客船傾斜試驗關(guān)鍵因素探究

譚安全涂佳琪

（1.中國船級社重慶分社 重慶401121；2.重慶大學圖書館 重慶401121）

客船傾斜試驗關(guān)鍵因素探究

譚安全1涂佳琪2

（1.中國船級社重慶分社 重慶401121；2.重慶大學圖書館 重慶401121）

基于客船傾斜試驗中發(fā)現(xiàn)的問題，結(jié)合規(guī)范，對影響客船傾斜試驗的關(guān)鍵因素進行分析，并提出實際操作的建議，包括試驗大綱的制定、試驗前準備、試驗組織實施和數(shù)據(jù)分析。通過分析，以使客船傾斜試驗過程合理且結(jié)果準確。

客船；力矩；完整穩(wěn)性；傾斜試驗；空船質(zhì)量

引 言

傾斜試驗作為船舶建造的重要環(huán)節(jié)，其目的是確定空船質(zhì)量和重心的實際位置［1］。在船舶設(shè)計階段，設(shè)計者需根據(jù)船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計估算出空船質(zhì)量、重心位置和穩(wěn)性狀況。然而，船舶實際建造工序復雜，不可能與設(shè)計初衷完全一致，比如局部結(jié)構(gòu)尺寸、位置的改變，或結(jié)構(gòu)設(shè)備上的增減，都可能使船舶實際穩(wěn)性與原計算穩(wěn)性不一致［2］。因此，船舶建造完工后，必須通過傾斜試驗來確定實船的空船質(zhì)量和重心位置，進而完成船舶完整穩(wěn)性的計算和校核，以評價船舶于各裝載狀態(tài)下的安全性能［3-4］。目前針對船舶傾斜試驗進行的研究已趨于成熟［5-9］（包括超大散貨船、內(nèi)河小船、漁船、鉆井平臺等各種船型，以及運用最小二乘法作為處理試驗誤差的方法），然而對客船傾斜試驗方法探究卻很少涉及。

隨著旅游客船越來越豪華，艙室布置和用途逐漸增多，其穩(wěn)性要求與乘坐的高檔性之間的矛盾日漸明顯［10］，客船安全問題日益受到各界關(guān)注。本文主要基于內(nèi)河豪華旅游客船傾斜試驗情況，結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求，對客船傾斜試驗中的關(guān)鍵影響因素進行分析，希望有助于客船傾斜試驗工作更趨嚴謹和正確，試驗結(jié)果與實船更趨一致，以指導客船的穩(wěn)性計算和安全營運。

1 主要特點

客船傾斜試驗具有與其他船舶不同的特殊性。根據(jù)《內(nèi)河船舶法定檢驗技術(shù)規(guī)則》要求，新建船舶完工時，應進行傾斜試驗。同一船廠所建造的同型船（系列船）中，第一艘船應進行傾斜試驗，以后當所建船舶空船排水量與現(xiàn)有船舶傾斜試驗數(shù)據(jù)的相對誤差在±2%范圍時，可在系列船或現(xiàn)有船舶的傾斜試驗報告基礎(chǔ)上，通過換算的方法來確定空船排水量和重心位置［11］。由于客船的裝修和裝飾項目較多，裝修材料（包括“阻燃木材”、“橡膠地板”、“窗簾”、“地毯”、“墻紙”、“踢腳線”、“石膏板”等可燃材料和不燃材料）的數(shù)量和質(zhì)量不易控制；同時，由于客船穩(wěn)性涉及大量人員的生命安全，所以規(guī)定每艘客船都要進行傾斜試驗。

空船質(zhì)量測定即通過讀取船舶空船吃水，利用靜水力曲線計算出船舶空船質(zhì)量和重心縱向位置［12］，再將計算結(jié)果與同型首制船的傾斜試驗數(shù)據(jù)進行對比分析。

船舶傾斜試驗分析參見表1。

表1 船舶傾斜試驗分析

此外，SOLAS公約要求，所有客船應定期進行空船質(zhì)量檢驗（間隔不超過5年），以核查空船排水量和重心縱向位置的變化［13］，并與認可的穩(wěn)性資料比較。如果空船排水量的偏差超過2%，或重心縱向位置的偏差超過1%LS（LS：船舶分艙長度），則要重做傾斜試驗。

