某型大開口多用途船改型設計

馬 民，金楊波

（滬東中華造船（集團）有限公司，上海 200129）

0 引 言

受 2008年金融危機的影響，造船業整體上呈現出增長乏力的態勢。在此背景下，滬東中華造船（集團）有限公司建造的 17300t多用途船逐漸失去繼續融資的優勢，船東一度對后續船提出撤單的要求。面對嚴峻的經營形勢，經過研究商洽，最終決定修改設計方案，在保證工期不嚴重延誤的情形下，提升整船的裝載能力，特別是提高承攬超長大件貨的能力，實現可持續發展。

1 原船型設計

該船為球艏、球艉、雙底、雙殼、艉機型、可調槳、中速柴油機驅動的多用途貨船，帶有可吊離式中間甲板，有2個貨艙，懸掛荷蘭旗，既可裝載散裝谷物及其他散貨，又可裝運集裝箱。上甲板艙口蓋上可裝運木材；1號貨艙既可裝運包裝在集裝箱或箱柜中的危險貨物，又能裝運散裝固體危險貨物。左舷設3臺電動液壓式克令吊，起重能力為60t×16m或40t×28m。

主甲板上設置鋼質風雨密液壓折疊式艙口蓋，通過液壓油缸操作。中間甲板上設置吊裝式非水密艙口蓋，其為封閉箱型平底式結構。將中間甲板艙口蓋設置在20ft（1ft≈0.3048m）或40ft集裝箱箱角處，可作為谷物分隔艙壁。艉部貨艙艙口蓋和艏部貨艙后面的2個艙口蓋通過縱艙壁上的埋入式可動插座支撐，中間甲板艙口蓋可通過主甲板上的克令吊起吊。該船總布置圖見圖1。

圖1 17300t多用途船總布置圖

該船的主要參數為：總長143.00m；兩柱間長 132.00m；型寬21.50m；型深13.30m；設計吃水7.60m；結構吃水9.69m；總載重11894t；主機W?rtsil? 8L46B；額定功率MCR 7800kW/500r/min；最大試航航速15.8kn；服務航速 15.4kn；定員24人；燃油艙艙容1400m3；輕柴油艙艙容215m3；裝箱數959TEU。該船船級：LR 100A1, LMC, UMS, NAV1, ICE CLASS 1A FS, IWS, LI, STRENGTHENED FOR HEAVY CARGOES, ANY HOLD MAY BE EMPTY, CONTAINER CARGOES IN HOLDS, ON UPPER DECK AND ON UPPER DECK HATCH COVERS, WITH THE DESCRIPTIVE NOTES “PART HIGHER TENSILE STEEL,FCSA (plans)”。按照英國勞氏船級社規范設計，除了滿足相關國際公約的要求以外，還滿足圣勞倫斯水道等規則的要求。

2 改型設計方案

改型方案需兼顧船東對承攬超長大件貨物、維持雙貨艙的需求，同時能保證工廠生產周期不受影響、寬度和型深不變，經過討論研究，最終方案通過各方認可。

改型總體方案是基于原方案設計的，艏艉線型不變，船長拉長36檔肋位，其中：8檔肋位位于1號貨艙；4檔肋位位于貨艙間區域；24檔位于2號貨艙區域，應船東的要求，設置管弄以方便管路維護；整船分艙重新劃分，燃油艙滿足MARPOL 12A的要求[1]；增加一部吊車。艙蓋折疊路徑與吊車基座之間存在干涉，需重新設計吊車基座并對其進行有限元分析。改型前后船舶主尺度對比見圖2。

船寬和型深不變，拉伸貨艙的長度，破艙穩性指標[2]和整船空船重量控制是難點。

圖2 改型前后船舶主尺度對比

NSI（Netherlands Shipping Inspectorate）針對懸掛荷蘭旗的船舶有艙室透氣帽方面的寬松解釋，使得懸掛荷蘭旗的船舶具有特殊的競爭優勢，可充分利用。

