中韓航線客滾船設計特點及關鍵技術

孫家鵬，張敏健

（上海船舶研究設計院，上海 201203）

0 引 言

近年來客船事故頻發，特別是2014年4月發生的“世越號”海難，促使客滾船安全問題得到前所未有的重視。國家對此頒布了一系列規定，例如《交通運輸部關于印發中韓客貨班輪運輸專項整治工作方案的通知》及《老舊運輸船舶管理規定》等明確要求：船齡超過 20a的中韓客貨班輪，必須同時擁有 CCS和 KR船級；船齡在24a以上的客船需每年進行特別檢驗；船齡在30a以上的客船需強制報廢。

目前中韓航線上共運營有12艘客滾船（見表1），絕大部分是20世紀90年代初從日本購置的二手船，平均船齡已達25a。另外，這些船大多經歷過多次改裝，重量、重心等決定穩性的數據存在著不確定性。

同時，中韓自貿區已于2012年5月啟動、2015年12月20日正式生效，設立該自貿區的主要目的是為兩國貨物貿易提供更多的優惠和制度保障。

以上因素促使近兩年中韓航線運力全面更新。上海船舶研究設計院參與了絕大部分的中韓航線項目，目前簽訂的載客1500人客滾船和載客1200人客滾船（主要參數見表2）及某型客箱船的詳細設計已結束。相對于國內客滾船的設計[1]，對中韓航線上運營的船舶除了在規范上有更高的要求外，還有很多自身的特點，本文主要以上述2型客滾船為例，著重對其與國內客滾船的不同進行介紹。

表1 中韓航線現役客滾船主要參數

表2 兩型客滾船主要參數

1 滾裝貨物的特點及高效裝卸研究

1.1 滾裝貨物的特點

中韓自貿區的核心是對貨物給予關稅等方面的優惠，在目前市場不景氣的大環境下，這幾乎是唯一的盈利點。現役船的載重量相對偏小（如表1所示），新造船在載重量上普遍有50%～100%的提升。

目前在中韓航線上運營的客滾船載運的都是標準的甩掛貨物（40英尺托盤的尺寸約為12.37m×2.5m），裝貨時通過拖車頭將集裝箱半掛車拖至相應的位置之后，通過牛腿（見圖1）支撐，車頭脫開，卸貨時再通過港口碼頭的牽引車操作。貨物的標準化使得車道的寬度及車輛艙凈高相對固定（車道寬度為 2.8～2.9m，車輛艙凈高為4.3～4.5m），不必與國內客滾船一樣兼顧超寬超高車型（車道寬度為3.0～3.1m，甚至更高；車輛艙凈高為4.6～4.8m），從而最大限度地利用貨艙空間。同時，重心的降低使得船舶的穩性得到保證，船寬可適當減小以提高航速。另外，標準的半掛車易于綁扎，不攜帶油箱極大地提高了安全性。

圖1 集裝箱半掛車牛腿

1.2 高效裝卸

韓國的一些港口潮差較大（例如仁川港的潮差達到8m），因此均為長浮碼頭。船舶不設艏門，只通過艉部靠岸，即沒有所謂的直通概念。為提高貨物裝卸效率，需對船舶自身的布置進行優化。國內的客滾船機艙棚均布置在船中（見圖2a）），在中韓航線上運營的1500客客滾船及1200客客滾船均采用機艙棚位于兩舷的布置形式（見圖2b））。這樣主車輛艙更加開闊，甩掛車方便掉頭，相應地可增加裝卸效率，且對破艙穩性有利（當其他區域破損時，舷側的機艙棚起到儲備浮力的作用）。需提醒的是，這種設計增加了通道布置的難度，且相對來說對強度不利，可能需要局部加大構件尺寸。

另外，對于下貨艙的貨物裝卸，國內客滾船大多采用“升降平臺+水密蓋”的型式，這種形式施工簡單，但裝卸速度慢。在中韓航線上運營的客滾船普遍采用“斜坡道+坡道蓋”的型式，使得裝卸貨速度得到大幅提升。為解決長下坡道（一般長 40～50m）對下貨艙裝貨量的影響，兩型船的斜坡道盡量后移，橫跨整個機艙（見圖3），斜坡道僅占下貨艙3～5m，幾乎對裝車沒有影響。其帶來的挑戰是坡道占據一定的機艙空間，增加了機艙布置的難度。

圖2 機艙棚布置形式

圖3 下貨艙斜坡道的布置

2 旅客艙室及公共娛樂區

對于乘客來說，國內的客滾船目前仍只充當交通工具，在中韓航線上運營的客滾船在一定程度上還具備了旅游的功能，因此各方面性能均有一定程度的提升。

1) 在旅客住艙方面，由于航程較長，在中韓航線上運營的客滾船均只設臥鋪，不設座席艙，房間的類型更加多樣化，包括VIP套房、大床房、帶大飄窗的2人海景房、4人間及6人間等。為提高旅客的體驗，部分船不設超過4人的房間。大部分船設有符合傳統韓國老年游客生活習慣的榻榻米艙室。

