m長的貨物，甲板上可裝載1 035 TEU集裝箱。

(4) 配備2臺350 t克令吊和1臺100 t克令吊，抬吊負荷高達700 t(見圖2)。

1.3.2經(jīng)濟性

(1) 線型優(yōu)化設計：采用計算流體動力學(Computational Fluid Dynamics,CFD)軟件對船舶線型進行反復計算和比對，對艏部線型和艉部線型進行優(yōu)化，從推力減額和艉部伴流2方面改善船舶的快速性能，從而達到減小阻力、提高推進效率的效果。

(2) 機槳配合優(yōu)化設計：設計航速從15.2 kn降到15 kn，采用WARSILA 6RT-FLEX50-D新型電噴主機達到降低主機轉速、提高船舶推進效率的目的。考慮到艉部軸線抬高會降低船舶的快速性,在吃水不變的前提下減小葉稍間隙不利于控制船舶振動,艉框抬高會給船舶線型的設計帶來更高難度,壓載工況下增加油耗會使船舶營運成本增加,六缸主機與五葉螺旋槳振動耦合的概率相對較低，在設計時選擇五葉槳(直徑為6.1～6.2 m)來滿足機槳配合的需要(所采用的四葉槳設計直徑應為6.5～6.6 m，吃水受影響)。

(3) 設備的選用：船舶設備均采用性能較為優(yōu)良的產(chǎn)品，以利于船舶維修保養(yǎng)和降低故障率。

(4) 節(jié)能裝置的選用：五葉槳的渦流較大，采用削渦鰭可消除大部分槳后渦流，故采用已在中遠海特應用成熟的PBCF節(jié)能裝置組合，可提高2%～3%的推進效率；同時，選用燃油均質機，引進全船能效管理系統(tǒng)等，提高船舶營運過程中的經(jīng)濟性。

(5) 該多用途船(不含節(jié)能裝置)的船模試驗結果(見圖3)顯示：與原船型相比，該船在相同吃水下增加500 t的排水量，在相同航速下所需的有效功率反而降低1%；在航速為15 kn時，有效功率由原來的3 821.3 kW降至3 787.2 kW,理論油耗由原來的26.40 t/d降低至23.10 t/d(包含15%SM),每天節(jié)省3.3 t燃油，EEDI數(shù)據(jù)由原船的-17.97%提高至-41.39%，滿足phase III的要求。

1.3.3商業(yè)航運及重大件貨物運輸優(yōu)勢

(1) 無限航區(qū)，連續(xù)航程設計為18 000 n mile。

(2) 在承重要求上，設計貨艙內底、艙蓋及艉樓甲板等處的承載能力見表1和表2。

圖4為該新型多用途船貨艙結構圖。

2 實際重大件貨物載運方案

2.1 特種重大件運輸船設計理念一體化

從表1、表2和圖4中可看出，該新型多用途船具備運輸重大件貨物的能力。出于載運重大件貨物考慮，在設計時采用連續(xù)甲板，艉部機艙煙囪棚與克令吊同側布置，保持駕駛臺(生活區(qū))在艏部，設計足夠的負荷強度，對裝載車輛等重大件貨物較為有利。

該船配備有2臺350 t克令吊和1臺100 t克令吊，抬吊負荷高達700 t，裝卸較為方便。該船配備有先進的壓載水調平系統(tǒng)，能滿足裝卸重大件貨物時的動態(tài)穩(wěn)性要求。

表1 新型載重量28 000 t多用途船負荷情況

表2新型載重量28000t多用途船貨艙底艙內3層空間高度情況

內 容承載能力/(t/m2)3個貨艙高度h/mm3個貨艙面積/mm2內底～1#層PANTOON吊裝20412053840×23022,20950×23022,29910×23022內底～2#層PANTOON吊裝20672053840×23022,20950×23022,29910×23022內底～3#層PANTOON吊裝20822053840×23022,20950×23022,29910×23022內底～頂#層PANTOON吊裝201246053840×23022,20950×23022,29910×230222#層～3#層PANTOON3.5410053840×23022,20950×23022,29910×230223#層～頂#層PANTOON3.5424053840×23022,20950×23022,29910×23022注:(1)貨艙有3個可變高度的艙室,可根據(jù)需要調節(jié)其高度及空間,底艙負荷20t/m2,PANTOON負荷3.5t/m2; (2)1#艙和3#艙的艏部及艉部隨艙底收窄; (3)甲板的高度無限制,通過計算滿足穩(wěn)性要求; (4)結合需裝載的重大件貨物的首尾間距、左右間距及其系固要求,經(jīng)計算該船的負荷滿足要求

2.2 商業(yè)運輸與特種重大件貨物運輸管理規(guī)范一體化

該新型多用途船可載運重型設備及小型運輸船。

(1) 吊裝運輸船。根據(jù)原載重量28 000 t多用途船實際裝卸運輸船吊裝現(xiàn)場(見圖5)說明吊裝的可行性。所吊裝的運輸船一般重300～600 t，該新型多用途船的克令吊規(guī)格為單吊350 t，抬吊700 t，能滿足吊重要求。將運輸船放置在艙蓋上需用到支撐架，因此支撐架是必須配備的吊裝裝置，而一般船舶不配備該裝置,因為會增加船舶重量，影響經(jīng)濟效益。

