130m全平甲板大件貨物甲板運輸船開發設計

董恩春

（新世紀船舶設計研發（上海）有限公司，上海 201203）

0 引 言

隨著世界經濟的不斷發展，工業設備呈大型化、重型化趨勢。大件貨物增多，相應的運輸要求越來越苛刻，在部分大件貨物的質量和體積不滿足常規道路、橋梁和涵洞等設施的限載或通行標準的情況下，這些貨物的運輸就不得不借助海運。

大件貨物主要指超重和超限的大型機械設備，如發電廠的變壓器、化工廠的反應器和海洋石油平臺維修件等。對于重達千噸、尺度上百米的大件貨物而言，確保將其安全、迅速地運抵目的地，不僅對整個世界經濟的發展具有重大推動作用，而且對確保大型工程項目和基礎設施建設正常開展具有重大意義。針對大件貨物運輸和港口的特點，船東BOXCO提出很多限制條件，如型寬小于等于25m、吃水小于等于5.2m、上甲板距基線高度小于等于7.8m且不能有任何凸起、全平甲板的長度大于等于105m、總長小于等于130m、載重量大于等于10000t和能從船舶的兩舷及艉部裝卸貨物等。對此，根據最新的國際公約及船東的特別需求，為船東設計130m全平甲板大件貨物甲板運輸船。

1 船舶概述

該船為雙機、雙槳推進，適于在無限航區航行的全平甲板大件貨物甲板運輸船。該船的線型為傾斜艏柱帶球鼻和方艉，全船設有全平連續甲板，上甲板以上的艏部設有艏樓和甲板室，中部設有全平甲板，艉部設有全平甲板和凹陷的干舷甲板。上甲板以下的艏部設有側推器，以改善船舶的操縱性能；船體中部設有5對底壓載艙（左、右）、5對舷側壓載艙（左、右）及連接生活區域和機艙的逃生通道，逃生通道頂部設有機艙通風結構風管及空艙/壓載水處理裝置間；機艙和舵機艙設在艉部（見圖1）。

圖1 船舶總布置

2 船型特點及船舶主要參數

2.1 船型特點

該船航行于無限航區，入印度船級社（Indian Register of Shipping，IRS），船旗國為印度，參照IRS頒布的現行規范[2]進行設計，滿足國際海事組織（International Maritime Organization，IMO）在簽合同時生效的一切公約及國際噪聲和振動標準，同時滿足巴拿馬運河和蘇伊士運河現行規則等。

該船需滿足能從兩舷及艉部裝卸貨物和甲板裝貨區域全部裝滿貨物的需要，由此延伸出該船的甲板上不得設置固定欄桿、系泊設備、煙囪、通風和透氣等一切凸起物。船舶在海上航行期間，甲板面在大部分裝載工況下不允許人員通行。

2.2 船舶主要參數

根據船東對船舶主尺度的限制及該船的船型特點，選取表1所示的船舶主要參數，并選取B-60類型干舷。

表1 船舶主要參數

表1中的參數選取滿足船東對該船運營參數的要求，為船東提供經濟、適用的船型。

3 設計難點及其解決方法

由于該船的生活區遠離機艙，噪聲和振動可滿足國際噪聲和振動標準，無須重點關注。但是，由于該船需滿足能從兩舷及艉部裝卸貨物和甲板裝貨區域全部裝滿貨物的需要，上甲板設計、干舷、機艙通風和機艙逃生、壓載艙及其空氣管的布置和完整穩性及破艙穩性成為該船的設計難點和影響該船順利交付使用的重要因素。

3.1 上甲板設計

若按照一般的處理方式設置上甲板，則系泊、風雨密艙口蓋和欄桿等必然高于甲板，該船將無法滿足從兩舷及艉部裝卸貨物的要求。對此，在需設置系泊設備的位置處設置凹陷的上甲板以避免系泊設備和風雨密艙口蓋等高出上甲板，但該處的最低位置需高于干舷甲板以滿足載重線公約的要求。

若設置普通的固定欄桿，該船不能滿足從兩舷及艉部裝卸貨物的要求。對此，設計為可倒欄桿，欄桿固定裝置的頂端不高于舷頂列板的頂端。如圖1所示，按照系泊布置圖對該船兩舷處的上甲板進行適當的下凹處理。

3.2 干舷

該船的型深與設計吃水的差值為1100mm，而根據國際載重線公約[3]規定，該船的B-60表列干舷達到1637mm，因此是否滿足國際載重線公約成為設計的關鍵點。該船采用B-60表列干舷并將高于型深的上層建筑計入干舷修正的方法順利解決該問題，具體計算過程如下：

1) B-60表列干舷

2) 船長修正

3) 方形系數修正

4) 型深修正

5) 上層建筑和凸型甲板修正

6) 舷弧修正

7) 需滿足的最小干舷應為

式(1)～式(9)中：D為干舷型深；L為上層建筑有效長度，t為甲板邊板厚度。

3.3 機艙通風、機艙逃生及主輔機排氣

根據《國際海上人命安全公約》（International Convention for the Safety of Life at Sea，SOLAS）的規定，該船機艙最少應設2條盡量遠離的逃生通道和1條垂直逃生通道，這些逃生通道應能通往安全處所或露天甲板。該船設置2條通往干舷甲板的垂直逃生通道和2條通往艏部生活區域的普通逃生通道。