由此可見，客船傾斜試驗比其他船舶要求更嚴，傾斜試驗結(jié)果的真實性也尤為重要，因此做好客船傾斜試驗前的準備工作和控制好試驗過程至關(guān)重要。工程技術(shù)人員對于影響船舶傾斜試驗的很多因素進行了深入研究?，F(xiàn)以某客船為例，對影響客船傾斜試驗的關(guān)鍵因素予以分析。

2 試驗準備

以某客船為例，該船總長160 m、船寬25 m、型深5 m、最大船高26 m，設(shè)計吃水2.8 m，乘客定額600人、船員200人，船舶總噸位16 000。對于如此豪華的旅游客船，由于艙室數(shù)量和艙室設(shè)備多，試驗前準備工作難度較大，因此需要控制好影響傾斜試驗的關(guān)鍵因素，才能獲得實際船舶真實有效的數(shù)據(jù)。傾斜試驗原理如圖1所示。

圖1 船舶傾斜試驗示意圖

2.1 大綱制定

傾斜試驗大綱是指導船舶按計劃井然有序地開展傾斜試驗的重要工藝文件，包括整個試驗組織實施的全過程。而負責大綱制定的單位常常不夠重視此類書面文件，甚至將以往船舶試驗大綱內(nèi)容復制、粘貼一下，導致無法正確指導現(xiàn)場有序開展試驗。此處重點強調(diào)試驗移動載荷質(zhì)量，試驗大綱中應給出實際所需移動載荷的質(zhì)量。根據(jù)CB/ T3035-2005要求，試驗所用移動質(zhì)量應足以使船舶每舷產(chǎn)生2°～4°橫傾角，至少不小于1°。至少不小于1°的規(guī)定是針對大型船舶考慮的，以避免過大的移動質(zhì)量給試驗操作帶來困難，所以各類船舶應盡可能按較大的橫傾角核算移動載荷。

以某船為例，設(shè)計單位按1°核算移動載荷，計算出每堆24.8 t，實際配重25 t，富裕量只有200 kg，傾斜試驗過程發(fā)現(xiàn)有兩次實際橫傾角只有0.98°，不滿足要求。

建議船舶傾斜試驗大綱應至少按1.1°或更高的橫傾角計算移動載荷質(zhì)量，保證足夠大的移動載荷富裕量，避免傾斜試驗中出現(xiàn)橫傾角度不足而重新試驗。

2.2 多余質(zhì)量與不足質(zhì)量

由于客船艙室數(shù)量較多，包括乘客艙室、船員艙室、娛樂艙室、機器設(shè)備艙室等，每個艙室都涉及相當數(shù)量的家具和設(shè)備。因此針對客船的多余質(zhì)量、不足質(zhì)量及其重心的統(tǒng)計工作是非常繁瑣且易出現(xiàn)累積誤差。

根據(jù)CB/T3035-2005要求，傾斜試驗允許存在少量多余質(zhì)量或不足質(zhì)量，均不應超過設(shè)計空船排水量的1%。但是針對類似客船這種艙室數(shù)量、設(shè)備種類較多的船型，如果多余質(zhì)量和不足質(zhì)量分布范圍大而零散、質(zhì)量分布不均，不僅會給統(tǒng)計帶來累積誤差；而且在傾斜試驗中分布不均的質(zhì)量所產(chǎn)生力矩的作用點與復原力矩和移動質(zhì)量所產(chǎn)生橫傾力矩的作用點可能不在同一個橫剖面，將會給船舶帶來潛在的有害扭轉(zhuǎn)變形，導致試驗結(jié)果出現(xiàn)誤差。因此某客船試驗時采取以下措施進行控制：

（1）為避免累積誤差，在試驗準備前根據(jù)艙室設(shè)備布置圖、消防救生設(shè)備布置圖對每個艙室、處所進行核實，將乘客艙室家具和救生、消防設(shè)備擺放到位。

（2）對無法避免存在的多余質(zhì)量或不足質(zhì)量，一方面盡量確保其種類、數(shù)量、質(zhì)量足夠少；同時避免出現(xiàn)質(zhì)量分布不均、分布零散等現(xiàn)象。

采取上述措施后，實際需要統(tǒng)計的多余質(zhì)量和不足質(zhì)量會較少，且相對集中，質(zhì)量和重心都易于確定，給試驗帶來極大方便。隨著船舶類型增多和噸位增大，建議相關(guān)標準和規(guī)范能相應不斷更新，比如對多余質(zhì)量和不足質(zhì)量的種類、具體位置、分布情況予以限制，將有利于提高船舶傾斜試驗的精確度。