雖然針對該項目相關規范沒有強制要求進行有限元分析[3]，但考慮到改型設計沒有按照常規做法增大船寬和型深，仍選取幾種典型載況進行貨艙段和全船有限元分析，使結構設計更加合理。改型前后船舶主尺度對比見表1。

表1 改型前后船舶主尺度對比

3 破艙穩性計算

船長拉伸，船寬和型深保持不變，貨艙數量仍保持2個。破艙穩性指標極難滿足規范的要求。

NSI對懸掛荷蘭旗的船舶開口有一個寬松的解釋，即：對于懸掛荷蘭旗的船舶，若空氣帽和通風帽具有浸水自閉裝置，且達到泄漏率小于1000mL/h，可當作水密開口處理（此種開口必須得到NSI的認可）。經排查，關鍵開口采用NSI認可的水密通風帽和空氣帽。

折疊艙蓋是雙層結構，具備浮力，在破艙穩性計算過程中也計入其浮力。

計算2組初始條件：零縱傾和艉傾0.8m，最深分艙吃水和部分吃水對應的最小初穩性高度（GM）分別為0.55m和0.56m，經過大量計算和分艙優化，滿足破艙穩性的要求。

4 結構優化設計

該船為雙底雙殼結構，甲板大開口，舯剖面形狀類似于集裝箱船。船長拉長之后對船體結構設計的影響較大：總縱彎矩大幅增大，原設計的總縱強度達不到要求；2個貨艙同時加長，艙的跨距增大，局部強度要求更高。

在重新優化設計舯剖面時，將設計裕度控制到極限。重新排列布置船體構件，盡量只在遠離中和軸的上甲板和艙口圍板區域增加材料，靠近中和軸區域和船底的構件盡量控制在規范允許的最低限度內；同時，對橫向構件進行優化，在滿足強度要求的前提下擴大人孔和減輕孔，盡量壓縮原設計中的壓載艙內大肘板的高度，最終舯剖面設計方案的單位船長結構重量僅比原設計增大不到4%。

1號貨艙和2號貨艙同時加長，貨艙的跨距增大，貨艙底部的局部強度增大，對該船進行貨艙艙段有限元分析和全船有限元分析。貨艙區局部構件的尺寸有所增大，對于屈曲影響比較大的區域，通過分析和構件優化解決有關問題。有限元模型見圖3和圖4。

圖3 貨艙段有限元模型

圖4 全船有限元模型

5 舾裝設計

增加一部吊車，存在吊車基座與主艙蓋蓋板折疊路徑干涉問題。受限于圣勞倫斯水道的要求[5]，不能簡單地增大吊車的高度。對此，重新設計吊車基座，并對其進行有限元分析，成功解決該問題。

此外，對艏部舾裝布置做了局部調整。

6 結 語

實際應用結果表明，17300t大開口多用途船加長改型的設計與建造是成功的，取得的成果和創新點主要有：

1) 通過全船結構的優化設計，攻克了貨艙區域加長帶來的結構設計難題，有效控制了空船重量，提高了載重量等營利性指標。

2) 合理劃分邊艙、底艙和非水密開口布置，采用水密通風帽和空氣帽等措施，解決了貨艙單維度加長帶來的破艙穩性難題。

與原設計相比，改型設計實現了：船長增加29.34m，增幅22.2%；艙容增幅達到31%；空船重量約增加1100t，載重量約增加4000t，達到21000t，增幅23.1%；服務航速約降低0.8kn。

此外，改型船的貨艙區域拉長，貨艙數量維持2個，更加適于裝載超長貨物，增強了裝載的靈活性。與同等尺度、一般有3個或4個貨艙、可航行于五大湖的多用途船相比，具有一定的市場競爭力，對將來設計和建造懸掛荷蘭旗的船具有借鑒意義。實際營運結果表明，該船的盈利能力相比改型前有大幅提升。