運輸船放置在甲板上的具體位置需按照肋位計算(見圖6)。以放置在2#艙的肋位處為例，若在強度計算上不滿足局部強度要求，可用二層艙蓋板鋪墊，分散載荷，例如采用PANTOON二層艙板平鋪甲板面分散載荷(見圖7)。若在設計船舶時沒有考慮該裝載工況，則投入運營之后會破壞PANTOON的完整性和強度，產(chǎn)生額外的費用。

對于吊重中心點的設定，該新型多用途船的克令吊分別設置在船舶的FR40肋位(最大外伸36 m)、FR95肋位(最大外伸38 m)和FR155肋位(最大外伸38 m)處，滿足標準對裝備裝運中心點的要求。

(2) 載運重型設備。以裝載重量為67 t,兩輪履帶寬度為3 000 mm的重型設備為例進行計算，該設備可裝載在艙內，且必須按照強度要求放置到位，同時承重位置最好在肋位上(見圖8)。

(3) 吊裝重型設備到船艇上。按照吊裝要求進行吊裝即可，吊裝重量限制在350 t以內，若重量超過350 t，則需抬吊。此外，總重量不能超過700 t。

(4) 重型設備在甲板面上滑行。由于甲板面的長度和寬度能滿足重型設備的滑行需求，1#艙、2#艙和3#艙的甲板面連接間隙很小，最大為2.5 m，因此若重型設備在甲板上滑行，需采用PANTOON鋪墊。與裝載運輸船的要求(見圖9)相同，甲板面可鋪成2道能使重型設備滑行的寬道。兩邊的重型設備可自行滑行到最適合克令吊裝卸的位置，以提高裝卸效率。

(5) 該新型多用途船可裝載超高設備，裝卸工況滿足航區(qū)最惡劣狀態(tài)的要求。

(6) 該新型多用途船安裝有非常靈敏的壓載水調平系統(tǒng)，在啟動狀態(tài)下可自動調節(jié)船舶的平衡，保證其在裝卸工況下的穩(wěn)定性。裝卸工況滿足最惡劣狀態(tài)的要求。

(7) 運輸模塊化、模塊大型化是多用途船和散雜貨運輸船的發(fā)展趨勢，大艙、規(guī)范艙、連續(xù)甲板和高強度底板對提高貨物的裝卸效率有一定作用，同時便于運輸各種重大件貨物。在設計船舶時，可在滿足該要求的情況下完成對大艙尺寸的設計。以該新型多用途船的2#艙的設計為例，按照相關標準的技術要求，單層裝載36件重大件貨物，實際滿裝42件，艙容利用最大化是一體化研究的方向之一，船舶的系固使得貨物不會發(fā)生移動，可滿裝滿卸，提高效率。

2.3 特種重大件運輸船長期管理一體化

船舶所有人運營該船舶的一個重要環(huán)節(jié)是船舶管理。由于海上環(huán)境十分惡劣，船舶管理不當會對船體強度、設備工況等產(chǎn)生不良影響，隨著時間的推移,導致船板銹穿、管路積垢、設備不良，造成船體強度下降、設備技術狀況變差，使得船舶設備經(jīng)常發(fā)生故障，船員難以操縱船舶。

運輸特種重大件貨物需保持船舶設備100%完好，使船舶處于隨時可用、好用的狀態(tài)。為保持船舶裝載特種重大件貨物要求的技術水平，關鍵是要做好船舶的日常維護工作，必須使船舶的維修保養(yǎng)費用投入足夠、到位。

對于相關標準技術要求存在的技術和管理問題，本文認為實現(xiàn)船舶-重大件貨物一體化必須將船舶日常運營的有利性與載運重大件貨物的實用性相結合，保證兩者都能順利實現(xiàn)。隨著“中國制造2025”計劃的落實，貨物運輸?shù)膶I(yè)化、模塊化和大型化也是技術發(fā)展的一個方向。

通過上述對裝載運輸船、重型設備等工況及存在的問題進行分析可知，該新型多用途船在設計上和管理上完全滿足裝載更多類型重大件貨物的需要，滿足新造船舶與重大件貨物一體化的條件和要求，最大限度地提高我國船舶的載運水平。

3 結束語

通過以上研究和探討，得到以下結論：

1) 普通商業(yè)運輸船的設計與特種重大件貨物運輸船的設計并不矛盾，完全可從設計理念一體化、商業(yè)運輸與特種重大件貨物運輸管理規(guī)范一體化和船舶長期管理一體化等“三個一體化”的角度，以普通商業(yè)運輸船與特種重大件貨物運輸船一致的思路，對新造船進行設計。中遠海特已在船隊整體建設和具體船舶設計上充分考慮船舶-重大件貨物一體化的需求。

2) 中遠海特在建的新型載重量28 000 t多用途船完全滿足載運特種重大件貨物相關標準的要求，而部分標準要求過高，使得船舶不能滿艙裝載。

3) 中遠海特在船舶設計上能滿足運輸?shù)膶I(yè)化、模塊化和大型化需求,船隊整體模式與特種重大件貨物運輸模式存在高度一致的結合點，基本上能達到公司整體與特種重大件貨物運輸需求一體化。

4) 在貫徹落實載運特種重大件貨物相關標準時，要考慮船舶后期的運營和管理等要素，繼續(xù)研究船舶-重大件貨物一體化的補貼模式，保證商業(yè)運輸利益和載運特種重大件貨物的實用性最大化。

[1] 彭顯良. 重大件運輸專用船舶及其貨運技術[J].中國機械, 2013(11):32.

[2] 葛圣彥. 重大件貨物專用船及裝船時機的研究[J].工程與管理,2009,31(9):87-88.