2.3 移動力矩

移動力矩由兩部分組成，包括試驗中移動載荷移動時所產(chǎn)生的橫傾力矩，還包括一切可形成自由液面或產(chǎn)生自由流動液體的艙柜所產(chǎn)生的力矩。對于自由液面的控制要求比較簡單，關(guān)鍵在于執(zhí)行，此處重點分析移動載荷應滿足要求，避免給試驗帶來誤差。

據(jù)統(tǒng)計，大型客船傾斜試驗一般歷時12 h以上，需要大量的人力、物力和經(jīng)濟支出。為確保傾斜試驗順利完成，試驗結(jié)果能真實反映船舶實際狀況，且避免不必要的返工，試驗準備階段需對移動載荷及其產(chǎn)生力矩予以充分重視，具體如下：

（1）移動載荷的總質(zhì)量必須滿足標準要求，足以使船舶每舷產(chǎn)生2°～ 4°橫傾角，至少不小于1°。具體總質(zhì)量在試驗大綱中應予以明確，便于現(xiàn)場執(zhí)行。

（2）試驗過程需計算移動載荷的重力矩，因此每次試驗前要求移動載荷外形規(guī)則、質(zhì)量均勻。建議選取標準的生鐵塊或水泥墩，每塊大小和質(zhì)量一致，常用移動載荷為每塊25 kg。由于船廠常年使用同批次移動載荷，難免出現(xiàn)質(zhì)量誤差，因此需要重新稱重標定。切勿選擇沙袋及類似物品作移動載荷，因其形狀不規(guī)則，將導致質(zhì)量不準和重心高度難以計算。

（3）移動載荷于船上的存放位置用油漆或不易擦除的標志在甲板上標示清楚，畫線邊緣可安裝臨時限位，確保移動載荷不能隨意移動，每次存放于指定位置。移動載荷應首尾兩組相互遠離，同時保證有足夠的橫移距離，切勿放置于首尾兩端的狹區(qū)，否則不能產(chǎn)生足夠橫傾力矩，建議移動距離至少為船寬的3/4。

2.4 讀數(shù)裝置

對照組：男、女占比各為27：18；年齡段在50～83歲之間，經(jīng)計算后中位年齡為（66.98±1.57）歲。

傾斜試驗關(guān)鍵在于讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是否正確將影響整個試驗結(jié)果，因此客船傾斜試驗前，針對讀數(shù)裝置主要從以下方面進行完善：

（1）試驗讀數(shù)裝置如圖2所示，擺線長L要求3 m以上，防止擺幅偏小， L是掛點O到標尺距離，而非到水槽距離。水槽要足夠長，避免試驗中擺錘觸碰槽壁。

圖2 傾斜試驗讀數(shù)裝置

（2）設(shè)置首尾兩組讀數(shù)裝置，首部讀數(shù)裝置勿設(shè)于船頭，由于船首排水量小傾角的累積誤差太大不能反映真實數(shù)據(jù)，讀數(shù)橫傾角可能不足，建議設(shè)在船首部靠近舯部區(qū)域。

3 試驗過程

整個試驗關(guān)鍵在于準備情況，如果一切都有條不紊的準備好，試驗過程自然比較順利。下面將結(jié)合現(xiàn)場實際，針對客船傾斜試驗中應注意情況予以具體分析。

3.1 吃水和密度測取

船舶吃水讀數(shù)將影響船舶排水量、橫穩(wěn)心垂向坐標和浮心縱向坐標等準確性，直接影響傾斜試驗結(jié)果的精確度。然而，現(xiàn)場往往存在波浪擾動、船舶搖晃和人為觀測方法等因素的限制，吃水讀取總存在一定誤差，因此在試驗前必須對船舶吃水進行精確測量。針對客船主要采取如下措施：

（1）一切準備工作就緒，直接參與船上傾斜試驗人員位于規(guī)定位置，采用帶刻度的玻璃軟管靠近水尺標志處連續(xù)多次讀數(shù)，取其平均值，以消除波浪對讀數(shù)的影響。傾斜試驗結(jié)束之后，條件允許應復核各測量點的吃水是否有變化，并詳細記錄。

