SOLAS 2020對(duì)客滾船設(shè)計(jì)的影響

李宏偉，王 冬，鄭宏宇

（1. 黃海造船有限公司，山東 威海 264309；2. 上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海 201203；3. 中國(guó)船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院，上海 200011）

0 引 言

近年來(lái)有關(guān)客船的海難事故屢有發(fā)生，例如：2012年1月，意大利 “康科迪亞”號(hào)豪華游船觸礁傾覆，最終造成32名乘客死亡；2014年4月，載有476人的韓國(guó)“歲月”號(hào)客船進(jìn)水沉沒(méi)，最終造成304人遇難。這些事故的發(fā)生使得業(yè)界更加重視客船的安全問(wèn)題，要求提高客船安全性的呼聲越來(lái)越高。

經(jīng)過(guò)幾年的研究和討論，國(guó)際海事組織（International Maritime Organization, IMO）海上安全委員會(huì)第98屆會(huì)議通過(guò)了新的客船破艙穩(wěn)性計(jì)算要求，連同該會(huì)議通過(guò)的《國(guó)際海上人命安全公約》（International Convention for the Safety of Life at Sea, SOLAS）II-1部分其他條款的修正案，均于2020年1月1日生效實(shí)施[1]。

在新的客船破艙穩(wěn)性計(jì)算要求中，分艙指數(shù)R的計(jì)算式有較大修改（R值與船上乘客的人數(shù)直接相關(guān)），要求有大幅提高。按新的分艙指數(shù)要求來(lái)考核，現(xiàn)有的客滾船設(shè)計(jì)大多都不能滿足要求，有必要對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化和升級(jí)。

1 SOLAS 2020規(guī)范的內(nèi)容

相比現(xiàn)行SOLAS 2009規(guī)范中關(guān)于客船破艙穩(wěn)性計(jì)算的內(nèi)容，SOLAS 2020主要在2方面作出重大修改，即：分艙指數(shù)R和生存概率S的計(jì)算方法。

1.1 要求的分艙指數(shù)R計(jì)算式

SOLAS 2009和SOLAS 2020對(duì)客船分艙指數(shù)R計(jì)算要求的區(qū)別如下。

1) SOLAS 2009對(duì)客船分艙指數(shù)R的計(jì)算要求為

式(1)中：N=N1+ 2N2；N1為救生艇額定載員數(shù)量；N2為除去N1之后，船上剩余人員的數(shù)量；Ls為分艙船長(zhǎng)。

2) SOLAS 2020對(duì)客船分艙指數(shù)R的計(jì)算要求為

從式(1)和式(2)中可看出，SOLAS 2009中客船要求的分艙指數(shù)R與分艙船長(zhǎng)Ls、乘客人數(shù)和船上救生艇的容量配置都有關(guān)系[2]。對(duì)于不同船型而言，即使載運(yùn)同樣數(shù)量的乘客，若船長(zhǎng)和救生艇配置不同，所要求的分艙指數(shù)R也不同。SOLAS 2020中客船要求的分艙指數(shù)R只與船上總?cè)藬?shù)N有關(guān)，人數(shù)越多，要求的分艙指數(shù)越大。圖1為SOLAS 2009和SOLAS 2020關(guān)于客船分艙指數(shù)R計(jì)算要求的差異。

進(jìn)一步分析可知，SOLAS 2020要求的R值相比SOLAS 2009增大的幅度與船上人員總數(shù)有很大關(guān)系，對(duì)總?cè)藬?shù)在400人以下和6000人以上的船舶影響比較小，對(duì)總?cè)藬?shù)在800～3000人的船舶影響比較大。當(dāng)船上總?cè)藬?shù)為1500人左右時(shí)，要求的R值增大幅度最大，達(dá)到9%左右。

圖1 SOLAS 2009和SOLAS 2020關(guān)于客船分艙指數(shù)R計(jì)算要求的差異

圖2 R值增大幅度與船上總?cè)藬?shù)N的關(guān)系曲線

1.2 SOLAS 2020關(guān)于客滾船生存概率S的計(jì)算修改

SOLAS 2009對(duì)生存概率S的計(jì)算沒(méi)有特別區(qū)分滾裝處所和其他處所；SOLAS 2020對(duì)客滾船的滾裝處所進(jìn)水之后的生存概率S的計(jì)算式進(jìn)行了修改。