2) 娛樂區功性能相對于國內的客滾船來說也有一定程度的提高。大多數船東都會選擇設置燒烤（餐廳）、免稅店、小酒吧、棋牌室及卡拉OK廳等娛樂設施。另外有些船東會選擇設置帶表演舞臺的小影院、兒童娛樂室、電玩廳、咖啡吧及圖書室等。

3 線型優化

客滾船均為雙機雙槳船，艉部線型復雜、附體較多。國內的客滾船航程短，航速較低，最大航速一般在16～19kn，投入大量精力、財力對其進行優化帶來的收益有限。中韓航線的航程超過200n mile，同時需更大的航速裕度來應對更加復雜的海況等突發情況，故在該航線上運營的客滾船的最大航速達到22～25kn，弗勞德數Fr在0.3附近，屬于中高速船，線型優化帶來的效益非常可觀，因此投入大量的時間開展大量的工作，同時完成多項創新。

3.1 一種水平傾斜小艉鰭線型[2]

根據理論知識及大量的計算流體力學（Computational Fluid Dynamics，CFD）模擬，發現艉部流場流線方向一般略微朝內，因此若能使小艉鰭形狀順應流線方向，即水平內傾布置，則可達到很好的減少艉部水流分離，從而減小阻力的效果。從提高推進效率的角度來看，與槳的旋轉方向相反的預旋流與槳發生作用的結果使槳后艉流旋轉減弱或消除，從而可降低艉流能量的損失。在設計過程中通過船模試驗證明了其有效性及可靠性（收到功率約有5%的降低），并在1500客客滾船上得以運用（見圖4a））。

3.2 隧道型艉剖面

兩型船的艉部均采用新型的反凹型線型（見圖4b）），增加了螺旋槳與船體的間隙，降低了高速船的空泡風險，完全規避了螺旋槳激振力引起的船體振動。

圖4 水平傾斜小艉鰭隧道型艉剖面

3.3 一種半流水踵的設計[3]

對于雙槳船，常規的流水踵位于船中，并向前逐漸順延（見圖 5）。這里采用一種新型的半流水踵（見圖6）。這種創新可在保證航向的穩定性、降低螺旋槳之間的相互干擾的基礎上，減小大部分濕表面積及摩擦阻力，從而減小船體的總阻力，同時方便船廠施工，降低成本。該項創新在1200客客滾船上得到了運用。

圖5 傳統型流水踵

圖6 創新型流水踵

3.4 附體優化

客滾船上的附體有很多，對艉楔（可有效降低船尾不規則波對效率的影響）、軸支架的數量和位置（減小阻力的同時降低空泡率）、減搖鰭開孔方向、側推孔的相對位置及舵球的型式等均進行大量CFD優化，并通過模型試驗加以驗證，最終應用于實船上。

4 舒適性考慮

舒適度包括內部裝潢、溫度及服務等多個方面，在中韓航線上運營的客滾船更加專注于對振動噪聲的控制。適用于所有國際航行船舶的新的噪聲等級規則MSC.337(91)對噪聲級的要求相比A.468(Ⅻ)普遍降低5dB，影響非常大。對于客船來說，需保證交船時間，若噪聲超標將導致試航后大面積的艙室翻新，從而錯過旅游旺季，其損失不可估量。此外，舒適性也是客船設計的重中之重，若旅客體驗不佳，會影響船舶的整體聲譽，從而影響到船舶整個生命周期內的經濟效益。因此，不論是船舶設計方，還是船東、船廠，都對船舶的振動和噪聲問題高度重視。

影響振動和噪聲的因素前期無法確定，只能在詳細設計的中后期進行計算。目前利用各種軟件所得計算結果與最終的實測值都有一定偏差，因此還需經驗的輔佐。上海船舶研究設計院在客滾船領域積累了大量的實船實測數據，在方案設計階段通過大數據分析及經驗公式，對總布置進行全面分析，提前采取相關措施，例如：

1) 旅客生活區有大量空調機室，是艙室噪聲的主要來源之一。根據經驗調整空調室的位置，提前在部分與空調機室相鄰的房間增加隔音材料。此外，部分船上采用“獨立新風多功能可選空調系統”，將原先大的空調室分割為多個小空調器室，避免靠近空調機室的艙室噪聲過大，達到降噪的效果。

2) 在靠近機艙的旅客餐廳或艙室采用浮動地板，從而有效降低空氣噪聲。

3) 選擇低噪聲的車輛艙風機，控制風速并遠離旅客區。

4) 設計螺旋槳時，在追求航速的同時兼顧船舶的舒適性，將設計航速下的一階激振力嚴格控制在1.2kPa以下，避免該振動源帶來影響。

在前期線型設計階段進行耐波性分析，包括評估：艏部外飄帶來的抨擊；平緩的方艉可能帶來的參數橫搖；GM值、船長及水線面系數等重要參數對舒適性的影響。

在詳細設計階段，將“振動與噪聲的控制”提升至與重量、重心控制同等的級別，各專業間定期交流討論，并通過全船有限元模型對振動噪聲加以評估，對超標或可能超標的位置進行調整。

