第二代完整穩性衡準，未來新標尺

本刊記者 胥苗苗

隨著第二代完整穩性衡準在未來幾年內的強制實施，將對我國造船工業產生巨大的影響。

對所有海上船舶而言，完整穩性是船舶安全性的重要基礎之一，是船舶設計建造的強制性法定要求，船舶設計，特別是新船型的開發與之密切不可分。作為強制性法定要求的船舶穩性規范，對船舶安全航行至關重要。隨著第二代完整穩性衡準在未來幾年內的強制實施，將對我國造船工業產生巨大的影響。

強制實施影響巨大

多年來，人們一直在堅持不懈地探索能夠保證船舶航行安全的完整穩性衡準。盡管人們對復雜海況下船舶的運動了解的還不是很充分，但是仍然從大量的船舶操作和航行事故中總結很多經驗和教訓。正是基于這些經驗教訓和對船舶流體力學認識的不斷加深，國際海事組織（IMO）從上世紀中后期就一直致力于制定和修訂適用于所有船舶類型的完整穩性衡準。近年來，隨著現代船舶設計技術和船舶流體性能研究的持續發展，經IMO穩性、載重線和漁船安全分委會（SLF）多年的工作，起草了《2008年完整穩性規則》（2008 IS Code），即第一代完整穩性規則，IMO于2008年12月4日通過并頒布了該項規則，其中的PART A已于2010年7月1日正式強制生效。

現行有效的《2008年完整穩性規則》，主要由船舶靜力學理論以船舶在靜水中靜止時在橫風、橫浪作用下的復原力臂曲線的參數來描述，并作為船舶穩性的評估方法。該衡準是根據20世紀中期收集的船舶營運統計資料和氣象衡準制定的規定性規則，主要是基于經驗背景，無法體現船舶類型及其操作和環境條件的多樣化，也無法體現現代船舶水動力學研究的新成果，最主要的是現行的完整穩性衡準僅僅是船舶穩性失效模式之一，對其它會導致發生船舶傾覆或人員傷害、貨物損害的穩性失效模式沒有涉及。因此，目前基于經驗背景的規定性規則不足以防止動態穩性現象導致的船舶傾覆的發生。

進入二十一世紀以來，完整穩性的其他失效模式，因其對船舶安全的風險日益明顯，國際海事組織（IMO）已將制定第二代完整穩性衡準提上議事日程。這個穩性規范由薄弱性衡準和直接計算衡準等組成，將包括船舶喪失動力時的癱船穩性、與操縱性有關的橫甩以及復原力變化引起的參數橫搖等內容。其中薄弱性衡準分為兩個層次衡準，首先船舶依據穩性評價里的第一層次衡準進行判定，不符合其要求的船舶，須依據第二層次衡準進行判定。不符合薄弱性衡準的船舶須進行直接計算衡準的判定。

基于新的穩性失效模式（純穩性喪失、參數橫搖、騎浪/橫甩、癱船、過度加速度5種失效模式）建立的第二代完整穩性衡準，將改變以往依靠經驗公式制定衡準的方法，引入穩性直接評估的概念，同時對新穎船舶、超尺度比船舶的穩性提供個性化的穩性評估，對現有完整穩性（IS）衡準將是一場全新的大變革。第二代完整穩性衡準將作為2008 IS 規則的補充和替代方法，同時也是為新設計建造船舶和現有營運船舶提供操作指南而將成為2008 IS 規則強制性要求的一部分，為船舶設計和營運操縱提供依據和指導，同時也對船舶設計提出了更高的要求。

第二代完整穩性衡準考慮了波浪中船舶實際航行時的傾覆現象和傾覆風險，完全不同于目前正在執行的基于靜水力和經驗背景的2008完整穩性規則。第二代完整穩性衡準的強制實施將對船舶工業屆帶來巨大影響，是目前迫切需要我國工業界積極參與和應對的新海事法規之一。IMO于2019年2月的SDC 6次會議初步完成了薄弱性衡準、穩性直接評估和操作限制／指南的全部技術內容的制定工作。并將于2021年初完成全部衡準文本的正式起草，屆時將報送IMO海上安全委員會批準發布。根據IMO計劃，第二代完整穩性衡準將首先作為非強制性要求推薦開展試用，在為期4 ～5年的試用期內收集使用經驗。完善后，最終作為強制性要求推廣。第二代完整穩性衡準考慮了船舶的一些特殊傾覆現象和風險，補全了現有國際規則所沒有覆蓋到的事故模式，能夠有效提高船舶在惡劣海況下的動穩性安全水平，對于提高船舶安全水平，降低人命安全風險具有重大意義。第二代完整穩性衡準一旦強制執行，船舶設計就必須對不滿足要求的新造船型進行改進或采取操作限制/操作指南的方式，滿足衡準后該產品才能進入國際市場。

關鍵技術突破是難點

第二代完整穩性衡準已成為全球海事、造船和航運業重點關注亟待解決的問題，是關系船舶安全的重要一環。IMO已決定在未來幾年內提出新造船舶的第二代完整穩性規則，這一規則的提出，必將給我國船舶設計研究和造船業帶來新的挑戰。

是否具有對各種穩性失效模式的理論和試驗研究能力，反映了一個國家是否具有當代船舶，特別是新穎船舶的研究和設計的能力。因此，航運、造船界應針對船舶市場全球化的性質采取措施，建立相關的技術儲備，否則可能會使我國船舶設計、建造和航運業受制，喪失滿足第二代完整穩性規則的船型開發而帶來的造船工業發展的大好時機。