由于該船要滿足從兩舷及艉部裝卸貨物的要求，艉部機艙不能設煙囪，根據載重線公約的要求，機艙通風的高度≥4.5m，按常規設計已無法滿足要求，該船采用在連接生活區域和機艙的逃生通道頂部設置結構風管的方式解決機艙通風問題；采用將主機、輔機的排氣管引到兩舷并向兩舷排出的方式解決主機、輔機排氣問題。根據船舶運營之后船東的反饋，這些解決方案的實際應用效果良好。詳細布置見圖2。

3.4 壓載艙及其空氣管布置

為避免船舶在裝卸貨期間和在海上航行期間出現傾覆危險并使運營方能對該船進行更加靈活的配載，在設計階段對該船的壓載艙及其空氣管進行特殊布置。

在該船雙層底設置底壓載艙以增加貨物重心的垂向范圍和縱向范圍，進而增加貨物裝載的靈活性。底壓載艙的空氣管設置在連接生活區域和機艙的逃生通道及中部空艙的頂部，在艏部向上穿過上甲板并滿足載重線對空氣管頭距甲板高度的要求。

圖2 機艙通風、逃生和壓載艙及其空氣管布置

在該船的兩舷設置舷側壓載艙以平衡裝卸大件貨物時的穩性，為滿足破艙穩性的要求，舷側壓載艙的設計寬度＞5.0m。舷側壓載艙的空氣管設置在連接生活區和機艙的逃生通道及中部空艙的頂部，在艏部向上穿過上甲板并滿足載重線對空氣管頭距甲板的高度要求。

3.5 完整穩性和破艙穩性

根據IRS規范及穩性公約[4]規定，適用于該船的完整穩性衡準為：

1) 當最大復原力臂（GZ）對應角=15°時，至15°角的復原力臂曲線下的面積（AREA（0～15））應≥0.07m·rad；當最大復原力臂（GZ）對應角≥30°時，至30°角的復原力臂曲線下的面積（AREA（15～30））應≥0.055m·rad；當最大復原力臂（GZ）對應角在15°～30°時，復原力臂曲線下的面積（AREA（15～30））應是

式(10)中：θmax為復原力臂曲線達到其最大值的橫傾角，即最大復原力臂對應角，(°)；由于該船在所有典型工況下的最大復原力臂對應角均＞30°，因此至30°角的復原力臂曲線下的面積（AREA（15～30））應≥0.055m·rad。

2) 當橫傾角在30°～40°或30°～θf（θf＜40°）時，復原力臂曲線下的面積（AREAGZ）應≥0.03m·rad，其中θf為進水點的進水角。

3) 在橫傾角≥30°時，復原力臂（GZ）最小應為0.2m。

4) 最大復原力臂對應角（Anglemax）應≥15°。

5) 初穩性高度（GM0）應≥0.15m。

6) 氣象衡準數（b/a）應≥1.0。

該船的完整穩性滿足以上衡準，見表2。

表2 完整穩性衡準

該船設有2道縱艙壁和8道橫艙壁并設置雙層底。根據IRS規范和載重線公約規定并經驗算，該船的破艙穩性滿足SOLAS對甲板貨船的要求和載重線公約對減少干舷船舶[5]的要求（見表3）。

1) SOLAS對破艙穩性的要求為：第6條和第7條規定分艙長度(Ls) ＞100m的貨船達到分艙指數≥R=1- 1 28/(Ls+ 1 52)，在最小吃水、部分吃水和分艙吃水狀態下分別達到的分艙指數≥0.5R；第9條規定在所有雙層底破艙工況下，殘存概率(Si)≥1.0。

2) 載重線公約對破艙穩性的要求為：除與破損艙室連接的進水點以外，均不得導致更危險的進水情況出現(WETD≥0m)；在浸水狀態下的初穩性高度應為正值(GMD≥0m)；復原力臂曲線超過平衡位置的最小穩距有20o(GZD≥20°)，且在該穩距內的最大復原力臂(GZD)≥0.1m，在該穩距內的復原力臂曲線下的面積(AREAGZD)≥0.0175m·rad，則剩余穩性可認為是足夠的（見表3）。

表3 破艙穩性衡準

4 結 語

本文結合當前通用的規范規則的相關規定和普通甲板貨船及大型滾裝船的設計經驗，根據船東提出的特殊要求，闡述130m全平甲板大件貨物甲板運輸船開發設計過程中遇到的重點和難點以及解決方法。經IRS審核和檢驗，這些設計均滿足國際航行海船規范和規則的要求，船舶已順利交付和運營。經技術追蹤，該船運營良好，獲得船東和船檢部門的一致認可。經后期問題分析，管弄設計和艏部生活區域逃生通道可做進一步優化。通過分析該特殊設計存在的問題和解決方法，可為類似船舶的設計、優化和建造提供參考。