1) SOLAS 2009中S的計(jì)算式為

式(3)中：GZmax的取值不超過(guò)0.12m；Range的取值不超過(guò)16°。若θe≤θmin，K=1；若θe≥θmax，K=0；在其他情況下，

θmin對(duì)客船為7°，對(duì)貨船為25°；θmax對(duì)客船為15°，對(duì)貨船為30°。

2) SOLAS 2020中S的計(jì)算式為式(4)中：GZmax的取值不超過(guò)TGZmax；Range的取值不超過(guò)TRange。在客滾船中包含滾裝處所破損的工況下，TGZmax= 0.20m；在其他情況下，TGZmax= 0.12 m。在客滾船中包含滾裝處所破損的工況下，TRange=20°；在其他情況下，TRange= 16°。若θe≤θmin，K=1；若θe≥θmax，K=0；在其他情況下，θmin對(duì)客船為7°，對(duì)貨船為25°；θmax對(duì)客船為15°，對(duì)貨船為30°。

對(duì)于客滾船而言，在計(jì)及滾裝處所破損進(jìn)水時(shí)，計(jì)算式中的GZmax由原來(lái)的0.12m修改為0.20m，Range由原來(lái)的16°修改為20°。該修改會(huì)使涉及滾裝處所破損進(jìn)水工況的生存概率Sfinal變小。

2 客滾船樣本船型計(jì)算

在我國(guó)，兼具車(chē)輛裝載功能的客滾船的應(yīng)用比純客船更廣泛，如環(huán)渤海區(qū)的煙大線、海大線、中韓線和海南瓊州海峽等都是傳統(tǒng)的客滾船營(yíng)運(yùn)航線[3]。為詳細(xì)評(píng)估SOLAS 2020對(duì)現(xiàn)有客滾船設(shè)計(jì)的影響，本文選取上海船舶研究設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)并已交付運(yùn)營(yíng)的3型客滾船為樣本船型進(jìn)行研究。這3型船的乘客人數(shù)分別為1100人、1500人和2200人，在船舶尺度上涵蓋大型、中型和小型客滾船范圍，相關(guān)基本信息見(jiàn)表1。

表1 客滾船樣本船型基本信息

3型客滾船的布置型式類似，都采用雙機(jī)雙槳推進(jìn)型式；全船共設(shè)有2個(gè)車(chē)輛艙，車(chē)輛艙上方布置3～4層乘客和船員住艙；主甲板以下車(chē)輛艙區(qū)兩舷布置為空艙和壓載艙，形成雙殼保護(hù)[4]。限于篇幅，本文僅給出1100人客滾船的總布置圖示意（見(jiàn)圖3）。

a) 側(cè)視圖

圖3 1100人客滾船總布置示意

根據(jù)SOLAS 2020的要求重新計(jì)算，3型樣本船的破艙穩(wěn)性計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 客滾船樣本船型破艙穩(wěn)性計(jì)算結(jié)果

結(jié)果顯示，當(dāng)前選取的3型樣本船均不能滿足SOLAS 2020對(duì)分艙和穩(wěn)性的要求。

3 應(yīng)對(duì)方案

由上述分析可知，SLOAS 2020要求的分艙指數(shù)R僅與人數(shù)有關(guān)，當(dāng)人數(shù)確定時(shí)，R值即確定。因此，問(wèn)題的關(guān)鍵集中在如何增大達(dá)到的分艙指數(shù)A的值。為使A的值更大，通常可采取的辦法[5]有：提高初始工況初穩(wěn)性高GM；提高風(fēng)雨密開(kāi)口高度；增加型深；增加水密分隔，如增加水密橫艙壁或縱艙壁；增加船寬。

3.1 提高初始工況GM值

按照修改影響最小的原則，首先考慮采取提高GM的技術(shù)措施。分別核查3型船的典型完整穩(wěn)性工況，對(duì)照極限橫穩(wěn)性高曲線查看、確認(rèn)新的GM，其中：1500人客滾船項(xiàng)目的完整穩(wěn)性有較大富余，能進(jìn)一步提高計(jì)算用GM值；1100人客滾船和2200人客滾船的完整穩(wěn)性幾乎沒(méi)有余量，無(wú)法進(jìn)一步提高GM值。重新計(jì)算A的值，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 提高GM破艙穩(wěn)性表現(xiàn)