在IMO第二代完整穩性衡準形成過程中，歐美等主要西方國家扮演主要角色，處于主導地位，掌握的技術也處于領先水平。中國船級社（CCS）專家表示，為了在穩性衡準制定過程中提供更多支持，維護國家利益以及我國造船工業和航運業的權益，我們必須對第二代完整穩性衡準的內涵、預報技術和驗證技術進行廣泛而深入的研究，突破第二代完整穩性衡準中的核心技術，打破美國、日本等發達國家的壟斷，提出體現我國國家利益的提案和建議，為有效擴大我國在世界造船市場的份額提供重要的保障和支撐。

第二代完整穩性衡準將包括5種失效模式，每種失效模式包括3個層次的評估方法，是一個復雜的評估系統。其中不僅有簡單的評估公式，而且采用了先進的船舶水動力計算技術，其中一些復雜的計算方法目前我國還未完全掌握，尤其是沒有形成成熟可靠的評估技術和評估軟件。第二代完整穩性衡準一旦實施，如果我國缺乏預報評估手段，必將對我國船舶的設計制造帶來嚴重的不利影響。因此，突破第二代完整穩性衡準研究中的關鍵技術，建立第二代完整穩性衡準的系統評估手段和評估軟件是重中之重。只有這樣，在IMO強制實行第二代完整穩性衡準時，才能確保我國船舶設計和制造企業能夠順利實施新一代的完整穩性衡準，使我國設計制造的船舶的穩性標準與國際先進水平接軌。

第二代完整穩性衡準的關鍵內容在于針對不同的穩性失效模式，采用先進的船舶水動力技術，對船舶在風浪中的穩性進行更加精準的計算和評估。因此，針對即將生效的IMO第二代完整穩性衡準，對純穩性喪失、參數橫搖、騎浪/橫甩、癱船和過度加速度等5種失效模式進行跟蹤、分析和研究，重點解決參數橫搖、純穩性喪失、癱船穩性、騎浪/橫甩和過度加速度的薄弱性衡準和純穩性喪失直接評估技術中的關鍵技術，建立和完善完整穩性的模型測試技術、數值計算技術和評估驗證技術，開發完整穩性主要失效模式的評估方法和純穩性喪失直接評估軟件，提高我國完整穩性衡準技術的研究水平，形成具有自主知識產權的IMO第二代完整穩性衡準的評估軟件和相關的指導性文件，提出體現我國國家利益和符合我國船舶工業水平的第二代完整穩性衡準提案是有效提升我國船舶的設計水平和船舶穩性評估驗證能力，提高我國新型船舶的研發能力的面臨的緊迫任務和難題。

CCS的主要貢獻

作為中國唯一從事船舶入級檢驗業務的專業機構，中國船級社一直以來都積極參與國際海事組織、國際船級社協會工作，提交了大量涉及拆船、新造船設計指數、氮氧化物排放、救生、噪聲、消防和穩性等方面的技術提案，最大限度地維護了國家及行業利益。

近幾年，國際海事組織提出研究第二代完整穩性衡準。中國船級社率先聯合國內有關科研、院校，早期開始介入第二代完整穩性衡準的研究工作，同步跟蹤國際海事組織各成員國研究進展。并自2010年起開始參與國際海事組織制定第二代完整穩性衡準的通訊工作組工作。近8年里CCS共提交了24份提案，協助其他單位提交了23份提案，均得到IMO采納或考慮，繼2015年的SDC2會議上CCS對中國在第二代完整穩性方面所作的工作進行了專題介紹后，CCS還開展了第二代完整穩性5種失效模式的大量研究，包括開展大規模實船驗證計算，共計52艘實船，采用薄弱性衡準的六個校核模塊，累積完成約700個實船裝載工況的校核分析。其中由中國和德國聯合主導的過度加速度衡準方案與德國建議協調后作為最終方案納入IS CODE。

值得一提的是，CCS在過度加速度薄弱性橫準制定方面做出了開創性研究。通過開展4艘樣船模型試驗和52艘實船數值模擬研究，深入研究了過度加速度模式的力學機理和主要影響因素。代表我國提出了完備的薄弱性Level 1和Level 2衡準方案，涉及氣象條件、衡準計算方法、轉動慣量估算公式、橫搖阻尼系數估算方法、Level 2衡準加速度計算對于其他自由度影響修正系數處理方法和標準值。同時研究制定了針對穩性直接評估數值方法的定量、定性要求。

IMO在制定該衡準時，主要爭論焦點主要包括：Level 1衡準橫搖角計算公式；Level 2衡準橫搖運動方程的選取；Level 2衡準是否考慮不規則波方向譜；衡準環境條件的選取；Level 2衡準敏感性指數的計算方式；橫搖轉動慣量估算方法及是否考慮附加慣量；橫搖阻尼系數的估算方法；Level 2衡準加速度計算對于其他自由度影響修正系數處理方法；加速度標準值的選取以及穩性直接評估數值模擬方法的自由度選取等問題。經過大量樣船校核分析驗證，CCS代表我國與德國聯合制定的薄弱性Level 1和Level 2衡準方案，被IMO正式采納作為五種失效模式之一的衡準方案。IMO同時采納了CCS關于過度加速度穩性直接評估方法運動自由度選取方面的建議。此外，CCS也對國內大量實船開展了衡準校核檢驗分析，充分檢驗了上述衡準方法工程應用可行性和合理性。

通過以上研究和工作，大大提高了國內對第二代穩性衡準若干失效模式物理機理的認識，使我國全面參與了二代穩性衡準的制定決策過程。同時，通過相關提案的采納，進一步提高了我國的話語權和影響力，展示了我國在船舶水動力理論、數值計算和模型試驗方面的實力，也使第二代穩性衡準草案充分符合我國的利益訴求，為有效擴大我國在世界造船市場的份額提供重要的保障和支撐。