（2）測量試驗水域的水密度時，應選取船首、船中和船尾區(qū)域足夠深度的水取樣測定，取其平均值，確保所測數(shù)據(jù)真實可靠。由于表面水體容易摻混其他諸如污染物等雜質(zhì)，建議選取略微低于表面水體的適當深度進行測取。

整個試驗應由一人負責指揮，參與試驗的其他人員均服從其指揮。負責觀察讀數(shù)和記錄人員應認真負責相互配合，準確記錄。當滿足讀數(shù)條件時，包括移動載荷擺放到位，試驗人員于船中心線上規(guī)定位置，船舶自由漂浮等，指揮人員哨聲響起示意開始讀數(shù)，兩組人員應快速讀數(shù)和記錄，讀取完畢后報告指揮者。

3.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析包括兩個方面：一方面為每次試驗讀數(shù)后的簡單分析，另一方面為整個試驗完成后的試驗數(shù)據(jù)分析。由于客船傾斜試驗時間較長，準備較難，如果數(shù)據(jù)測量不準確而重新試驗將給船廠和船東等帶來較大損失，因此試驗過程中數(shù)據(jù)誤差檢查顯得特別重要。此處將重點對試驗過程中的數(shù)據(jù)分析進行說明。

試驗中要核實船舶橫傾角度滿足要求，以最大產(chǎn)生2°橫傾角為例，則每移動一組必須有1°的橫傾角變化。根據(jù)小角度和試驗具體情況可得：

由上式和測得數(shù)據(jù)即可判定每次船舶橫傾角度。根據(jù)傾斜試驗原理有：

式中： GM為初穩(wěn)性高度，m；W為移動載荷質(zhì)量，t；Y為移動距離，m；Δ為船舶排水量，t；θ為試驗測得橫傾角，°。

由上式可知，移動力矩W·Y 與傾斜角度tanθ成正比關(guān)系。試驗一般采取移動8次，可得到8次測量數(shù)據(jù)，在直角坐標上（縱坐標為力矩W·Y ，橫坐標為tanθ）可以對應得到9個點（包括初始原點），連成一斜線，即稱之為檢驗線。當某些測量數(shù)據(jù)超過回歸直線的4% 時，應判斷是否需要部分重做試驗。根據(jù)上述原理編制 EXECL 計算表格，方便現(xiàn)場快速判斷。

以某客船為例，每次移動質(zhì)量后的總力矩、橫傾角正切值及誤差（誤差值均在4%以內(nèi)）如表2所示，擬合曲線如圖3所示。

表2 船舶傾斜試驗數(shù)據(jù)分析

圖3 擬合曲線示意圖

4 結(jié) 論

影響船舶傾斜試驗的因素較多，本文主要針對客船傾斜試驗中遇到的實際問題，結(jié)合相關(guān)規(guī)范，對容易疏忽的關(guān)鍵因素進行探討，總結(jié)如下：

（1）相比其他船型，客船傾斜試驗的要求更高。由于客船裝飾材料多且不易控制，每艘新建客船都要求進行傾斜試驗。對于營運客船，要求定期間隔不超過5年進行空船質(zhì)量檢驗，以核查空船排水量和重心縱向位置的變化，若超過規(guī)范要求，則應重做傾斜試驗。

（2）制訂的傾斜試驗大綱必須完整、合理、有效。試驗大綱內(nèi)容包括移動載荷質(zhì)量核算，建議至少按1.1°或更高的橫傾角計算移動載荷質(zhì)量，保證足夠大的移動載荷富裕量，從而避免傾斜試驗中出現(xiàn)由于橫傾角度不足而重新試驗。

（3）由于客船艙室數(shù)量、家具和設(shè)備較多，因此必須控制多余質(zhì)量和不足質(zhì)量的數(shù)量與分布范圍。試驗前應按艙室設(shè)備布置圖、消防救生設(shè)備布置圖對每個艙室和處所進行核實，將乘客艙室家具以及救生、消防設(shè)備擺放到位，避免造成計算累積誤差。隨著船舶類型增多和噸位增大，建議相關(guān)標準和規(guī)范能隨之進行不斷更新，比如對多余質(zhì)量和不足質(zhì)量的種類、具體位置、分布情況予以限制，將有利于提高船舶傾斜試驗的精確度。