3.2 提高風(fēng)雨密開(kāi)口高度

評(píng)估并有針對(duì)性地修改風(fēng)雨密開(kāi)口高度也是一種對(duì)設(shè)計(jì)影響較小的方案。從SOLAS關(guān)于中間階段生存概率S的計(jì)算要求中可看出，當(dāng)船舶橫傾角大于15°時(shí)，S取為0，意味著當(dāng)開(kāi)口已位于15°范圍以外時(shí)，繼續(xù)增大橫傾角并不會(huì)使結(jié)果得到改善。基于此，經(jīng)過(guò)初步評(píng)估發(fā)現(xiàn)原船開(kāi)口的高度基本上都是合理的，繼續(xù)提高的作用并不大。為驗(yàn)證上述結(jié)論，將 1100人客滾船和 2200人客滾船中的風(fēng)雨密開(kāi)口高度提高1m并重新進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)對(duì)破艙穩(wěn)性的貢獻(xiàn)很小。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 提高風(fēng)雨密開(kāi)口高度破艙穩(wěn)性表現(xiàn)

3.3 增大型深

增大型深能提高船舶的儲(chǔ)備干舷，進(jìn)而改善其穩(wěn)性。但是，需注意增大型深會(huì)導(dǎo)致艙壁甲板以上貨物的重心提高，還需校核工況中的GM值是否滿足極限GM曲線的要求。根據(jù)綜合評(píng)估，初步確定增加0.5m型深。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 增加型深破艙穩(wěn)性表現(xiàn)

從表5中可看出，對(duì)2200人客滾船增大型深之后，破艙穩(wěn)性得到明顯改善，能滿足SOLAS 2020破艙穩(wěn)性要求。對(duì)于1100人客滾船而言，還需進(jìn)一步尋求其他技術(shù)方案。

3.4 增加水密分隔

增加內(nèi)部水密分艙布置，減少局部進(jìn)水量，也是一種常見(jiàn)的改善破艙穩(wěn)性的方法。對(duì)于客滾船而言，主甲板以上為全通的滾裝車(chē)輛艙，只有在主甲板以下舷側(cè)和雙層底處具備加密水密分艙的條件。通過(guò)綜合評(píng)估，最終增加3道水密艙壁。修改分艙模型，重新計(jì)算破艙穩(wěn)性，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 增加水密分隔后破艙穩(wěn)性表現(xiàn)

3.5 增大船寬

在采取上述措施之后仍無(wú)法滿足破艙穩(wěn)性要求的情況下，通過(guò)增大船體寬度來(lái)提高GM，進(jìn)而改善船舶的破艙穩(wěn)性表現(xiàn)。原船船寬20.4m，初步方案為增大0.4m。修改線型和分艙模型，重新計(jì)算破艙穩(wěn)性，結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 客滾船樣本船型計(jì)算結(jié)果

4 方案影響

上述技術(shù)方案在改進(jìn)破艙穩(wěn)性的同時(shí)，會(huì)對(duì)船舶的設(shè)計(jì)和營(yíng)運(yùn)產(chǎn)生一定的影響。為更加直觀地判斷各方案的影響，對(duì)各方案的實(shí)施效果和影響進(jìn)行匯總，結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 各技術(shù)方案的實(shí)施效果和影響匯總

5 結(jié) 語(yǔ)

SOLAS 2020實(shí)施之后，客滾船的設(shè)計(jì)將迎來(lái)一次升級(jí)換代，安全性要求的提升勢(shì)必影響到部分經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。客滾船通常是根據(jù)船東的需求建造的，不同客滾船的布置特點(diǎn)各不相同，即使采用相同的設(shè)計(jì)方案，在不同船型上的應(yīng)用效果也不一樣。同時(shí)，在優(yōu)化破艙穩(wěn)性過(guò)程中要綜合考慮乘客數(shù)和載車(chē)量等經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。因此，只有在船舶設(shè)計(jì)中不斷優(yōu)化，才能得到更佳的設(shè)計(jì)方案。