5 環 保

1) CO2的排放要求通過船舶能效設計指數（Energy Efficiency Design Index，EEDI）來衡量，在中韓航線上運營的客滾船主要得益于線型優化技術帶來的航速大幅提升（航速提升0.5kn以上），目前排放量基本上可達到基線以下約10%[4]。對于SOx的排放，目前沒有船東選擇初始投資較大的Scrubber或液化天然氣（Liquefied Natural Gas，LNG）燃料，而是選擇成本較低的低硫油及岸電。對于Tier III階段的NOx標準，目前沒有采用 EGR（廢氣循環法)、SCR（選擇性催化還原法）及其他減排的案例，由于規范對此不做追加要求，因此沒有考慮預留空間。

2) 對于壓載水處理裝置，中韓之間的海域均屬黃海海域，理論上講不需要安裝。歐洲地中海地區的船東曾就“同水域的船應免裝壓載水處理裝置”向國際海事組織（International Maritime Organization，IMO）申請豁免，目前還未得到官方答復。考慮到壓載水公約目前仍未生效，建議船東為該裝置預留空間。

3) 對于其他環保措施，個別船東選擇CLEAN（清潔）及GREEN PASSPORT（綠色護照）等船級符號，相對來說成本增加不多。

6 安全返港

于2010年7月1日生效的《安全返港規則》是近年來針對客船的最重要的規范之一。該規范是基于風險評估的理念提出的，只給出目標，未詳述解決方法，因此各大船級社的解釋不盡相同。上海船舶研究設計院近年來對此進行了大量研究[5-7]，于2013年年中交付了國內第一條滿足該規范要求的客滾船“生生2”號，2015年交付了入BV船級的豪華客貨船“Aranui 5”號。

對于在中韓航線上運營的客滾船，研究重點是如何在滿足規范要求的前提下進行優化設計，為船東節省成本。例如：采用2個機艙前后交錯布置（如圖3所示）來滿足破損穩性要求，同時盡量減小機艙總長度；通過合理布置救生設備及集合站來縮短撤離時間，同時減少A60甲板輔料及絕緣材料；通過配置便攜式照明、通信方式設備等來減少冗余系統，同時方便在發生事故時進行操作；通過將重要系統的接線排設置在A60級防火分隔區域內來減少雙套系統，從而減少設備維護保養的工作量；通過對輔助設備艙、淡水艙及污水艙等位置進行合理布置，在滿足冗余的情況下盡量優化管路長度等。

7 外形設計

客船個性化的外形不僅能代表船東的形象和文化，而且可吸引更多的客源。相對于國內船東，運營中韓航線的船東對此更加看重。因此，在設計初期引入藝術設計者，與總體設計師一同進行三維建模并與船東交流，以此為基準來進行總布置設計。造型設計兼顧重量、重心的變化及減小風阻（如流線型的煙囪及雷達桅、通風口與船體的有效結合等）。

8 結 語

1) 在中韓航線上運營的客滾船可定位為滿足《安全返港規則》及SOLAS 2009概率破艙等最新規范的現代化快速、經濟型客滾船，相對于國內的客滾船，其在線型優化、舒適度和裝卸貨效率等方面均有較大的提升。

2) 客觀地看，目前全球經濟不景氣，中韓航線上的貨物多為附加值較低的建材，而且主要是中國至韓國的單邊貿易，因此很難盈利。這導致大多船東傾向于造價較低的“經濟型”客滾船，在環保方面也只是跟隨著規范，不愿做更多的超前設計。

3) 客滾船不同于普通的貨船，不僅靠市場驅動，也包含政府行為，承擔著一定的社會責任。在2016年7月舉辦的“中韓航線運力更新發展集中調研”會上，大多數船東表達了希望政府給予一定的扶持及對未來中韓貿易方向加以指引的愿望。例如，上海船舶研究設計院曾為船東做過豪華客滾船的設計方案，這種船的特點之一是有專門的小汽車艙，在歐洲很有市場，船東也感興趣，但中韓之間未來是否可通私家車目前沒有定論，導致項目擱淺。可見，政府的支持和指引可使客滾船的型式更加多樣化，同時會進一步提升船舶設計方在該船型上的設計潛能。

【 參 考 文 獻 】

[1] 張敏健. 客滾船開發與設計研究[J]. 船舶與海洋工程，2012 (2)： 21-26.

[2] 張敏健，孫家鵬，魏菲菲，等. 一種內旋雙槳船舶的船艉結構：2016200078316 [P]. 2016-11-09.

[3] 魏菲菲，孫家鵬，張敏健，等. 一種雙機雙槳船艉復合結構：2015211274908 [P]. 2016-06-22.

[4] 孫家鵬，張敏健. 客滾船EEDI研究[J]. 船舶工程，2016, 38 (4)： 56-60.

[5] 張桂湘. 安全返港概念淺析及對總體設計的影響[J]. 船舶設計通訊，2014 (S2)： 64-67.

[6] 顧一清. 安全返港的相關要求及對電氣設計的影響[J]. 船舶設計通訊，2013 (S2)： 62-66.

[7] 周瑋. “生生2”客滾船總體設計[J]. 船舶設計通訊，2014 (1)： 5-8.