（4）移動載荷要求外形規(guī)則且質(zhì)量均勻，建議選取標準的生鐵塊或水泥墩。移動載荷應首尾兩組相互遠離，同時保證足夠的橫移距離，切勿放置于首尾兩端的狹區(qū)，否則不能產(chǎn)生足夠橫傾力矩，建議移動距離至少為船寬的3/4。讀數(shù)裝置避免設(shè)于船首，這是由于船首排水量小傾角的累積誤差若太大則難以反映真實數(shù)據(jù)，并可能導致讀數(shù)橫傾角不足，故建議將讀數(shù)裝置設(shè)在船首部靠近中部區(qū)域。

（5）測取船舶吃水時，采用帶刻度的玻璃軟管靠近水尺標志處連續(xù)多次讀數(shù)，取其平均值，以消除波浪對讀數(shù)的影響。測量水域密度時，應選取船首、船中和船尾區(qū)域足夠深度的水取樣測定，取其平均值，確保所測數(shù)據(jù)的真實可靠。

（6）重視試驗過程中數(shù)據(jù)分析，包括核算每次移動后所產(chǎn)生的橫傾角度是否滿足要求。根據(jù)傾斜試驗原理編制EXECL計算表格，利用誤差檢查曲線判斷每次移動重量后誤差值是否在4%范圍內(nèi)，確定是否需要重做部分試驗。

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MARIC喜獲新型海纜施工船設(shè)計合同

日前，中國船舶及海洋設(shè)計研究院（MARIC）與浙江舟山啟明電力集團公司在浙江舟山簽訂了新型海底電纜施工船設(shè)計合同。

該船是中國國電集團公司重大工程建設(shè)項目，主要用于海上風電場海纜敷設(shè)施工、島嶼間互聯(lián)供電以及海纜檢修等。作為目前國內(nèi)自主開發(fā)設(shè)計的最先進海纜施工作業(yè)船，該船配備DP1級動力定位和錨泊定位系統(tǒng)、國際先進的海纜施工作業(yè)設(shè)備，主要用于海底動力電纜和復合纜的敷設(shè)，與以往MARIC設(shè)計的用于通信電纜和小型動力復合纜的布纜船相比，全船系統(tǒng)配置更為復雜、技術(shù)難度更高。該船整體設(shè)計外觀和布置符合美觀、大氣、舒適原則，功能設(shè)置滿足實用性、科學性、經(jīng)濟性、先進性等要求。

該船將用于500千伏特高壓舟山聯(lián)網(wǎng)工程，由于該工程2018年5月需使用該船，因此項目進度非常緊。根據(jù)合同要求，該船必須在今年2017年2月完成方案設(shè)計及建造招標文件編制，6月完成全部詳細設(shè)計工作，計劃2018年3月交付使用。目前，該船設(shè)計工作已全面開展，為確保其計劃節(jié)點，項目組成員正加班加點開展后續(xù)設(shè)計工作。

MARIC于2016年年初掌握到該船前期信息后，開始對其進行密切跟蹤，期間進行了多次商務(wù)推介并邀請業(yè)主來訪，最終憑借扎實的技術(shù)實力與良好的業(yè)界口碑獲得了業(yè)主方的初步認可，從而占據(jù)了市場主動。該項目方案初研階段，MARIC多次組織人員赴舟山開展技術(shù)交流與調(diào)研，協(xié)助業(yè)主完成項目可行性方案上報，為該項目的推進提供技術(shù)支撐，并為該項目的最終中標打下了基礎(chǔ)。

On crucial factors in inclining experiment for passenger ships

TAN An-quan1TU Jia-qi2
(1. China Classifi cation Society Chongqing Branch, Chongqing 401121, China; 2. Chongqing University, Chongqing 401121, China)

According to the problems found in the inclining experiment, the crucial factors in the inclining experiment for passenger ships are analyzed combining with the regulations and rules. It puts forward the suggestions on the practical operation, including the arrangement of the testing schedule, the preparation before the test, the test organization and the data analysis. The current analysis can ensure the reasonable procedures and the accurate results in the inclining experiment for passenger ships.

passenger ship; moment; intact stability; inclining experiment; light weight

U661.7

A

1001-9855（2017）02-0032-06

10.19423 / j.cnki.31-1561 / u.2017.02.032

2016-09-13；

2016-09-28

譚安全（1986-），男，碩士，工程師。研究方向：船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計制造，結(jié)構(gòu)振動分析。涂佳琪（1991-），女，碩士，館員。研究方向：用戶信息行為、閱讀推廣。